單回配電線路全線安裝避雷器直擊雷保護特性研究

金 楊，汪進鋒，楊 賢，魏俊濤，胡官印，于文博

（1．廣東電網有限責任公司電力科學研究院，廣東 廣州510080；2．武漢大學 電氣工程學院，湖北 武漢430072）

0 引 言

10 kV配電線路是輸電網和用戶端的重要連接，配電線路的安全運行關系著對用戶的供電穩定性［1，2］。雷擊無線路避雷措施的配電線路時，線路整體耐雷性能較差。國內已對110 kV及以上的輸電線路采用避雷器后的防雷效果進行了詳細分析，避雷器與線路絕緣子并聯，遭受雷擊時，若雷電流超過某一幅值，避雷器會動作參與分流。由于避雷器殘壓低于絕緣子50%放電電壓，能夠鉗制絕緣子兩端的電壓差，保護絕緣子不發生閃絡。雷電流流過后，避雷器能快速恢復絕緣強度，防止了線路的雷擊跳閘［3－7］。

本文針對配電線路直擊雷，對線路在全線避雷器配置密度情況下的保護特性進行了研究，定量分析在雷擊桿塔和雷擊導線時，安裝避雷器在線路耐雷水平、泄放雷電流分布情況等方面的改善效果。

1 單回配電線路計算模型

本文計算模型參數根據“南方電網標準設計和典型造價平臺”［9］、《國家電網公司配電網工程典型設計》［10］、DL／T5220－2005《10 kV及以下架空配電線路設計技術規程》［11］。選用配電線路導線型號為JL／G1A－120／20，檔距60 m，查表得導線弧垂為1．116 m。線路使用ATP－EMTP中的LCC模塊，仿真時根據精度的需要，選用J．Marti線路模型，該模型能直接計算架空避雷線與相導線之間的耦合以及大地回路的趨膚效應，簡化了計算步驟。

建立的單回配電線路模型如圖1，電能從變電站處發出經過一段電纜送至架空線路，在電纜和架空線路的連接處設有避雷器保護；架空線路終端有配電變壓器，配電變壓器處設有避雷器保護。全線架空線路長10．02 km，其中電纜長200 m，在軟件 ATP－EMTP中建立了仿真計算電路，線路桿塔編號從首端至線路末端依次為1～168號。

2 全線安裝避雷器時直擊雷保護特性分析

2.1 耐雷水平

當每基桿塔每相均加裝避雷器保護時，由于避雷器的鉗制作用，全線絕緣子不會發生閃絡。5 kA等級線路避雷器的通流能力極限是10 kA放電2次、5 kA放電20次。本節計算了被擊桿避雷器不同放電電流時對應的耐雷水平，如表1所示。

從表1計算結果看到，全線安裝避雷器后，線路的直擊雷耐雷水平有較大提高。相對于只安裝絕緣子線路，當避雷器放電電流為5 kA等級時，雷擊相導線耐雷水平提高了3．5倍左右，雷擊桿塔的耐雷水平提高了1．4倍多。當避雷器放電電流為10 kA等級時，雷擊相導線的耐雷水平提高了7．3倍，雷擊桿塔的耐雷水平提高了近3．6倍。安裝避雷器對耐雷水平提升效果與避雷器通流能力有關，通流能力越強，效果越明顯。

表1 直擊雷耐雷水平計算結果

2.2 雷擊桿塔時入地電流分布

當全線加裝避雷器，在不同幅值雷電流直擊配電線路桿塔時，沿線入地雷電流的分布情況如圖2，分別計算雷電流幅值為30 kA和50 kA，取出兩邊各10桿的入地雷電流幅值。從圖2看出，當雷直擊全線安裝避雷器的線路桿塔時，避雷器將提供雷電流的泄放通道，且雷電流也相對均勻地向兩邊分散，幅值逐漸遞減，沒有特別明顯地堆積在雷擊點附近的幾基桿塔處。

