基于ATP-EMTP的架空輸電線路的防雷研究

楊火平

【摘 ?要】采用ATP-EMTP軟件建立仿真模型，對220kV遂雙線路反擊耐雷性能進行了仿真計算，分析了雷擊檔距中央避雷線時，線路三相絕緣子串兩端的電壓;討論了避雷器對線路反擊耐雷性能的影響。結果表明：避雷器可以提高線路的耐雷性能，但是避雷器的數量與線路的防雷性能并不成正比。相反，改變避雷器的安裝位置可以達到相同的防雷效果。

【關鍵詞】反擊耐雷性能;耐雷水平;ATP-EMTP

1 引言

雷電過電壓的幅值能達到幾百千伏，這就有可能超過絕緣子串的絕緣強度，從而導致線路發(fā)生故障。雷擊故障有兩種：閃絡和反擊閃絡，閃絡主要發(fā)生在單相，是由雷直擊導線造成的，反擊閃絡是因為桿塔側的電位高于導線側的電位導致的。本文以遂寧220kV架空輸電線路為實際背景，主要研究的反擊閃絡。220kV遂雙西線起始于220kV雙堰站220kV出線構架，終止于220kV萬林站進線構架，線路全長約37.026公里，導線為：LGJ-400/35，地線為GJ-50架空地線。線路經過地區(qū)海拔最低約205米，最高約382米。

2 220kV遂雙線桿塔雷電流建模

本文采用的是Heidler模型。模擬表達式為，式中n為電流陡度因子;為波前時間，即電流從零到達到峰值的時間;為波長時間，即電流從零到下降為峰值的37%所經過的時間。本次研究采用的是Heidler模型，波形取2.6/50μs，150KA。

桿塔模型及參數對反擊耐雷水平的影響很大，但國內外對桿塔模型的研究沒有得出比較統(tǒng)一的結論。目前，桿塔的模擬通常有兩種模型：一是采用集中電感進行模擬，忽略桿塔上的波過程;二是當桿塔高度較高時，根據桿塔結構，把桿塔看作均勻參數，用一個波阻抗來模擬?？紤]到雷電波從塔頂運動到塔基是需要時間的，第二種模型顯然要優(yōu)于第一種。

實際上，波沿桿塔傳播時，不同高度的桿塔部分由于單位長度的電感電容不同，這使沿桿塔分布的波阻抗是變化的，即不同位置桿塔的波阻抗不同。不同形狀鐵塔的波阻抗和波速

不相同，日本所用的桿塔模型最為精確，其對一個鐵塔的不同部位采用不同的波阻抗。同一桿塔的不同部分粗細程度往往不同，導致分布電感和分布電容不相同，故采用多波阻抗模型比單一波阻抗模型更為合理。本文采用貓頭鷹塔，桿塔模型如圖1：（從左至右為A、C、B相）

圖1桿塔模型構建

3 雷電流ATPDraw仿真

本次研究在計算初期使用了工具軟件ATPDraw幫助建立atp源文件，下面對ATPDraw進行簡要介紹。ATPDraw是在Windows等操作系統(tǒng)下，通過鼠標等硬件，利用圖元拖拽技術取代EMTP填卡程序的ATP子程序?，F在很多電氣仿真軟件均通過該技術協(xié)助創(chuàng)建和編輯電路網絡的仿真模型。目前ATPDraw支持大約70個標準組件和28個TACS對象。ATP程序和ATPDraw程序的綜合運用，使得研究電磁暫態(tài)計算問題更加方便、準確。其權威性和通用性強，求解速度快;精度能滿足工程計算的要求;Windows人機對話界面，計算模型圖形化輸入，操作方便，計算結果得到業(yè)界普遍認可。

在ATPDraw界面下，分別建立雷電流、桿塔、輸電線路、絕緣子等模型，從而建立計算耐雷水平的圖元文件。ATPDraw根據圖元文件生成相應的atp源文件，ATPDraw再調用ATP計算內核，相應的計算結果保存在同文件名的pl4文件中。ATPDraw圖元文件如圖4。

4 仿真結果

分別對220kV遂雙線桿塔雷電流模型由避雷器和無避雷器分別仿真，結果如下。

1、無避雷器的情況

由圖可知：A相絕緣子串兩端電壓的最大值為1.9MV，B相絕緣子串兩端電壓的最大值為3.9MV，C相絕緣子串兩端電壓的最大值為3.5MV。

2、三相全裝避雷器

由圖可知：A相絕緣子串兩端電壓的最大值為2.4MV，B相絕緣子串兩端電壓的最大值為3.2MV，C相絕緣子串兩端電壓的最大值為2.9MV。

均為3.8MV，但是當時在t=3.6，B相絕緣子串兩端的電壓分別為1.4MV，0.6MV，-3.8MV。

5 結論

雷擊未裝避雷器線路的檔距中央避雷線時，B相絕緣子串兩端電壓最大，C相次之，A相最小。這是因為B相離被雷擊的避雷線較近，感應電壓大，電流流到B相時間小，損耗少，從而導致B相最大，而C相離被雷擊的避雷線近，故C相電壓次之;A相最遠，感應電壓最小、損耗最多，從而使得C相電壓小于AB兩相。

參考文獻：

[1]楊秋霞.基于ATP/EMTP的輸電線路反擊耐雷性能計算與仿真[J].電氣開關，2010.

（作者單位：國網四川省電力公司遂寧供電公司）