2016年输电线路故障分析

国网山东电科院2016年12月2016年输电线路雷害故障分析国网山东电科院目录输电线路基本情况1雷电分布2典型雷击故障3雷电过电压及其防护措施4差异化防雷重点要求5措施及后续工作建议6一、输电线路跳闸情况表1近五年雷击跳闸率统计电压等级时间跳闸次数重合不成次数跳闸率（次/百公里年）500kV2011年810.152500kV2012年300.054500kV2013年600.107500kV2014年100.018500kV2015年000.000220kV2011年1420.082220kV2012年2320.128220kV2013年2840.148

220kV2014年1120.055220kV2015年2640.122一、输电线路基本情况

架空输电线路运行规范规定：220kV线路的雷击跳闸率小于0.315次/百公里·年；500kV线路的雷击跳闸率小于0.14次/百公里·年（归算到40个雷暴日，对应地闪密度2.78次/平方公里·年）。除了2011年500kV线路雷击跳闸率超出运行规范所规定指标，其它年份220kV以上电压等级线路的雷击跳闸率都没有超出运行规范所规定指标，详见表1。一、输电线路基本情况3.2013至2016年1-11月雷击跳闸统计表22013至2016年1-11月雷击跳闸统计电压等级时间跳闸次数500kV2013年6500kV2014年1500kV2015年0500kV2016年1220kV2013年28220kV2014年11220kV2015年26220kV2016年191.地闪密度二、雷电活动2011到2015年地闪密度如表3所示，2013年地闪密度最高，为4.49次/平方公里·年，雷击跳闸数为34。2014年地闪密度最低，为0.82次/平方公里·年，雷击跳闸数为11次。表3近5年山东省地闪密度比较（次/平方公里·年）20112012201320142015落雷次数354874244381696113127532174015地闪密度2.361.734.490.821.122.地闪密度按月分布三、时间分布7月和8月为雷击跳闸高发时间段，从图1看出，月度地闪密度与雷击跳闸数的变化趋势一致。2015年8月地闪密度最高，雷击跳闸也主要集中在8月。(a)地闪密度（b）雷击跳闸数图12011年到2015年雷击跳闸按月分布图二、雷电活动3.地域分布图22008年-2016年山东省各市年平均地闪密度(次/平方公里·年)二、雷电活动图32016版山东电网地闪密度图三、典型雷击故障2016年06月19日20时54分，500kV长龙Ⅱ线故障跳闸，重合成功，故障相为C相（右边相）。500kV长龙Ⅱ线为原济长Ⅱ线于2014年6月开断形成。

巡视发现#143杆塔右边相（C相）小号侧复合绝缘子上、下均压环有灼伤痕迹，绝缘子表面有闪络痕迹，确认为故障点。开断前原济长Ⅱ线67号杆塔为长龙Ⅱ线143号杆塔。

1.500kV长龙Ⅱ线雷击故障分析三、典型雷击故障

1.500kV长龙Ⅱ线雷击故障分析图4长龙Ⅱ线#67杆塔全貌三、典型雷击故障

1.500kV长龙Ⅱ线雷击故障分析图5C相绝缘子及其上下均压环放电痕迹三、典型雷击故障

1.500kV长龙Ⅱ线雷击故障分析故障原因分析故障发生时故障点#143附近天气条件为雷雨大风，雷电定位系统监测到24.5kA负极性雷电流。故障区段的反击耐雷水平约130kA，绕击耐雷水平约20kA。雷电流没有超过线路的反击耐雷水平，但超过了绕击耐雷水平。#143杆塔前后档距为538/621m，位于山坡，保护角约10度。本基铁塔已安装侧向避雷针，但由于档距较大，未能保护档距中央导线。复合绝缘子放电痕迹为典型雷击放电通道。综合以上分析结果，500kV长龙Ⅱ线本次故障为雷电绕击档距中央导线所致。三、典型雷击故障

