劉鴻亮

（超高壓輸電公司昆明局，云南昆明，650217）

直流線路雷擊原因分析及防范對策

劉鴻亮

（超高壓輸電公司昆明局，云南昆明，650217）

針對一起 800 k V 直流輸電線路雷擊故障跳閘，分析確定故障性質和雷擊點范圍， 得出負極性雷電是造成直流線路故障的主要原因。 由于行波保護動作，啟動了控制系統(tǒng)的直流線路故障重啟功能，使得故障控制成功后，直流系統(tǒng)恢復運行。根據(jù)直流線路易遭受雷擊的特點，提出直流線路防止雷電繞擊的應對措施。

直流線路； 負極性雷電； 故障重啟；保護

0 引言

一直以來， 直流輸電線路的防雷[1-3]一直是電力系統(tǒng)一項重要的研究課題， 盡管對于直流輸電線路防雷己經(jīng)有了一些防范措施，但近年來直流輸電線路雷擊事故仍時有發(fā)生。國內(nèi)外統(tǒng)計表明，雷擊仍然是造成交直流輸電線路故障的主要原因[4-5]。隨著線路工作電壓的升高，雷擊跳閘總數(shù)占故障總數(shù)的比例也增加。對于于輸電線路防雷的研究， 直流輸電線路的許多實際情況與交流輸電線路不同， 直流輸電線路因雷擊發(fā)生故障時不同于交流線路的跳閘， 而是采取一系列控制措施使之恢復運行。 本文根據(jù)800 kV楚雄換流站，分析了直流線路雷擊故障的原因并提出了相關對策.

1 線路故障情況

1.1 故障概述

2015年05月20日08時01分17秒，楚雄換流站兩套直流故障測距裝置啟動，山東科匯測距裝置報直流線路故障點距楚雄站1241.07km，桿塔號為2361#至2362#桿塔（廣州局管轄范圍），電科院測距裝置報極I直流線路故障點距楚雄站1243.89km，桿塔號為2366#桿塔（廣州局管轄范圍）；查看故障錄波顯示：極II直流電壓波動范圍-594kV至-1056kV，電流波動范圍2174A至3527A，極I直流電壓波動范圍732kV至851kV，電流波動范圍3031A至3291A，查看雷電定位系統(tǒng)顯示該時段2365#至2366#桿塔范圍內(nèi)有落雷。異常發(fā)生前后楚穗直流雙極運行正常，輸送功率為5000MW。

1.2 雷電定位系統(tǒng)查詢情況

在雷電定位系統(tǒng)中查到在2015年05月20日08月01分 11秒時刻在楚穗直流2365#至2366#桿塔附近有落雷，如圖1所示，與直流故障測距結果對應。所以考慮此次電壓波動為雷擊引起。

圖1 雷電定位系統(tǒng)

1.3 故障巡視及處理

2015年05月20日08時01分楚雄換流站雙極四閥組5000MW運行，08時01分11秒SER報極II兩套直流保護“TDM BUS CHANGE NOT RELEASE”，即TDM總線切換未釋放，并且雙極直流故障錄波啟動。08時01分16秒直流故障測距裝置啟動。

2 故障原因分析

2.1 故障原因排查

08時01分11秒SER報極II兩套直流保護“TDM BUS CHANGE NOT RELEASE”，該信號產(chǎn)生則不允許切換TDM總線。產(chǎn)生該信號一般有以下幾種情況：（1）當一個極至少有一個閥組在解鎖狀態(tài)時，IdCH、IdCN、IdLH、IdLN中的最大值與最小值之差超過156.25A；（2）UdH超過940kV；（3）UdN超過62.5kV；（4）UdM超過520kV。（具體邏輯見極保護程序邏輯（CPU1“MONITORING”模塊內(nèi)））。

如果出現(xiàn)上述情況則認為該套測量系統(tǒng)出現(xiàn)問題，如果切換至該套系統(tǒng)則會誤判誤動作。因此在這種情況下發(fā)TDM總線切換未釋放信號，禁止切換到該TDM總線。

若極保護（極控或組控）同時報該信號，則很有可能當前系統(tǒng)已過壓但還未達到保護動作的門檻值。例如，出現(xiàn)雷擊。遇到該種情況，應該立即查看直流故障定位裝置，并查詢相關雷電信息。

圖2 直流保護信號

2.2 線路雷擊故障分析

當高壓直流線路電壓波動時楚雄側和穗東側交流系統(tǒng)電壓均無波動，三相平衡。從此現(xiàn)象可以判斷出，不是由交流系統(tǒng)故障引起的直流電壓波動。

圖3 電壓波動情況

從楚雄站所采集的直流系統(tǒng)模擬量可以看出，電壓、電流波形呈現(xiàn)瞬時突變并振蕩衰減的走勢，整個振蕩過程持續(xù)了約100ms。故障初期，直流電壓由-800kV瞬時升高至-935kV(為了便于分析，此處采用直流保護中經(jīng)低通濾波并平滑后的模擬量，區(qū)別于此前測量系統(tǒng)所用最高電壓-1056kV)，直流電流由3125A瞬時降低至2715A。由于整流站為定電流控制模式，當檢測到電流降低后，為了抬升電流觸發(fā)角會減少，所以整流側觸發(fā)角出現(xiàn)了與直流線路電流相對應的走勢。

