1 220kV 同塔四回输电线路反击耐雷性能影响因素研究

绝缘子片数/（上/中/下） 耐雷水平/kA 跳闸率/(次/100km•a)
13/13/13 91 0.753
14/13/13 99 0.611
15/13/13 107 0.495
16/13/13 115 0.402
3 结论
1 ）可见对于低土壤电阻率地区降低杆塔接 地电阻对提高线路反击耐雷性能效果不明显。在 高土壤电阻率地区杆塔接地电阻超过 20Ω 时， 线 路耐雷性能随着杆塔接地电阻的进一步增加而 迅速降低，应尽量降低杆塔接地电阻从而提高线 路耐雷水平，降低雷击跳闸率。 2 ）杆塔呼称高度对线路反击耐雷性能影响 较大，根据实际条件尽可能的降低杆塔高度能够 有效提高线路耐雷性能。 3 ）雷击杆塔塔顶发生反击时，上层横担绝 缘子串比中、下层横担绝缘子串更易发生闪络； 横担外侧绝缘子串比内侧绝缘子串更易发生闪 络。因此，考虑线路运行的可靠性和经济性，线 路各层导线可以采取不同的绝缘水平。
图4 杆塔塔身中间各点电位波形
图5 各层横担与导线之间电压波形
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率。
2.3 杆塔呼称高度的影响
杆塔高度越高，雷击杆塔塔顶时沿杆塔传播 至接地装置引起的负反射波返回横担的时间越 长，使得横担电位增高，更易发生反击引起绝缘
子串闪络， 而且杆塔高度增加时， 引起面积增大， 落雷次数增加，雷击跳闸的概率增大。杆塔接地 电阻为 10Ω，绝缘子片数为 13 片，不同杆塔呼 称高度下 220kV 同塔四回输电线路反击耐雷性能 如表 2 所示。
1.5 雷电参数
h
RB
rB
图 2 杆塔尺寸图
雷电流波形采用我国防雷设计中推荐采用 的 2.6/50μs 的双指数波形，年雷电日取为 40。有 研究表明，雷电流在 5~30kA 范围内时，雷电通 道波阻抗为 900~600Ω； 雷电流在 30~200kA 范围 时，雷电通道波阻抗比较稳定，约为 600~300Ω[15] 。仿真计算时雷电通道波阻抗取为
图6 横担外侧、内侧与导线之间电压波形
2.2 杆塔冲击接地电阻的影响
杆塔接地电阻是输电线路设计的重要参数。 杆塔冲击接地电阻与土壤电阻率、低频低电流幅 值下的冲击电阻，流过接地装置的冲击电流有 关。低频低电流情况下接地体阻抗值较大时，冲 击阻抗受土壤电阻率影响比较明显；受流过接地 体电流幅值的影响也比较显著，流过接地体电流 越大，其冲击阻抗越小，甚至出现低阻值状态。 杆塔呼称高度为30m，绝缘子片数为13片， 土壤电阻率分别取为200· m、1000· m 、 2000· m， 接地电阻在5~80较大范围内变化时， 对220kV同塔四回输电线路反击耐雷性能进行仿 真计算，结果如表1所示。 从表 1 中可以看出，线路耐雷水平随着杆塔 接地电阻的增大而降低。当土壤电阻率较低时， 线路耐雷性能随接地电阻的增大变化不明显，而 接地电阻较高时，线路耐雷性能在接地电阻超过 20Ω 时线路耐雷水平虽接地电阻的增大迅速降 低。当土壤电阻率为 200Ω•m，接地电阻从 5Ω 增 加到 20Ω 时，线路耐雷水平降低了 9.38%，反击 跳闸率增大了 24.48%；接地电阻增加到 80Ω 时， 线路耐雷水平降低了 15.63%， 反击跳闸率增大了 47.96%。 而土壤电阻率增大到 2000Ω•m 时， 接地 电阻分别从 5Ω 增大到 20Ω、80Ω 时线路耐雷水 平分别降低了 12.50%和 45.83%，反击跳闸率分 别增大了 36.76%和 216.04%。可见对于低土壤电 阻率地区降低杆塔接地电阻对提高线路反击耐 雷性能效果不明显。在高土壤电阻率地区杆塔接 地电阻超过 20Ω 时， 线路耐雷性能随着杆塔接地 电阻的进一步增加而迅速降低，应尽量降低杆塔 接地电阻从而提高线路耐雷水平，降低雷击跳闸
