220kV同塔雙回線路雷擊同跳差異化防護(hù)設(shè)計(jì)研究

李飛

摘 要：我國(guó)的同塔雙回線路每年遞增，線路走廊緊缺，并且雷擊同跳事故非常嚴(yán)重。本文對(duì)當(dāng)前最為典型的五種同塔雙回線路雷擊同跳防護(hù)進(jìn)行分析，從而設(shè)計(jì)220 k V同塔雙回線路雷擊同跳的差異化防護(hù)方案。

關(guān)鍵詞：220 k V同塔雙回；塔型；雷擊同跳；防護(hù)

引言

目前，我國(guó)的電網(wǎng)走廊主要采取同塔多回線路的方式不斷擴(kuò)展電網(wǎng)規(guī)模，同塔多回線路建設(shè)意在節(jié)約土地資源。在各大城鎮(zhèn)中都可以看到越來(lái)越多的大型桿塔和高密度線路建設(shè)，這些回線路建設(shè)的運(yùn)行經(jīng)常出現(xiàn)雷擊跳閘問(wèn)題，而同塔多回雷擊同跳事故最多，危害也最嚴(yán)重。110～220k V同塔多回線路受到絕緣水平及雷電流分布的影響，所發(fā)生的線路雷擊同跳事故最為嚴(yán)重，事故比例達(dá)到了110 k V及以上的21.0%。

1 雷擊同跳防護(hù)措施探析

本文分析了我國(guó)的典型的220 k V 線路 SZS32A 直線塔雷擊同跳防護(hù)措施，對(duì)仿真部分采取電磁暫態(tài)計(jì)算程序，具體的塔型結(jié)構(gòu)參數(shù)見(jiàn)下圖。

（1）差絕緣與加裝并聯(lián)間隙法

采取差絕緣法需要以同塔雙回線路正常絕緣水平為基礎(chǔ)，通過(guò)對(duì)一回線路絕緣子片數(shù)進(jìn)行調(diào)整，將兩回線路的絕緣子數(shù)目區(qū)分開(kāi)，然而會(huì)提高一回線路的跳閘率，但將雙回雷擊同跳的跳閘率進(jìn)行降低。在仿真計(jì)算部分，以 15 片絕緣子為基數(shù)，每對(duì)一回線路增加 1片絕緣子片數(shù)的情況下進(jìn)行雙回線路各回的耐雷水平的比較，相位角Δα為30°，以此計(jì)算各回線路中雷擊同跳比率。結(jié)果得出：隨著絕緣片數(shù)的增加，低絕緣側(cè)的耐雷水平不變，高絕緣側(cè)的耐雷水平逐漸升高，在第20和21片數(shù)時(shí)均為124.8k A，達(dá)到最大值；而同回路的雷擊同跳占比從0%到100%，逐漸升高，在第20和21片數(shù)時(shí)為100%；然而異回路的雷擊同跳占比從100%到0%，逐漸降低，在第20和21片數(shù)時(shí)為0%。在有4片的絕緣子差距后，雷電流幅值達(dá)到最大，出現(xiàn)全相跳閘，而只有低絕緣側(cè)發(fā)生雷擊同跳，由此不會(huì)發(fā)生雙回線路同跳的情況，所以此時(shí)為最佳的防止兩回線路雷擊同跳的方式。

此處需要注意的是特殊的較小塔頭尺寸桿塔，以減少一片低絕緣側(cè)線路的絕緣子，前提仍然是4片的絕緣差，以保持電氣安全距離。

加裝并聯(lián)間隙法是通過(guò)短接絕緣子串兩端的絕緣子，對(duì)同塔雙回線路的一個(gè)回路的絕緣子進(jìn)行串加裝并聯(lián)間隙，達(dá)到差絕緣的目的。具體的安裝形式較為簡(jiǎn)單，不用調(diào)爬，然而此法會(huì)降低線路的耐雷水平。

（2）異相序布線法

交流電力系統(tǒng)中的三相（A，B，C）交流電壓、電流要對(duì)稱，三相需要成120°的相位相差，在遭遇同一雷擊時(shí)，會(huì)呈現(xiàn)不同的各相電壓差異。

異相序布線就是差異組合兩回線路的相序，具體有五種異相排列方式，分別是①AC、BA、CB；②AC、BB、CA；③AB、BA、CC；④AB、BC、CA；⑤AA、BC、CB。第②種方式叫做逆相序。

采用塔型結(jié)構(gòu)模型進(jìn)行第一周期內(nèi)五種異相排列方式下線路的平均耐雷水平的計(jì)算，記錄其雷擊同跳次數(shù)。記錄結(jié)果為：第①～⑤種相序的下兩相同跳平均耐雷水平分別是107KA、106KA、106KA、108KA、106KA，耐雷水平基本不變；在一個(gè)周期內(nèi)上、中、下相線路的同跳次數(shù)分別是96次、64次、80次，其中用第②種排列方式得到最低的兩回線路同層同跳的概率。

（3）接地降阻法

桿塔的泄流能力關(guān)系到雷擊同跳概率，需要采取降低桿塔的接地電阻的方式來(lái)優(yōu)化桿塔接地網(wǎng)，以此防止雷擊同跳事件。這就需要對(duì)不同接地電阻的單相和兩相的耐雷水平進(jìn)行計(jì)算。計(jì)算結(jié)果表示：接地電阻值在10Ω以內(nèi)，兩相同跳的耐雷水平高于80 k A ，根據(jù)雷電流的分布特征，以此確定10Ω以內(nèi)的桿塔接地電阻對(duì)線路的耐雷水平的提高有效，能夠達(dá)到降低雷擊同跳概率目的。

