欖普一線500 kV線路取消架空地線防雷性能分析

龔奕宇，王 言，范松海，雷云澤（．國網四川電力科學研究院，成都 60000； ．清華大學深圳研究生院，深圳 58055）

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欖普一線500 kV線路取消架空地線防雷性能分析

龔奕宇1，王 言2，范松海1，雷云澤2
（1．國網四川電力科學研究院，成都 610000； 2．清華大學深圳研究生院，深圳 518055）

摘要：欖普一線500 kV線路由于地線覆冰嚴重，多次出現線路跳閘、地線斷裂等事故，因此需要將架空地線取消。結合行波法和ATP-EMTP電磁暫態分析，對取消地線前后欖普一線的耐雷強度進行了仿真計算。計算結果表明，取消地線后雷擊基本都變為繞擊，并且繞擊耐雷強度和反擊耐雷強度均有所降低，需要采用其他防雷措施進行保護。

關鍵詞：欖普一線；取消地線；耐雷強度；ATP-EMTP

引言

四川省涼山地區平海拔2 000-3 000 m，冬季平均氣溫-1 ℃，地理環境復雜多變，具有多處特殊的微地形區域。相對于其他地區，微地形區域內較容易形成極端氣候條件，對特高壓輸電線路的正常運行造成了嚴重威脅。涼山地區有等數條特高壓輸電線路。以欖普一線為例：欖普一線途徑小臺灣區域，區域內微氣象條件突出，極易發生冰災。僅在2009年到2012年1月三年內就發生了8起以上嚴重冰災事故。架空地線由于不能采取融冰等措施，覆冰情況尤為嚴重。架空地線嚴重覆冰后，一方面容易導致地線向覆冰較重的一端滑動，增大地線弧垂，使地線與導線間距減小，引起導線對地線的放電；另一方面，由于地線直徑較小，覆冰嚴重時甚至會發生地線斷裂事故。為了提高線路的抗冰性能，某些地區采用了取消架空地線的措施。取消架空地線后，整條線路失去了對雷擊的防護，線路的耐雷強度以及相應的雷擊跳閘率需要重新計算。

我國現行標準DL/T 620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》規定了線路耐雷水平、線路跳閘率等參數的計算方法。然而此標準的計算方法是以一定的簡化和假設條件為基礎的，計算精度僅適用于220 kV及以下線路，稱為規程法。500 kV及以上輸電線路由于輸電桿塔較高、線路走廊加寬以及運行電壓提高，不可忽略雷電波在桿塔內的折返射現象，其耐雷強度無法采用規程法計算，需要結合行波法和EMTP/ATP法進行計算。

1　模型建立

采用行波法計算時，由于高桿塔高度較高，波沿桿塔傳播時，不同高度的桿塔部分由于L0和C0都不同，使得沿桿塔分布的波阻抗是變化的。為了精確起見，可以使用多段波阻抗模型來模擬輸電線路的桿塔。

欖普一線桿塔主要由酒杯型桿塔構成，對應的ATPEMTP模型如圖1所示。

欖普一線各個部分的阻抗值單獨計算，接地電阻選擇為20 Ω。

圖1　多段波阻抗模型來模擬輸電線路的桿塔

圖2　取消地線后繞擊閃絡分析

2　仿真結果分析

2.1 取消地線后繞擊閃絡（見圖2）和非閃絡分析

以取消地線后的欖普一線為例。發生雷電繞擊閃絡后，絕緣子A相電壓會出現一個尖銳的正向峰值，對應的是絕緣子被擊穿的電氣過程。尖峰出現后，絕緣子A相電壓瞬間變為0，證明絕緣子已經發生了繞擊閃絡。流過絕緣子的瞬時電流也很大，可達到15 kA以上。而如果沒有發生閃絡，絕緣子A相電壓會先出現一個正向的波動，但是電壓波動的峰值較小，變化率較緩。波動之后，由于未發生閃絡，絕緣子無電流通過。對于母線電流，發生繞擊閃絡后，母線A相電流會先出現一個負向峰值，在出現一個正向峰值，負向和正向峰值對應絕緣子擊穿前瞬間和擊穿后瞬間電路的狀態。之后母線電流逐漸平穩，但無法回到雷擊前的電流值。這是因為絕緣子被擊穿，整個電路的結構發生了變化。未發生閃絡時，母線電流會出現一個負向波動，但很快能恢復到雷擊前的值。