1.500kV长龙Ⅱ线雷击故障分析下一步措施该条线路投运以来已发生3次雷击跳闸，故障杆塔分别为#3、#170和#67，落雷位置比较分散，没有明显的易击段。2015年长龙Ⅱ线已全线安装侧向避雷针、部分铁塔安装线路避雷器，考虑长龙Ⅱ线全线处于丘陵地带，建议在档距超过600m的杆塔安装线路避雷器，同时加强接地电阻改造。三、典型雷击故障2013年7月1日6时19分，220kV建泽线、君泽I线光纤纵差、纵联距离保护动作跳闸，220kV建泽线故障相为C相（中相），重合成功；220kV君泽I线故障相为A、B、C三相，丰泽站开关重合成功，君山站开关重合闸未动作，6时33分强送成功。建泽线与君泽Ⅰ线为同塔双回线路。故障区段平均海拔高度为75m，主要地形为翻越山峰的爬坡线路，山峰后侧75度，前侧5度。边相导线保护角上、中、下相分别为-14°、0°、-3°度，现场位置为山顶。

2.220kV建泽线、君泽Ⅰ线雷击故障分析三、典型雷击故障建泽线#8杆塔C相、220kV君泽I线#45杆塔A、B、C三相绝缘子上下均压环发现故障点（君泽线#45与建泽线#8同塔），照片见图6。

2.220kV建泽线、君泽Ⅰ线雷击故障分析（a）220kV建泽线#8中相（C相）绝缘子下均压环雷击放电（b）220kV君泽I线#45下相（B相）绝缘子下均压环雷击放电图6220kV建泽线、君泽I线雷击放电照片三、典型雷击故障

故障原因分析1）根据现场巡视时拍摄到的典型放电痕迹照片，均为绝缘子上下均压环之间放电，为典型的雷击放电通道。2）建泽线和君泽Ⅰ线的反击耐雷水平为139kA，绕击耐雷水平7.7kA，最大绕击电流为26.2kA。3）雷电定位系统查询到故障时刻杆塔附近有150kA的负极性雷电流，超出了杆塔的反击耐雷水平。4）根据同基杆塔多相闪络的故障特点以及雷电定位系统监测数据雷电流幅值大，判定此次雷击跳闸类型为反击。2.220kV建泽线、君泽Ⅰ线雷击故障分析三、典型雷击故障

采取措施由于建泽线#8杆塔发生过2次重复雷击跳闸，建泽线#8和君泽Ⅰ线#45杆塔以及相邻杆塔已于2014年安装了线路避雷器，截至目前未发生雷击跳闸。2.220kV建泽线、君泽Ⅰ线雷击故障分析三、典型雷击故障

如何区分绕击和反击项目反击绕击雷电流大小及电流路径雷电流较大（由地端流向导线）雷电流较小（由导线流向地端）闪络基数及相数一基多相或多基多相单基单相或相邻两基同相闪络相别耐雷水平较低相（如下相）边相四、雷电过电压及其防护措施

1、雷电过电压分直击雷过电压和感应雷过电压；

雷电直接击中杆塔、避雷线或导线引起的线路过电压叫直击雷过电压，直击分绕击和反击。影响110kV及以上线路的主要是直击雷过电压。

雷击线路附近大地，由于静电感应、电磁感应在导线上产生的过电压叫感应雷过电压；一般对35kV及以下电压等级线路有影响。

2、绕击绕击影响因素：1、保护角2、杆塔所处地形（山坡、山顶、山谷）3、绝缘配置4、档距绕击的防护措施：1、塔顶避雷针2、避雷器四、雷电过电压及其防护措施不同雷电流下绕击时绝缘子串两端电压U50%=2138kV(500kV)U50%=1200kV(220kV)U50%=700kV(110kV)10kA5kA5kA绝缘子串两端电压：5kA×400Ω=2000kV500kV线路2000kV<2138kV，10kA雷电流无法造成绕击跳闸避雷线和大地组成的屏蔽系统能够使大于一定幅值的雷电不击中导线，而即使击中导线也未必引起跳闸。避雷线屏蔽作用3、反击反击的影响因素：1、接地电阻2、绝缘配置反击的防护措施：1、减小接地电阻2、避雷器

四、雷电过电压及其防护措施不同雷电流下反击时绝缘子串两端电压U50%=2138kV(500kV)U50%=1200kV(220kV)U50%=700kV(110kV)避雷线、杆塔和接地网组成的分流系统能够大大降低反击跳闸率。500kV线路120kA20kA20kA80kA避雷线分流与杆塔接地作用4、保护角通常将避雷线与外侧导线的连线和避雷线对地垂直线之间的夹角叫保护角。