結合以上波形，并考慮到電壓波動時廣東地區(qū)的雷雨天氣，以及在雷電定位系統(tǒng)中查到在2015年05月20日08月01分11秒時刻在楚穗直流2365#至2366#桿塔附近有落雷，如圖3.5所示，與直流故障測距結果對應。所以考慮此次電壓波動為雷擊引起。

2.3 雷擊原因分析

通常雷擊分為直擊雷和感應雷，直擊雷就是帶電雷云對架空地線、塔頂導線、絕緣子等直接放電，形成正向雷電波過電壓的現(xiàn)；感應雷指當雷擊線路附近時，其先導路徑上的電荷對導線產(chǎn)生靜電感應電荷，當主放電開始時，該電荷被迅速中和而產(chǎn)生的雷電流及雷過電壓現(xiàn)象，由感應雷形成的感應過電壓數(shù)值常為100～200kV，最大也不超過600kV。因此其對110kV（其絕緣水平在700kV以上）以上線路的危害不大。但是直擊雷由于雷云所蘊藏的能量要在極短時間內(nèi)是否出來，瞬時功率巨大，破壞性強，通常會導致線路跳閘。此外，由于雷電形成的原因，導致了90%的雷電為負極性。

圖4 直流系統(tǒng)模擬量

2.4 分析討論

近期屬于廣東雷電高發(fā)期，多次引起了楚穗直流和普僑直流系統(tǒng)電壓波動，鑒于此情況，結合最近的兩起由雷擊引起的保護跳閘事件進行分析。

2015年05月15日14時15分45秒，普洱換流站四閥組均處于備用狀態(tài)下，普洱換流站極2高端閥組兩套換流器開路59/37DC保護一段、三段動作，保護動作前后極2高端閥組均保持在備用狀態(tài)。

在此期間，普洱站兩套行波測距裝置均啟動，其中山東科匯測距360.13kM，桿塔定位#665-#666；電科院測距362.83kM，桿塔定位#671。查詢雷電定位系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)桿塔#666附近線路沿線有落雷。

圖5 直流線路電壓波形

從圖5中可以看出，由于故障前普洱換流站雙極四閥組均處于備用狀態(tài)，所以此時極2直流線路電壓波形為0kV，直流電流為0A，整流側觸發(fā)角為90°。故障時，極2直流線路電壓波形由0kV陡增至-1183kV，此后逐步衰減，直至錄波結束的12s還未衰減至零；直流電流基本為零，未出現(xiàn)明顯變化；整流側觸發(fā)角保持90°未變化。

從此次事件來看，直流電壓在短時內(nèi)猛增，符合負極性直擊雷的特性，蘊藏能量巨大。由于此時直流線路未運行，被雷擊后，一方面沒有控制系統(tǒng)參與調節(jié)，另一方面直流線路沒有對地形成通路來快速釋放能量，故而出現(xiàn)直流電壓長時間未衰減至零的現(xiàn)象。

2015年05月20日10時44分05秒，楚雄換流站雙極四閥組運行，雙極輸送功率為5000MW的情況下，楚雄換流站極I直流線路行波保護動作，直流線路故障重啟成功。在此期間，楚雄站兩套行波測距裝置均啟動，其中山東科匯測距1330.01km，桿塔號2532#至2533#間；電科院測距1326.22km，桿塔號2524#。查詢雷電定位系統(tǒng)發(fā)現(xiàn)楚穗直流線路#2526至#2530桿塔段線路沿線有落雷。

圖6 直流線路電壓

故障初期，極2直流線路電壓由800kV在4ms內(nèi)下降至152kV，直流電流也在4ms內(nèi)由3125A陡增至5972A。此時，由于控制系統(tǒng)的參與，直流線路故障重啟功能動作，整流側觸發(fā)角由15°強迫移相至120°，使整流側變?yōu)槟孀冞\行，快速向交流系統(tǒng)釋放能量，待電流降低至0.05p.u.后，強迫移相至逆變極限角160°。待去游離時間后，再逐步減少觸發(fā)角，恢復至正常運行狀態(tài)，直流線路故障重啟成功。

從此次事件來看，極I直流電壓在短時內(nèi)驟降，符合負極性直擊雷的特性。并且直流電流激增近一倍，說明雷擊導致了閃絡或接地。同時由于行波保護動作，啟動了控制系統(tǒng)的直流線路故障重啟功能，使得故障控制成功后，直流系統(tǒng)恢復運行

2015年05月20日08時01分11秒，楚雄換流站電壓波動是當雷擊線路附近時所形成的負極性感應雷引起的，對直流系統(tǒng)影響不大，沒有出現(xiàn)閃絡或接地，從而沒有引起保護動作，并且由于控制系統(tǒng)的參與，使得直流系統(tǒng)快速恢復穩(wěn)定運行。

