一起雷击220kV线路引起开关设备闪络的故障分析

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【摘 要】近年华中地区湖北电力公司检修公司所属500kV变电站220KV电压线路发生了多起与雷击相关的开关闪络和爆炸事件。通过对此类事件进行分析，找出输电线路临近变电站区域遭受连续重复雷击而导致断路器过电压损坏的主要原因，并提出相应的防范措施。

【关键词】开关；闪络击穿；雷电过电压；避雷器

引言

据统计，在我国高压输电线路运行的总跳闸事故中.由雷击引起的跳闸事故占40%～70%.在多雷地区，雷击输电线路引起的跳闸率更高，雷击仍然是输电线路安全可靠运行的主要危害，目前世界范围内由于雷电波侵入变电站而引起开关设备闪络甚至爆炸的事件接连发生。我国的变电站及电厂也发生了数次由于雷击引起的开关闪络和爆炸事件。

500kV变电站在电力系统中占有举足轻重的地位，500kV逐步成为系统的主网架的今天，雷电波沿着输电线路侵入500KV变电站，对变电站设备构成威胁，由此引起的开关闪络和爆炸事件，严重影响电力系统的安全运行。通过以下的事件分析，剖析原因，提出防范对策。

一、故障经过

2010年7月28日下午，500kV咸宁变附近出现强雷雨天气，15时54分35秒220kv咸乌一回线发生B相线路故障，第一套、二套线路阻抗保护出口，咸35开关三相跳闸（线路为馈线，未投重合闸，保护动作后开关直接三跳），故障测距距咸宁变4kM，故障发生241ms后，咸乌一回线路保护再度感受到B相故障电流，启动220kV失灵保护动作出口，跳开与咸乌一回线在相同母线上（220kV#3母线）运行的220kV母联咸24开关、咸吴线咸22开关、咸塘一回咸30开关、#1主变中压侧咸26开关。

变电站接线：全站正常运行方式；220kV咸吴线、咸塘一回线、咸乌一回线及主变中压侧开关在#3母线运行，220kV咸汪线、咸塘二回、咸乌二回线在#4母线运行，母联咸24开关运行。

二、故障分析

1、检查试验

通过巡线发现咸乌一回线#15、#16塔均有雷击故障点，与测距数据相吻合，雷电观测系统也显示跳闸前咸乌一回线路附近也有强雷电活动，最大雷电流达到-66.2kA。

故障发生后，对咸35B相开关进行了交流耐压、气体成分分析、开关直阻测量等检测试验。试验结果表明，500kV咸宁变咸35开关开关曾发生大电流放电故障，B相断路器灭弧室损坏。

2、雷电过电压的特征

（1）雷电流在导线上的传播是一个波的传播过程。雷电波在传播过程中，遇到不同的介质会有反射和折射现象，雷电入射波在开路的末端发生全反射，线路电压上升到入射波的两倍。

（2）雷电流产生的过电压相当高，雷直击于输电线路导线时，近似等于沿主放电通道袭来一个电流波I，电流波将向线路的两侧流动，导线被击点的过电压为UA=IZ/2，一般架空线路的波阻抗Z为500Ω，取I为30kA时，被击点的过电压可高达7500kV。

（3）雷云中可能存在几个电荷中心，雷云放电通常是多重性的，在第一个电荷中心完成上述放电过程之后，可引起第2、第3个中心向第一个中心放电，第2次及以后的放电，由于是沿着每一放电的游离通道进行的，所以能自上向下顺利连续发展，电流陡度大大增加。

（4）雷云放电时在导线或电气设备上形成过电压，雷电过电压分直击雷过电压和感应雷过电压两类。雷电直击于电网（导线、设备等）时产生的过电压称直击雷过电压。直击雷过电压对任何电压等级的线路和设备都可能产生危险。

3、具体分析

通过对现场设备的试验、检查，结合对雷电过电压的特征分析，该事件的具体原因也就非常明晰。故障发生时为强雷雨天气，220kV咸乌一回线近咸宁变区域B相遭受雷击故障，咸乌一回线保护跳开咸35开关后，此时咸乌一回B相断路器处于分闸位置，断路器线路侧与站内母线避雷器隔离，处于无避雷器保护状态。线路再次发生雷击故障，高幅值雷电波侵入220kV系统，在咸35断路器断口处发生全反射，雷电幅值加倍，并可能与系统工频电压发生叠加，超出开关设备的雷电冲击耐受水平标准，在雷电过电压的冲击下，咸35断路器单断口发生击穿，导致咸35断路器B相断口分闸状态下双侧主导流部分（断路器双端线夹）导通。导致咸乌一回保护再度感受到B相故障电流，引起开关失灵保护动作，#3母线开关全部跳开。

处于分闸状态线路咸35断路器B相断口再次遭到了雷击高幅值雷电波电压的反射和系统工频电压的叠加，该处雷电过电压可升至2—5倍，尤其是该次事故雷击点均在距变电站2一4km处，电气距离短，雷电波衰减少，断口处雷电过电压远远高于设计雷电冲击耐受电压水平，因而击穿断口绝缘并产生工频电弧，从而造成断路器断口内部或外部击穿，甚至发生爆炸。2010年8月5日，湖北500kV大吉变电站也因变电站雷电侵入波造成开关灭弧室爆炸故障）

三、结论

220kV断路器线路侧没有避雷设施保护，是发生此类事故的主要原因。

目前华中地区的500kV变电站只在500KV线路侧装设避雷器，220KV线路侧较少装设避雷器。220kV架空线路通常只设置避雷线 ，220kV架空线路还是存在一定的雷电绕击率，造成线路的直击雷过电压。同时，线路还不可避免地受到感应雷过电压。所以变电站电气设备需考虑由架空输电线路传入的雷电侵入波过电压保护。限制侵入雷电过电压的手段就是设置避雷器，行之有效地保护站内设备。

四、防范措施

因线路故障等原因导致线路断路器分闸处于带电开口运行状态 ，或者由于运行方式需要断路器处于热备用状态，在强烈雷暴天气发生时，以上断路器短时或长时间分闸状态，雷电波入侵变电站，导致断路器的断口击穿、绝缘损坏、大面积停电的事故经常发生，在雷电已易侵入区域应采取有效的防范措施：

1、调整运行方式，变电站220kV线路尽量少采用热备用的运行方式，减少入侵几率。

2、在500kV变电站220kV出线线路侧装保护性能良好的氧化锌避雷器，这是避免此类故障最有效的方法。已经投入运行的变电站若无设备位置供避雷器安装，可以考虑在变电站出线第一级杆塔处安装 悬挂式线路避雷器，线路断路器在该避雷器的有效保护范围内。