（4）耦合地線法

本雷擊同跳防護(hù)措施是預(yù)防塔遭受雷擊后進(jìn)行相鄰桿塔之間的泄流，以此降低雷擊同跳的發(fā)生率，辦法是用一條地線架設(shè)在相鄰兩基桿塔的塔體之間，并聯(lián)兩基相鄰桿塔的接地網(wǎng)，達(dá)到分流的作用。架設(shè)方式如下圖。

耦合地線法對(duì)兩基桿塔的有效接地電阻值起到了間接降低的作用，忽略不計(jì)耦合地線本身電阻值，那么式①：R=R1R2...Rn/（R1+R2+...+Rn）。通常，此法用于平原地區(qū)有較小的相鄰桿塔檔距的線路情況。

（5）加裝避雷器法

在導(dǎo)線和桿塔之間通常用避雷器來(lái)鏈接達(dá)到防雷保護(hù)，這是當(dāng)前最為普及的防雷措施，具體是通過(guò)氧化鋅的伏安特性達(dá)到大電流泄流的效果，一旦較大電壓差出現(xiàn)在避雷器兩端，就會(huì)導(dǎo)通桿塔和導(dǎo)線完成泄流，隨后立即隔斷。下圖為某避雷器電路模型。

（C-避雷器對(duì)地電容模型；R-非線性電阻模型）

上圖中的R值可在沖擊試驗(yàn)中得到。避雷器法價(jià)格高昂，建議只應(yīng)用在線路高風(fēng)險(xiǎn)相線架設(shè)改造中，能夠在單相線中進(jìn)行完全保護(hù)。

2 220KV同塔雙回線路雷擊同跳改造防護(hù)設(shè)計(jì)

（1）雙回路典型塔型對(duì)比

線路桿塔結(jié)構(gòu)存在差異，不同的塔型會(huì)用到不同的防雷裝置，需要分析塔型差異再進(jìn)行防雷改造。本文對(duì)110～220k V的雙回線路進(jìn)行劃分，有緊湊型、一般型2層次，并分別分成了直線塔、轉(zhuǎn)角2類(lèi)。

大簡(jiǎn)化典型塔頭為緊湊型桿塔，與一般塔型的直線塔的導(dǎo)線與桿塔間距大于絕緣子的長(zhǎng)度是相反的。緊湊型有更復(fù)雜的耐張塔結(jié)構(gòu)，塔頭空間小，原因是增加了架設(shè)導(dǎo)線的沿線橫擔(dān)，且其桿塔比一般桿塔有更低的結(jié)構(gòu)高度和更小的三相導(dǎo)線的保護(hù)角（負(fù)角度居多），在反擊跳閘次數(shù)和反擊雷害方面更高、更嚴(yán)重。

（2）典型雷擊同跳防護(hù)的適用

當(dāng)前絕大多數(shù)工程都采取加裝避雷器法進(jìn)行防雷保護(hù)，這是最有效可靠的辦法，避雷器體積較大，需要較大的塔頭空間，由此，緊湊型線路不適用此法；此外，其高昂的造價(jià)限于山頂兩側(cè)三相、沿坡上中相、平原兩側(cè)的上中相、山谷兩側(cè)的上相等高風(fēng)險(xiǎn)桿塔相線中進(jìn)行安裝。

耦合地線法的安裝工程量偏大，對(duì)地形地貌有較為嚴(yán)格的要求，并且降阻不易，宜用在較為理想的桿塔區(qū)。

接地降阻法能夠有效地間接提高線路耐雷水平，然而建議用于接地電阻在5 Ω以內(nèi)的110～220k V線路中。

異相序布線法可以在所有線路中使用，具有廉價(jià)和較小的工程量，缺點(diǎn)是和雷擊過(guò)電壓相比其工頻電壓甚小，效果不如其他方式理想。

差絕緣法與并聯(lián)間隙法是犧牲線路的雷擊跳閘率來(lái)有效降低同跳發(fā)生率，不能大面積使用，只在高絕緣平原線路的防護(hù)中有明顯效果。

所以，要根據(jù)工程環(huán)境來(lái)適時(shí)選用以上五種雷擊同跳防護(hù)措施，利用它們各自的防護(hù)優(yōu)勢(shì)來(lái)降低線路雷擊同跳概率。

（3）雷擊同跳防護(hù)實(shí)施流程

進(jìn)行雷擊同跳防護(hù)方案設(shè)計(jì)需要經(jīng)過(guò)五大流程，首先是進(jìn)行高風(fēng)險(xiǎn)線路的篩選其中線路的海拔高度、雷擊跳閘率、區(qū)域雷電活動(dòng)等級(jí)和線路重要性方面決定了線路篩選；其次是高風(fēng)險(xiǎn)桿塔的篩選；然后確定初選改造方式，再次進(jìn)行塔型結(jié)構(gòu)、地形地貌、經(jīng)濟(jì)效益方面的精選，最終確定方案。

3 結(jié)語(yǔ)

綜述，進(jìn)行線路雷擊同跳差異化防護(hù)設(shè)計(jì)，需要通過(guò)對(duì)防雷擊同跳事故的防護(hù)方式進(jìn)行仿真計(jì)算，以此分析各種方法的原理和效果。本文對(duì)兩種層次的兩個(gè)類(lèi)型的線路及其桿塔的特征進(jìn)行了分析，結(jié)合經(jīng)驗(yàn)與已有的措施特點(diǎn)來(lái)進(jìn)行典型的防雷措施的適用和特點(diǎn)進(jìn)行分析研究，從而制定出防護(hù)方案流程。

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