如果杆塔在山坡上，上山坡侧导线的保护角减小，下山坡侧导线的保护角增大。5、地闪密度地闪密度指某地区每年每平方公里的落雷个数。

四、雷电过电压及其防护措施保护角6、耐雷水平

电压等级/kV500kV220kV110kV35kV反击耐雷水平（kA）125~175100~15075~11020~30绕击耐雷水平（kA）21.381274四、雷电过电压及其防护措施五、差异化防雷重点要求

1.各电压等级线路防雷工作重点(1)500（330）kV及以上交流线路应以绕击防治为主；(2)220kV及以下交流线路应同时兼顾绕击和反击防治，220kV及以下同塔多回线路需重点防治多回线路同时跳闸故障；(3)直流输电线路应以正极导线的绕击防治为主，重点防治双极闭锁事故。五、差异化防雷重点要求

2.技术要求（1）绝缘配置500kV及以上同塔多回线路宜采用平衡高绝缘措施进行雷电防护。（干弧距离增大，提高耐雷水平）220kV及以下同塔多回线路宜采用不平衡高绝缘措施降低线路的多回同时跳闸率；对于220kV及以下同塔双回线路，较高绝缘水平的一回宜比另一回高出15%。五、差异化防雷重点要求

1）对雷害风险评估结果中反击闪络风险较高的杆塔或雷区等级处于C1级以上的杆塔，每基杆塔不连地线的工频接地电阻降到15Ω以下；2）重要同塔多回线路杆塔工频接地电阻宜降到10Ω以下；一般同塔多回线路杆塔宜降到12Ω以下；3）严禁使用化学降阻剂或含化学成份的接地模块进行接地改造。（2）接地电阻五、差异化防雷重点要求

（3）地线保护角重要线路应沿全线架设双地线，地线保护角一般按下表选取。雷区分布电压等级杆塔型式地线保护角A～B2110kV单回路铁塔≤10同塔双（多）回铁塔≤0钢管杆≤20220kV～330kV单回路铁塔≤10同塔双（多）回铁塔≤0钢管杆≤15500kV～750kV单回路≤5同塔双（多）回＜0C1～D2对应电压等级和杆塔型式可在上述基础上，进一步减小地线保护角。五、差异化防雷重点要求

（4）线路避雷器1）应优先选择雷害风险评估结果中风险等级最高或雷区等级最高的杆塔安装线路避雷器。2）雷区等级处于C2级以上的山区线路，宜在大档距（600m以上）杆塔、耐张转角塔及其前后直线塔安装线路避雷器。3）重要线路雷区等级处于C1级以上且坡度25°以上的杆塔、一般线路雷区等级处于C2级以上且坡度30°以上的杆塔，其外边坡侧边相宜安装线路避雷器。4）雷区等级处于C1级以上的山区重要线路、雷区等级处于C2级以上的山区一般线路，若杆塔接地电阻在20Ω到100Ω之间且改善接地电阻困难也不经济的杆塔宜安装线路避雷器。五、差异化防雷重点要求

5）线路避雷器安装方式一般为：--500kV及以上单回线路优先在外边坡侧边相绝缘子串旁安装，必要时可在两边相绝缘子串旁安装；--220kV单回线路必要时宜在三相绝缘子串旁安装；--110kV单回线路在三相绝缘子串旁安装；--500kV及以上同塔双回线路宜优先在中相绝缘子串旁安装；--220kV及以下同塔双回线路宜在一回路线路三相绝缘子串旁安装。五、差异化防雷重点要求

（5）塔顶避雷针1）220kV及以上线路安装塔顶避雷针的杆塔应严格控制考虑季节系数修正后的杆塔工频接地电阻不大于15Ω。2）110kV及以下线路不应安装塔顶避雷针。3）安装于杆塔横担的侧向避雷针应注意选择合适的针长以起到较好的屏蔽效果。六、反措及后续工作建议

根据近年输电线路的雷击故障特点，下一步重点做好以下工作：1.电科院加强雷电数据的监测与应用。加强雷电监测系统应用，提高监测精度，定期开展雷电监测数据分析，研究雷电活动的规律，同时