解析隨機參數對同塔雙回輸電線路雷擊跳閘過程的影響

（國網浙江電力公司麗水供電公司，浙江 麗水 323000）

解析隨機參數對同塔雙回輸電線路雷擊跳閘過程的影響

楊健偉

（國網浙江電力公司麗水供電公司，浙江 麗水 323000）

在電力系統飛速發展、電網不斷擴張的背景下，因同塔雙回輸電線路能夠節約土地資源，得到廣泛的應用。本文結合某區域雷擊跳閘故障的實際統計數據，采用MonteCarlo方法進行了仿真模擬，試圖論證隨機參數對同塔雙回輸電線路雷擊跳閘過程的影響。

同塔雙回輸電線路；雷擊跳閘；過程影響

一﹑國內外同塔雙回輸電線路的使用情況

調查資料顯示，美國﹑歐洲﹑日本使用同塔雙回輸電線路的數量較多，特別是在日本，大部分500kV以上的線路和新建1100kV的線路都采用同塔雙回，其顯著特點是使用逆向序號線進行排列。為了更好的保護負保護角防繞擊，美國大多數超高壓線路將保護角之間的差距設置最大化，且保護角數要遠小于一般的單回路線路。同時，因500kV電壓等級的線路十分重要，我國對500kV電壓的同塔雙回輸電線路的抗雷擊性及絕緣性能進行過深入探究。然而，相較于500kV電壓的線路，220kV和110kV電壓線路的主要雷擊方式有明顯差別。后者在抗雷擊性和絕緣性方面的能力更低，但仍不可忽視其反跳閘率。此外，當前我國對同塔雙回輸電線路的抗雷擊性研究缺少對地形因素的探討，特別是我國部分區域地形復雜﹑多山，而對各電壓等級的抗雷擊性﹑絕緣性﹑雷擊方式以及受影響的方面進行系統的對比分析，有利于找出防雷措施的最佳平衡點，進而優化防雷設計。

二﹑隨機參數抽樣法

將同塔雙回輸電線路的雷擊跳閘概率用字母S表示，其概率計算公式為：

表1

其中n代表雷擊總次數的模擬數量，Ii，Bi，Ui，代表在第i次雷擊發生階段內的雷電流幅度值﹑雷擊塔桿的部位以及雷擊時的工頻瞬時電壓值等；H，R，Q分別代表同塔雙回輸電線路中塔桿的高度﹑線路接地電阻值以及地面傾斜角度等特定參數。在下文中重點探討隨機抽樣法：

首先使用MonteCarlo方法對單回輸電線路雷擊跳閘的概率抽樣法進行了設計，其中重點考慮了雷擊發生時的電流幅值﹑雷擊塔桿的位置以及雷擊發生時的工頻瞬時疊加電壓等三個樣本參數。

圖1 雷擊電流幅值直方圖示

圖2 雷擊概率分布圖

圖3 地面傾斜角度關系

（一）雷擊發生時電流幅值抽樣實驗

雷擊發生時電流幅值分布情況能夠利用雷擊電流幅值積累起的概率分布曲線圖來表示，其實際統計意義是當雷擊電流比I（KA）大的時候，概率用P表示，當前我國雷擊發生時電流幅值累積概率公式是：

另外，IEEE推薦的雷擊發生時電流幅值累積概率的計算公式是：

在本文中選擇公式（3）對雷擊發生時的電流幅度值進行抽樣論述。當模擬每次雷擊過程時，經計算發現其概率在[0，1]區間內均勻分布。

（二）雷擊塔桿位置抽樣模擬

一般情況下，雷擊塔桿的位置決定了雷擊產生的表現方式，通常來講為反擊和繞機兩種形式。而線路的耐反擊能力要遠比耐繞擊性能水平高，所以，可以看出雷擊塔桿的位置對線路跳閘的影響比較大。但是，當前我國電網普遍使用的雷電故障定位系統還不能對雷擊位置進行有效識別，而采用雷擊部位抽樣法則能夠對雷擊故障進行更為精確的仿真模擬。