2015年05月15日14時15分45秒普洱換流站極II高端閥組在備用狀態(tài)下閥組過壓保護動作是由于極II直流線路被負極性直擊雷擊中。由于此時直流線路未運行，被雷擊后，一方面沒有控制系統(tǒng)參與調節(jié)，另一方面直流線路沒有對地形成通路來快速釋放能量，故而出現(xiàn)直流電壓長時間未衰減至零的現(xiàn)象。

2015年05月20日10時44分05秒楚雄換流站極I直流線路行波保護動作是由于極I直流線路被負極性直擊雷擊中，導致了閃絡或接地。同時由于行波保護動作，啟動了控制系統(tǒng)的直流線路故障重啟功能，使得故障重啟成功后，直流系統(tǒng)恢復運行

3 防范措施

由于雷電流大多數(shù)為負電荷，根運行經(jīng)驗，直流線路正極遭受雷擊的幾率占 90%以，目前雷電的科技水平還不足以完全解決線路運行過程中遇到的這一客觀問題. 在今后的運行維護工作中，需要做到以下 3 點。

（1）根據(jù)歷年來落雷密度較大，800 k V 楚穗直流線路遭受雷擊的幾率較大，在線路防雷方面還需深入研究，不斷積累工作經(jīng)驗。 因此，直流線路防雷工作仍將是今后關注的重點。

（2）繼續(xù)做好楚穗直流線路防雷檢查和整治工作 ，加強多雷區(qū)輸電線路桿塔防雷設施檢查工作。

（3） 結合跨區(qū)輸電線路歷年雷擊跳閘以及沿線其他線路雷擊跳閘情況，依靠雷電定位系統(tǒng)，開展跨區(qū)輸電線路沿線雷電活動分析，研究跨區(qū)輸電線路綜合防雷整治工作.。

[1]譚進,張煥青,劉玉君,等.±500kV三滬Ⅱ回同塔雙回直流輸電線路防雷分析[J].高電壓技術, 2010, 36(9):2173-2179.

[2]周凱兵,鄧志勇.±500kV江城直流輸電線路防雷分析[J].湖南電力, 2010, 30(4):5-10 .

[3]李金亮,杜志葉,阮江軍,等.±800kV與±500kV同塔雙回直流輸電線路防雷性能[J].電力建設, 2014, 35(7):74-79.

[4]童雪芳,王海濤,陳家宏,等.雷電定位系統(tǒng)地閃密度分布圖與雷擊故障相關性分析[J].高電壓技術, 2009, 35(12):2924-2929.

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緊湊、輕便的矢量網(wǎng)絡分析儀ZNLE 使精準S參數(shù)測量更加簡單

2017年7月20日，慕尼黑-羅德與施瓦茨公司發(fā)布矢量網(wǎng)絡分析儀ZNLE，該儀表可以滿足客戶對天線、衰減器、濾波器和PCB等器件的測試需求。儀表自身僅重6Kg，長寬尺寸為408mmx235mm,與同級別矢量網(wǎng)絡分析儀相比可以為客戶節(jié)省2/3左右的工作臺空間。

兩端口的矢量網(wǎng)絡分析儀除了能夠為客戶節(jié)省空間之外，還可以提供快速、精準的測量，尤其是ZNLE還具有S參數(shù)簡易測試向導功能。ZNLE可以提供S11、S21、S12、S22四個S參數(shù)的雙向測量，同時支持GPIB/LAN接口進行遠程控制，其中GPIB為選件配置接口。儀表有兩個頻段可選，分別為ZNLE3（1MHz~3GHz）和ZNLE6（1MHz~6GHz）。

R&S ZNLE具有出色的射頻性能包括典型值120dB的超大動態(tài)范圍以及1Hz到500KHz的測量帶寬。在200MHz頻率跨度，雙端口TOSM/SOLT校準，100KHz測量帶寬、201個測試點的情況下，測試時間僅為9.6ms。同時，儀表的跡線噪聲僅為0.001dB，可以為客戶提供穩(wěn)定、可重復的測量。

R&S ZNLE配有10.1寸 WXGA觸摸屏，所有測試軌跡清晰可見，同時支持多點觸碰手勢放大和縮小測試軌跡。通過很少的操作步驟，可以輕松進入到每個測試功能。重新操作和取消操作按鍵，可以取消和恢復用戶操作。

Analysis and Preventive Measures of Lightning Strike on DC Line

Liu Hongliang
(Kunming Branch of EHV, Kunming Yunan, 650217)

For the 800 k V DC transmission line lightning strike trip, the nature of the fault and lightning point range is analysised and determined, and the negative lightning is the main cause of DC line failure. As a result of traveling wave protection action, the control system of the DC line fault restart function is started , which the DC system to resume operation after the suceess of the fault control . According to the DC line is easy to suffer the characteristics of lightning, put forward DC circuit to prevent lightning damage response measures

DC line; negative lightning; fault restart; protection

劉鴻亮（1981），男，工程師，本科，研究方向為電力系統(tǒng)分析運行。