圖2 雷擊桿塔時入地雷電流分布

由于避雷器的通流能力有限，安裝避雷器的線路需要關注避雷器流過的電流和其吸收的能量。同時計算了雷電流幅值分別為30 kA和50 kA時，由雷擊點向兩邊取出各5桿的數值，流過每桿三相避雷器的電流和吸收能量計算結果如表2所示。

圖1 配電線路模型

表2 避雷器仿真結果1

由表2可知雷擊桿塔時，三相避雷器分流和能量吸收比較均勻；被擊桿避雷器承受最大的雷電流、吸收最多的能量，往線路兩側會迅速降低。30 kA雷擊桿塔時，被擊桿避雷器流過的最大雷電流為6．68 kA，吸收能量約為17 kJ，在避雷器能承受范圍之內；緊挨著被擊桿的相鄰桿塔避雷器流過的雷電流約為1．7 kA，吸收能量為1 kJ左右，降幅較大。

50 kA雷擊桿塔時，被擊桿避雷器流過的最大雷電流為11．56 kA，吸收能量約為34 kJ；緊挨著被擊桿的相鄰桿塔避雷器流過的雷電流約為3 kA，吸收能量為2 kJ左右。很明顯，在遭受大電流雷擊時，被擊桿塔的避雷器容易發生損壞。

2.3 雷擊相導線時入地電流分布

當全線加裝避雷器，在不同幅值雷電流直

擊配電線路相導線時，沿線入地雷電流的分布情況如圖3，分別計算雷電流幅值為30 kA和50 kA，取出兩邊各10桿的入地雷電流幅值。從圖3看出，當雷直擊全線安裝避雷器的線路桿塔時，入地電流分布情況與雷擊桿塔時類似，雷電流也相對均勻地向兩邊分散，幅值逐漸遞減，沒有特別明顯地堆積在雷擊點附近的幾基桿塔處。同樣計算了雷電流幅值分別為30 kA和50 kA時，流過每桿三相避雷器的電流和吸收能量，計算結果如表3所示。

圖3 雷擊導線時入地雷電流分布

表3 避雷器仿真結果2

由表3可知雷擊上相導線時，上相避雷器流過的雷電流和吸收能量是三相避雷器里相對最大的；同樣在被擊點處的桿塔流過最大的雷電流，流過線路兩側遠處避雷器的雷電流會迅速減小。30 kA雷擊相導線時，被擊點處桿塔上相避雷器流過的雷電流為11．29 kA，吸收能量約為6．36 kJ，而左、右相避雷器流過的雷電流為0．79 kA，吸收能量僅0．28 kJ；明顯上相避雷器會更容易發生擊穿損壞等故障。

50 kA雷擊相導線時，被擊點處的兩側桿塔上相避雷器流過的雷電流高達19．51 kA，吸收能量約為13．8 kJ，而左、右相避雷器流過雷電流僅為2．1 kA，吸收能量僅1．2 kJ左右。在雷擊相導線的工況下，由于分流不均，被擊相的避雷器會遭到損壞威脅。

3 結 論

（1）全線安裝避雷器時線路的直擊雷耐雷水平有較大提高。相對于只安裝絕緣子線路，當避雷器放電電流為5 kA等級時，雷擊相導線耐雷水平提高了3．5倍左右，雷擊桿塔的耐雷水平提高了1．4倍多。當避雷器放電電流為10 kA等級時，雷擊相導線的耐雷水平提高了7．3倍，雷擊桿塔的耐雷水平提高了近3．6倍。

（2）雷擊桿塔時，三相避雷器分流和能量吸收比較均勻；被擊桿避雷器承受最大的雷電流、吸收最多的能量，往線路兩側會迅速降低。

（3）雷擊上相導線時，上相避雷器流過的雷電流和吸收能量是三相避雷器里相對最大的；同樣在被擊點處的桿塔流過最大的雷電流，流過線路兩側遠處避雷器的雷電流會迅速減小。