（三）工頻疊加瞬時電壓抽樣模擬

參照我國電壓規程中的相關案例可以發現，其中推薦的反擊與繞擊電壓的計算方式都沒有把雷擊發生階段所產生的工頻疊加瞬時電壓考慮在內，因其在單回線路中產生的影響十分小。然而，在同塔雙回輸電線路中，導線數量相反較多，在一定程度上會比單回輸電線路產生更多的工頻疊加瞬時電壓。

三﹑隨機參數對輸電線路的影響分析

為了把隨機參數對輸電線路的影響分析的更為精確，文中對某地區110kV﹑220kV的四種單﹑雙回塔桿輸電線路進行了研究，其塔桿型號見表1。

探究階段的所有參數表示：塔桿距離地面的傾斜角用O表示，接地電阻值為11Ω。110kV電壓與220kV電壓中絕緣配置情況分別為：7×LXP-70，14×LZP-70，雷暴持續時間為40d。參照上述條件，分別仿真隨機參數對線路的影響。

（一）雷擊電流幅值的影響分析

參照雷電定位監測系統圖示，對2003年到2013年間的測量數據繪制成雷擊電流幅值直方圖1，并依照表1中的塔桿數據模擬出雷擊電流幅值概率分布情況，如圖2所示。

將兩幅圖形進行對比分析能夠看出兩者之間的不同之處，圖1中電壓在10kV以上的雷雷擊電流發生概率在99%以上，但是在圖2中，若根據公式2的計算方式，其概率僅為77%，兩者只差為22%，若依照公式3進行計算，其結果與圖1基本一致。所以，文中關于雷擊電流概率計算公式皆參照公式（3）進行。

（二）雷擊塔桿位置

根據上述分析可以得知，雷擊位置為跳閘的影響主要受繞擊跳閘變化的影響，圖3為幾種比較常見的跳閘率與地面傾斜角關系。

表2

從圖3可以得知，角度在30°之前，雷擊跳閘率會跟著地面角度的增大而增大，不考慮110kV單回電路的影響，其余塔桿的跳閘率呈逐漸上升的狀態，只是增加幅度相對較小，但當角度大于30°的時候，圖示中所有塔桿的跳閘率都在上升，且增幅較大，并且220kV雙回塔桿輸電線路的概率值最高，也最容易發生雷擊電流跳閘故障，但圖示中它的繞擊跳閘率卻最小，這說明，在同塔雙回輸電線路中，可以通過縮減塔桿高度與地面夾角的傾斜關系來降低跳閘現象的發生率。

（三）工頻疊加電壓的影響分析

當地面角度為0°的時候，繞擊跳閘概率相對較低，而該階段工頻電壓影響較大較大的是反擊跳閘率，由此，我們把地面傾斜角度調整為30°，其余固定參數不變進行分析，見表2。

從表2可以看出，工頻疊加電壓能夠對雷擊跳閘率產生較大影響，但需要了解的是，在繞擊跳閘率變化方面，雙回塔桿輸電線路有十分明顯的特點，110kV﹑220kV單回輸電線路塔桿跳閘率較低。

結語

綜上所述，可以知道與同等電壓級別的單回輸電線路相比，雙回輸電線路繞擊跳閘發生的概率更容易受地面傾斜角的影響，工頻疊加電壓對兩種線路產生的反擊跳閘率影響基本相同，但角度在30°以上時會產生較大影響。

[1]周遠翔，關雪飛，梁前晟，高峰.隨機參數對同塔雙回輸電線路雷擊跳閘過程的影響[J].高電壓技術，2012（03）.

[2]馬小強.隨機參數對同塔雙回輸電線路雷擊跳閘過程產生的影響[J]. 廣東科技，2013（20）.

[3]沈志恒.同塔雙回輸電線路雷擊同跳保護研究[D].浙江大學，2013.

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