線路存在架空地線（見圖3）的情況下，由于架空地線的分流作用，部分電流會從地線中流出。因此流經絕緣子的電流衰減較快，母線電流也不會出現一個正向峰值。后續結果還可以說明，架空地線的分流作用都大于取消地線的情況。另一方面，由于地線較長，電磁波在其中會產生明顯的折返射，因此電流和電壓都有較為明顯的震蕩現象。可以證明，改變輸電線路長度時，仿真所得電流和電壓的震蕩周期也會隨之改變。

反擊閃絡情況下絕緣子兩端電壓以及流經絕緣子電流的方向均與繞擊閃絡時相反。這是因為雷電反擊塔頂，會引起塔頂電位的抬升，絕緣子靠近桿塔一側電壓較高。而雷電繞擊導線時，會引起導線電位抬升，從而導致絕緣子靠近導線一側電壓較高。其余特征與繞擊結果類似。

3　欖普一線耐雷強度

采用二分法對欖普一線的耐雷強度進行研究。經過反復嘗試，最終得出三條線路在有無架空地線兩種情況下的繞擊與反擊耐雷強度表1所示。

表1中的概率P是指一般地區雷電流超過線路耐雷強度的概率，計算公式為：

如表1所示，欖普一線有無架空地線對應的繞擊耐雷強度相差不大，有架空地線時繞擊耐雷強度略高。證明了繞擊耐雷強度僅和絕緣子強度與線路運行電壓有關，而與桿塔結構以及有無架空地線基本無關。在具有架空地線時，欖普一線的反擊耐雷強度明顯大于無地線時的反擊耐雷強度。這是因為塔頂反擊電壓與架空地線的分流作用以及桿塔結構緊密相關。取消架空地線后，地線分流作用消失，雷電流更容易在塔頂產生高電壓。

圖3　存在架空地線時繞擊閃絡分析

表1　三條線路繞擊耐雷強度

4　結論和建議

欖普一線取消架空地線后，一方面雷擊類型基本上都變為繞擊雷，線路整體繞擊耐雷強度較低，自然界中雷電流數值超過其耐雷強度的可能性較高；另一方面，即使在桿塔附近出現反擊雷，線路整體的耐雷強度也遠低于存在架空地線的情況。因此，取消架空地線后欖普

一線抗雷水平明顯降低，必須要采取其他有效措施來預防可能發生的雷擊跳閘事故。實際工程中，可以加裝帶純空氣間隙的500 kV線路避雷器。由于取消架空地線后線路整體抗雷性能降低，因此需要對避雷器的通流容量以及結構進行安全校核。

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龔奕宇（1986），男，碩士，工程師，主要從事輸變電設備狀態監測、狀態評價、狀態信息高級應用。

王言(1992)，男，碩士研究生，主要從事特高壓輸電線路仿真計算研究。

雷云澤(1991)，男，碩士研究生，主要從事外絕緣檢測方面的研究。

Analysis of Maximum Allowable Lightning Current on Lanpu No.1 Line When Canceling Earth Line

GONG Yi-yu1, WANG Yan2, FAN Song-hai1, LEI Yun-ze2
(1. Sichuan Electric Power Research Institute, Chengdu 610000; 2. Graduate School at Shenzhen, Tsinghua University, Shenzhen 518055)

Abstract：Lanpu No.1 overhead transmission line has occurred many line trip and fracture of earth line by the reason of seriously covering ice of earth line. So it’s a necessity to cancel the earth line. By using the traveling wave method and Electromagnetic Transients Program, this paper calculates the maximum allowable lightning current of Lanpu No.1 line with and without earth line respectively. The result shows that firstly, when canceling the earth line, the lightning always strikes the transmission; secondly, the maximum allowable lightning current decreases whether it’s lightning shielding failure or back flashover. So Lanpu No.1 line needs other protection measure.

Key words：lanpu No.1 line; canceling earth line; maximum allowable lightning current; ATP-EMT

作者簡介:

中圖分類號：TM863

文獻標識碼：A

文章編號：1004-7204（2016）01-0036-04