基于EMTP的35_kV线...设避雷线提高耐雷水平的研究_陈雅芳.pdf

2023 1期基于 的 线路架设避雷线提高耐雷水平的研究陈雅芳（广州中光电气科技有限公司，广东 广州 ）摘要：基于经济的原因，我国 架空线路通常不安装避雷线，而 单回输电线路途经高山多雷地带，极易遭受雷击，威胁电气设备安全运行，引起跳闸事故。基于 架空线路雷电活动特征及线路参数，在 电磁暂态仿真软件中建立 线路耐雷水平计算模型。输电线路采用 模型，杆塔采用集中参数模型，雷电流采用 模型，通过 模块建立杆塔的冲击接地电阻模型和相交法闪络判据绝缘子模型。基于二分法原理，改变雷电流幅值，对 架空线路有无避雷线的情况分别进行仿真计算，并改变接地电阻的大小，计算直击雷耐雷水平，得出安装避雷线的同时降低杆塔接地电阻能有效提高 架空线路的耐雷水平。关键词：仿真；耐雷水平；架空线路；避雷线中图分类号：（，）：，：；基金项目：南方电网公司科技项目“架空输电线路雷电防护评估系统及智 能监 测装置 研 发”（编号 （）收稿日期：作者简介：陈雅芳（），硕士，从事电力系统过电压和电网防灾减灾方面的研究工作。引言相比输电线路，及以下电压等级的配电网线路在建设时更重视经济性。我国目前的 架空线路一般未普遍安装避雷线，仅在变电站的进出线段架设 的避雷线。近年来，雷电灾害已成为造成电网故障的重要因素，严重威胁电网安全稳定运行。根据运行数据，雷电导致了美国 以上、欧洲 及我国沿海地区一半以上电网事故。单回输电线路通常用于对偏远山区供电，受环境地形影响极易遭受雷击。随着智能电网和新能源的不断推进与应用，雷电事故带来的危害严重性也因电网复杂程度的增加而增加。当雷击放电时，强大的雷电流流过被击物，同时在邻近线路上感应出高电压，易导致线路发生跳闸事故，对电力系统安全运行极为不利。高压与绝缘技术电工技术中国电工网www.chinaet.net目前，输电线路的防雷措施主要包括安装避雷针、加装负角保护器、避开雷区布设线路、降低杆塔接地电阻等，均为被动式的防雷工作，实际运行效果不够理想。架空线路雷电分析主要包括两个方面：一方面统计分析历年线路运行数据，获取雷电参数，包括地闪密度、雷电流等；另一方面应用了数学分析方法，在获取的线路数据基础上进行建模和计算，即模拟分析工作。针对这两方面工作，国内外的学者开展了大量研究。在模拟分析方面，规程法、电气几何模型、先导发展模型、行波法、程序、蒙特卡洛法等都是常见的防雷计算模型。国内学者广泛应用 进行电力系统过电压问题的分析计算。文献 利用 仿真研究线路耐雷性能，证明工频电压在 及以上等级线路防雷计算中的重要性，计算结果和规程法基本一致；文献 在 中搭建线路模型，对比分析绕击和反击耐雷水平；文献 利用 程序的 语言，综合考虑间隙过电压大小与闪络过程，实现了基于先导法的绝缘闪络判据，对配电线路进行了防雷计算；文献 使用 开展某变电站的雷击事故仿真研究，分析站内主变及其他电气设备过电压的变化情况，总结引起事故的原因；文献 分析了杆塔高度、冲击接地电阻及线路绝缘水平等因素对雷击跳闸率的影响。目前，架空线路的重视程度不及高压输电线路，线路普遍未加装避雷线，然而由于其杆塔高度高于 配网线路，因此遭受直击雷风险也较高。本文在 中建立 架空线路仿真模型，人为设置雷击故障，使用电流、电压探针观测雷击过电压，由此对实际运行中线路雷击跳闸故障的原理进行本质认识，完成线路耐雷水平的计算。为了说明避雷线的作用原理和效果，对 架空线路有无避雷线的情况分别进行仿真试验，并探究杆塔接地电阻与线路耐雷水平的影响。计算模型 输电线路模型在 中，可通过 模块实现输电线路的 、及 模型。本文采用 线路模型，在软件中输入导线的空间位置、直流电阻、长度、线径等参数，经软件编译生成计算模型。本次仿真选择的导线型号为 ，地线型号为 ，具体参数见表。表架空导线参数导线型号根数 直径计算截面铝钢铝钢外径直流电阻不大于（）（钢）（钢）杆塔模型输电线路杆塔一般可等效为集中参数阻抗或分布参数长线。图为几种常见的杆塔集中参数模型，本文建立的杆塔模型为导线上字型排列的多波阻抗模型。由于本文研究的 输电线路杆塔不超过，因此上述建模方法可保证计算准确性。（a）导线上字型排列（b）导线水平排列（c）双回导线排列TL1CL2L3RchBTL1CL2RchBTL1CL2L3RchBACBAAL4图 1 常见杆塔集中参数模型的等值电路图 接地电阻模型杆塔冲击接地电阻表征了杆塔冲击接地特性。雷电冲击下，由于局部火花放电导致的火花效应和雷电流等效频率高导致的电感效应，杆塔接地电阻随雷电流变化。以式（）和式（）为基础，通过 中的 模块建立以雷电流为自变量的杆塔冲击接地电阻模型：（）（）式中，为工频接地电阻值；为通过接地电阻的电流；为土壤电离化的最小电流；为土壤电离场强（一般为 ）；为土壤电阻率。雷电流模型本模型的雷电流