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模拟绝缘子串。
ZA1 ZT1 Z A2 Z A2 ZT2 Z A3 Z A3 ZT3 Z A4 Z A4 ZT4
ZA1 ZL1 Z A2 ZL2 Z A3 ZL3 Z A4 ZL4 Z A4 Z A3 Z A2
1.3 杆塔模型
防雷计算中的杆塔模型主要有集中参数电 感模型和分布参数波阻抗模型。将杆塔等值为集 中参数电感适于定性分析高度较低的杆塔的简 化计算，对于同塔四回输电线路，由于杆塔角度 较高，宜采用杆塔的波阻抗模型。采用杆塔的多 波阻抗模型，将杆塔按几何结构分为 4 段，每段 都分为主体和支架部分，并假定每部分均匀，根 据各部分几何尺寸计算各部分的波阻抗。计算线 路杆塔及等效模型如图 2、图 3 所示。图 3 中 ZT 为主体部分波阻抗， ZA 为横担波阻抗， ZL 为支架 波阻抗，分别由式（2）~（5）求出[11]。
表1 不同杆塔接地电阻下的反击耐雷性能
接地电阻/Ω 土壤电阻率(200Ω•m) 耐雷水平/kA 跳闸率/(次/100km•a) 耐雷水平/kA 跳闸率/(次/100km•a) 耐雷水平/kA 跳闸率/(次/100km•a) 5 96 0.661 96 0.661 96 0.661 10 92 0.734 91 0.753 91 0.753 15 89 0.794 88 0.815 88 0.815 20 87 0.836 84 0.904 84 0.904 30 84 0.904 79 1.031 78 1.0582 50 82 0.953 72 1.238 64 1.526 80 81 0.978 67 1.411 52 2.089
Ig
E0 2R02
（7）
RT2
7000
6300
4700 RT3
4700 rT2 4700 rT3 RT4 4700 rT4
6300
6300
4700
6300
7000
6300
4700
6300
其中：ρ 为土壤电阻率，· m；E0 为土壤电离时 [14] 的场强，可取 400kV/m 。 充分考虑土壤电阻率及流过接地体的电流 对冲击阻抗的影响，采用ATP-EMTP的TACs模块 来模拟杆塔冲击接地电阻。
ZTk 60(ln
2 2hk 2) (k 1， 2， 3， 4) （2） rek
（3）
13 2 3 14 13 2 3 3 4 rek 21 8 (rTk rB ) ( RTk RB )
式中： hk(k=1,2,3,4)， rTk(k=1,2,3,4)， RTk(k=1,2,3,4)， rB，RB为图2中对应部分长度。 有支架情况下的波阻抗值通常比无支架情 况下的波阻抗约小10 % ， 支架每部分波阻抗为对 [12] 应主体部分的9倍 ，即， （4） Z Lk 9ZTk
0 引言
