線路雷擊鉗位保護(hù)器接地方式與不接地方式仿真分析

代立君，汪博文，李 晨，楊 霞

（1.國(guó)網(wǎng)陜西省電力公司安康供電公司，陜西 安康 725000；2.武漢克雷盾科技有限公司，湖北 武漢43000）

輸電線路中用到的雷擊鉗位保護(hù)器與線路絕緣子串并聯(lián)安裝，鉗位保護(hù)器的接地一般采用2 種接地方式：不接地和單獨(dú)設(shè)立接地裝置。不接地指鉗位保護(hù)器低壓端安裝到橫擔(dān)上后不接地處理，試驗(yàn)研究表明，針對(duì)安康35 kV 的架空鋼筋混泥土電桿鋼筋對(duì)橫擔(dān)的雷電沖擊放電電壓約為60～180 kV，鉗位保護(hù)器動(dòng)作后，一部分電流通過(guò)保護(hù)器脈沖電容，另外一部分電流很容易沿著鋼筋泄入大地，電桿的鋼筋實(shí)際上充當(dāng)了鉗位保護(hù)器接地引下線和接地體的作用；單獨(dú)設(shè)置接地體接地，是指在橫擔(dān)采用金屬引下線沿著這電桿底引入大地中，或直接利用電桿中鋼筋混泥土與鉗位保護(hù)器低壓端相連，如圖1所示，2種接地體方式對(duì)鉗位保護(hù)器效果的影響體現(xiàn)在接地電阻大小不同，一般情況下單獨(dú)設(shè)置接地體的接地電阻要小于自然接地電阻。

圖1 接地方式

從理論分析證明，在鉗位保護(hù)器動(dòng)作前，導(dǎo)線上的過(guò)電壓傳播過(guò)程與鉗位保護(hù)器是否接地?zé)o關(guān)，雷電過(guò)電壓超過(guò)了鉗位保護(hù)器的動(dòng)作電壓后，進(jìn)行高幅值削波，其余部分的殘流繼續(xù)沿著導(dǎo)線傳播，如圖2 所示，假設(shè)1#桿C 相鉗位保護(hù)器動(dòng)作，由于鉗位保護(hù)器與絕緣子并聯(lián)安裝，絕緣子承受的過(guò)電壓始終位鉗位保護(hù)器的殘壓，只要保證了鉗位保護(hù)器的殘壓低于絕緣子的擊穿閃絡(luò)電壓，鉗位保護(hù)器可以保護(hù)絕緣子不閃絡(luò)，但是鉗位保護(hù)器接地電阻大，顯然不利于雷電能量的釋放，負(fù)面的影響是：一方面對(duì)導(dǎo)線上的雷電過(guò)電壓的限制效果較差，殘流繼續(xù)沿著導(dǎo)線傳播的雷電過(guò)電壓波幅值較大，可能還高于線路絕緣水平，引起相鄰的桿塔的絕緣子閃絡(luò)，如圖2 所示2#桿C 相所示絕緣子閃絡(luò)，另一方面引起電桿頂部A 相、C 相電位抬升較高，過(guò)電壓可能高于線路絕緣水平，引起本基電桿其他相反相擊穿閃絡(luò)，為了驗(yàn)證上述分析結(jié)論采用ATP-EMTP仿真分析。

2 采用ATP-EMTP仿真分析鉗位保護(hù)器

以線路遭受直擊雷為例，仿真研究鉗位保護(hù)器采用不同的接地方式對(duì)雷擊過(guò)電壓的限制效果影響，仿真采用ATP-EMTP 軟件，仿真模型如圖3 所示；設(shè)置6 基電桿，兩側(cè)進(jìn)行阻抗匹配，從左向右電桿依次排列10#、11#、12#、13#、14#，15#；假設(shè)雷擊到12#電桿與13#電桿中間B相。

圖2 鉗位保護(hù)器動(dòng)作后殘流沿著線路傳播過(guò)程

圖3 鉗位保護(hù)器動(dòng)作后殘流沿著線路傳播過(guò)程

2.1 仿真采用的元件參數(shù)余下

線路雷擊鉗位保護(hù)器帶串聯(lián)固定球間隙結(jié)構(gòu)，則鉗位保護(hù)器U50%(-)=405 kV，U50%(+)=270 kV，鉗位保護(hù)器額定電壓UN=51 kV，則鉗位保護(hù)器本體動(dòng)作伏安特性曲線如圖4所示。

圖4 鉗位保護(hù)器本體動(dòng)作伏安特性曲線

線路中相高度19 m，A 相高度16 m，C 相高度16 m，等邊三角排列，A 相、C 相各偏離電桿軸線0.85 m，線路檔距150 m，導(dǎo)線標(biāo)稱截面積185 mm2。

自然接地電阻取100 Ω；單獨(dú)設(shè)計(jì)接地電阻取值為4 Ω，電桿波阻抗取250 Ω。

雷電流峰值取10 kA，雷電通道波阻抗取1000 Ω，雷電波形取2.6/50 μs，三角波函數(shù)。

線路絕緣子雷電沖擊放電電壓為U50%(-)=405 kV，U50%(+)=270 kV。

圖5、圖6、給出了部分典型的仿真結(jié)果。

圖5 2種接地方式下被保護(hù)絕緣子承受的過(guò)電壓比較

由圖5 所知，仿真結(jié)果可見(jiàn)，2 種接地方式下，被保護(hù)絕緣子承受的電壓都等于鉗位保護(hù)器動(dòng)作后的殘壓，接地方式并不會(huì)影響鉗位保護(hù)器對(duì)絕緣子的保護(hù)效果。

由圖5所知，仿真結(jié)果可見(jiàn)，采用自然接地式，鉗位保護(hù)器動(dòng)作后點(diǎn)桿頂部電位明顯高于采用單獨(dú)設(shè)置接地體的情況，導(dǎo)致本基電桿其他兩相絕緣子反擊閃絡(luò)的概率增加。

圖6 2種接地方式下線路B相導(dǎo)線雷電過(guò)電壓比較

由圖6所知，2種接地方式下12#和13#電桿中相的過(guò)電壓均達(dá)到鉗位保護(hù)器動(dòng)作電壓動(dòng)，采用單獨(dú)設(shè)置接地體是11#和14#電桿中相的過(guò)電壓均沒(méi)有達(dá)到鉗位保護(hù)器動(dòng)作電壓動(dòng)，而自然接地是12#和13#電桿中相的過(guò)電壓則達(dá)到了鉗位保護(hù)器動(dòng)作電壓動(dòng)。

3 結(jié)束語(yǔ)

基于上述仿真研究可以得出，線路雷擊鉗位保護(hù)器無(wú)論采用自然接地方式還是采用單獨(dú)設(shè)置接地方式，在保護(hù)與之并聯(lián)的絕緣子效果是一樣的，不同之處在于，自然接地比起單獨(dú)設(shè)立接地裝置是：自然接地是本基電桿其他相以及相鄰電桿的絕緣子閃絡(luò)概率有所增加，所以工程中進(jìn)行每相安裝一支雷擊鉗位保護(hù)器；每基電桿每相絕緣子均由鉗位保護(hù)器保護(hù)，因此鉗位保護(hù)器不用接地方式，既簡(jiǎn)化安裝又可降低造成本。