線路避雷器對(duì)同塔三回輸電線路同跳耐雷水平的影響研究

劉吉沼

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司汕尾供電局，廣東 汕尾516600）

0 引言

據(jù)電網(wǎng)故障分類統(tǒng)計(jì)顯示，在我國跳閘率比較高的地區(qū)，高壓線路運(yùn)行的總跳閘次數(shù)中，由雷擊引起的次數(shù)占40%～70%［1］，而隨著同塔多回輸電線路的建設(shè)，同跳情況也大量出現(xiàn)，極大地影響了電網(wǎng)供電的可靠性。20世紀(jì)80年代，國外提出了安裝線路避雷器以提高輸電線路耐雷水平的措施。美國最早于1982年在138 kV輸電線路上實(shí)現(xiàn)了線路避雷器的掛網(wǎng)運(yùn)行，日本于1986年在雷電活動(dòng)頻繁的輸電線路上安裝了線路避雷器［2］，我國也于1993年研制成功110～220 kV合成絕緣無間隙避雷器［3］。目前，國內(nèi)外學(xué)者對(duì)線路避雷器對(duì)輸電線路耐雷水平的影響進(jìn)行了大量研究，但主要討論了避雷器對(duì)單跳耐雷水平的影響，而其對(duì)同跳耐雷水平的影響研究則很少見到。本文在ATP－EMTP中對(duì)某一實(shí)際110 kV同塔三回輸電線路建立雷擊仿真模型，基于該模型研究了線路避雷器的安裝數(shù)量和布置方式對(duì)同跳耐雷水平的影響。

1 輸電線路仿真模型

本文采用占自然界中75%～90%的負(fù)極性雷模擬雷電流源，如圖1所示，其數(shù)學(xué)模型采用與實(shí)際雷電流波形最接近的雙指數(shù)波模型，數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

其中，I0為雷電流幅值；α與β分別為決定雷電流波前與波尾陡度的時(shí)間系數(shù)。雷電通道波阻抗Z0采用規(guī)程值300Ω。

圖1 雷電流源波形圖

輸電線路模型選擇JMarti模型。該模型是目前應(yīng)用最廣的輸電線路模型，考慮了輸電線路的頻率特性，其元件參數(shù)與系統(tǒng)頻率相關(guān)，在相位范圍內(nèi)直接求解問題，因此可精確模擬所有結(jié)構(gòu)的傳輸線，包括不平衡幾何結(jié)構(gòu)的線路。

絕緣子串閃絡(luò)判據(jù)采用先導(dǎo)模型，該模型可以準(zhǔn)確判斷標(biāo)準(zhǔn)雷電波與非標(biāo)準(zhǔn)雷電波下的先導(dǎo)發(fā)展。利用ATP中Models器件自定義絕緣閃絡(luò)模型。

避雷器模型采用ATP中的MOV元件，該元件可以輸入避雷器的伏安特性曲線，精確模擬避雷器的動(dòng)作特性。

桿塔模型采用多波阻抗模型，該模型不但考慮了波在桿塔上的傳播，還考慮了桿塔的自身結(jié)構(gòu)、不同高度對(duì)地電容的變化，能夠準(zhǔn)確模擬高桿塔對(duì)行波傳輸?shù)挠绊憽＿x擇實(shí)際的同塔三回輸電線路中采用的1F3J3－J3型桿塔，其多波阻抗模型如圖2所示，圖中標(biāo)出了換相后的實(shí)際相位。桿塔的接地電阻為10Ω。在ATP－EMTP中，建立的典型同塔三回輸電線路直擊雷計(jì)算模型如圖3所示。

圖2 1F3J3－J3的多波阻抗模型

圖3 ATP－EMTP中建立的反擊計(jì)算模型

2 避雷器對(duì)耐雷水平的影響分析

根據(jù)同塔三回輸電線路的桿塔結(jié)構(gòu)，提出了6種避雷器安裝方案，研究線路避雷器不同數(shù)量、不同安裝方式時(shí)的防雷效果，如表1所示。

由表1可知，避雷器數(shù)量和安裝方式對(duì)同跳耐雷水平均影響較大。總體趨勢表明，避雷器數(shù)量越多，同跳耐雷水平的提升越大，相對(duì)于采用一支避雷器的方案一，采用兩支避雷器的方案三和采用三支避雷器的方案六同跳耐雷水平分別提高了7.25 k A和11.75 k A。分別比較方案二、三和方案四、五、六可知，避雷器安裝方式對(duì)同跳耐雷水平的提升影響很大，進(jìn)一步比較方案三、四、五可以發(fā)現(xiàn)采用兩支避雷器的方案三同跳耐雷水平大于采用三支避雷器的方案四和方案五，這表明通過合理布置線路避雷器，可以用更少的避雷器獲得更好的防雷效果。

表1 避雷器安裝方案

3 結(jié)語

本文通過在ATP－EMTP中建立同塔三回輸電線路電磁暫態(tài)仿真模型，研究了6種避雷器安裝方案對(duì)同跳耐雷水平的影響。研究表明，總體趨勢上，避雷器安裝數(shù)量越多，同跳耐雷水平越高；此外，避雷器安裝方式對(duì)同跳耐雷水平影響較大，6種安裝方案中，方案六的改造效果最好，方案三的改造效果次之。

［1］錢冠軍，王曉瑜，丁一正，等.500 kV線路直擊雷典型事故調(diào)查研究［J］.高電壓技術(shù)，1997，23（2）：72－74.

［2］Yamada T，Sawada J，Zaima E，et al.Development of suspension－type arresters for transmission lines［J］.IEEE Transactions on Power Delivery，1993，8（3）：1052－1060.

［3］王秉均.金屬氧化物避雷器［M］.北京：水利電力出版社，1993.