随着电网建设的步伐加快，输电线路走廊日 趋紧张，在线路建设投资中所占比例越来越大。 为减少线路占地面积，降低单位容量线路造价， 同塔多回输电技术被广泛采用[1-2]。 国内外研究及运行经验均表明：雷击是引起 输电线路跳闸的主要原因[3-5]。 多回线路同杆架设 时，受走廊宽度的限制，杆塔高度增加、横担加 长，使得线路遭受雷击的次数增加，而且与同电 压等级的单回线路相比，避雷线的屏蔽性能变 差，线路耐雷水平降低，且存在两回及以上线路 同时闪络跳闸等问题[6-8]。因此，架空输电线路的 雷电防护问题成为建设同塔多回线路时需要考 虑的重要的问题之一。 本文基于电磁暂态计算程序（EMTP）建立 仿真计算模型，分析不同因素影响下 220kV同塔 四回架空输电线路反击耐雷性能，进而提出改善 线路反击耐雷水平、降低雷击跳闸率的措施，为 220kV同塔四回输电线路的设计及运行维护提供 参考。
土壤电阻率(1000Ω•m)
土壤电阻率(2000Ω•m)
表2 不同杆塔高度时的反击耐雷性能
呼称高度/m 耐雷水平/kA 跳闸率/(次/100km•a) 20 117 0.303 25 109 0.418 30 91 0.753 35 85 1.062 45 71 1.674
对于 220kV 同塔四回输电线路各层导线可以采取 不同的绝缘水平，为提高线路反击耐雷性能的有 效措施之一。
220kV 同塔四回输电线路反击耐雷性能影响因素研究
220kV 同塔四回输电线路反击耐雷性能影响因素研究
李俊 1，张伟 1，刘渝根 2 ，田金虎 2
（1.重庆市电力公司，重庆，400014；2.重庆大学电气工程学院高压系，重庆，400044）
摘要：采用 ATP-EMTP 软件建立仿真模型，对 220kV 同 塔四回输电线路反击耐雷性能进行了仿真计算和分析。 分析了雷击杆塔塔顶时，杆塔塔身及各横担不同部位电 位分布，并讨论了杆塔高度、杆塔冲击接地电阻、土壤 电阻率、绝缘水平等因素对线路反击耐雷性能的影响。 结果表明：对低土壤电阻率地区杆塔接地电阻对线路反 击耐雷性能影响不明显，高土壤电阻率地区降低杆塔接 地电阻能够提高线路耐雷水平；根据实际条件尽可能的 降低杆塔高度；线路各层导线可以采取不同的绝缘水平。 关键词：同塔四回输电线路；反击；耐雷水平；跳闸率； ATP-EMTP
表3 不同绝缘水平时的反击耐雷性能
从表 2 可以看出， 杆塔呼称高度对 220kV 同 塔四回输电线路反击耐雷性能影响较大，杆塔互 层高度从 20m 增大到 30m、 45m 时线路耐雷水平 分别降低了 22.22%和 39.32%，相应的反击跳闸 率增加了 1.485 倍和 4.525 倍达到了 0.753 次 /100km•a 和 1.674 次/100km•a。可见，根据实际 条件尽可能的降低杆塔输电线路反击耐雷性能影响因素研究
400Ω。
2 反击耐雷性能分析
2.1 杆塔不同位置电位分析
当雷击杆塔塔顶时，采用 EMTP 进行仿真计 算，上、中、下各横担对应的杆塔塔身中间位置 各点电位波形如图 4 所示。从图中可以看出杆塔 上层横担中间的电位最高，中层横担、下层横担 中间电位依次降低。因此上层横担绝缘子串两端 电压高于中层横担、下层横担绝缘子串两端电 压，如图 5 所示。 杆塔各层横担内侧、外侧与导线之间的电压 波形如图图 6 所示，从图中可以看出，当雷击杆 塔塔顶发生反击时，各层横担外侧绝缘子串两端 电压比内侧绝缘子串两端电压高。 综合以上分析，可以看出雷击杆塔塔顶发生 反击时，上层横担绝缘子串比中、下层横担绝缘 子串更易发生闪络；横担外侧绝缘子串比内侧绝 缘子串更易发生闪络。因此下文在分析线路耐雷 水平时，将引起上层横担外侧绝缘子串发生闪络 的雷电流作为线路反击耐雷水平。