輸電線路直擊雷特性仿真計(jì)算

朱文強(qiáng)，陳 婷

（福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院，福建永安 366000）

引言

隨著我國(guó)電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大，雷擊對(duì)輸電線路造成的不利影響越來(lái)越大[1]。相關(guān)數(shù)據(jù)表明，因雷擊引起的輸電線路跳閘事故占全部原因的三分之二左右[2]。為了有針對(duì)性地提高輸電線路防雷水平，解決輸電線路防雷的關(guān)鍵技術(shù)，有必要加強(qiáng)對(duì)多電壓等級(jí)的輸電線路遭受雷擊故障原因的研究。以35 kV輸電線路為主要研究對(duì)象，建立其輸電線路雷擊仿真模型，分別從避雷線、檔距、接地電阻和避雷器等因素進(jìn)行深入研究，分析多電壓等級(jí)輸電線路遭受雷擊的影響。

1 直擊雷過(guò)電壓的形成

大氣過(guò)電壓，也稱作外部過(guò)電壓，指雷云放電導(dǎo)致的電氣設(shè)備過(guò)電壓[3]。架空輸電線路上的雷電過(guò)電壓可根據(jù)形成原因分為直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷過(guò)電壓兩種[4]。直擊雷的電流幅值相對(duì)高，電流的波形也比較陡，可對(duì)各電壓等級(jí)的輸電線路和設(shè)備造成嚴(yán)重破壞。根據(jù)雷擊位置可以將直擊雷分為：（1）雷擊導(dǎo)線：雷電流的幅值非常高，最高可以達(dá)到數(shù)百千安，配電線路的絕緣水平遠(yuǎn)無(wú)法滿足，若雷擊配電線路則必然會(huì)導(dǎo)致絕緣子的閃絡(luò)，甚至存在設(shè)備爆炸的風(fēng)險(xiǎn)[5]；（2）雷擊桿塔：沒(méi)有采取降阻措施的輸電桿塔，因?yàn)槠浣拥仉娮韪撸援?dāng)雷擊中桿塔時(shí)，桿塔的過(guò)電壓幅值會(huì)非常高，容易形成對(duì)線路的反擊[6]。

感應(yīng)雷過(guò)電壓是由于雷擊輸電線路附近的大地或其他物體造成的，雷電放電過(guò)程中主放電通道周?chē)碾姶怒h(huán)境產(chǎn)生劇烈變化。感應(yīng)雷過(guò)電壓的幅值相對(duì)于直擊雷要小，波形也相對(duì)平緩，波頭時(shí)間處于數(shù)微秒到數(shù)十微秒之間。

2 輸電線路直擊雷過(guò)電壓仿真計(jì)算

2.1 35 kV輸電線路雷擊桿25塔仿真結(jié)果與分析

計(jì)算輸電桿塔在不同阻值的沖擊接地極時(shí)，是否裝設(shè)避雷線對(duì)線路耐雷水平的影響，仿真結(jié)果如圖1所示[7]。從圖1可以發(fā)現(xiàn)，桿塔接地電阻與輸電線路的耐雷水平呈線性負(fù)相關(guān)，桿塔的接地電阻越大，輸電線路的耐雷水平越低。通過(guò)對(duì)比加裝避雷線和不加裝避雷線的系統(tǒng)，接地電阻相同的條件下，加裝避雷線的輸電線路耐雷水平相對(duì)較高。且接地電阻越大，加裝避雷線對(duì)線路耐雷水平的提高越明顯。

圖1 桿塔接地電阻的影響

當(dāng)其他條件一定時(shí)，改變檔距分析輸電線路耐雷水平的變化，其結(jié)果如圖2所示。由圖2可知，當(dāng)輸電線路的其他參數(shù)相同時(shí)，檔距對(duì)輸電線路耐雷水平的影響明顯。在100 m的范圍內(nèi)，檔距的變化對(duì)線路耐雷水平影響很大，檔距在此范圍逐漸變大，線路耐雷水平會(huì)發(fā)生急劇性的降低。而檔距在超過(guò)100 m的范圍內(nèi)變化時(shí)，線路耐雷水平會(huì)因檔距的增大而降低，但降低的幅度會(huì)逐漸變緩。檔距的變化超過(guò)200 m后，線路的耐雷水平趨于穩(wěn)定，幾乎保持不變。

圖2 桿塔檔距的影響

2.2 35 kV輸電線路裝設(shè)線路型避雷器后直擊雷過(guò)電壓計(jì)算

保持輸電線路的其他參數(shù)一致，仿真分析避雷器在不同安裝方式下對(duì)線路的影響，其結(jié)果如圖3所示。由圖3可知，在其他參數(shù)一致時(shí)，避雷器的安裝方式對(duì)輸電線路耐雷水平會(huì)造成一定的影響。另外，在同一個(gè)桿塔上安裝避雷器的個(gè)數(shù)不同，也會(huì)導(dǎo)致線路的耐雷水平發(fā)生變化。在輸電線路上，三相均安裝避雷器對(duì)線路耐雷水平的提高明顯，單相裝設(shè)或兩相裝設(shè)，提高不明顯。圖4為耐雷水平對(duì)比，由圖4可以發(fā)現(xiàn)，安裝避雷線和避雷器的輸電線路，其耐雷水平整體要比缺少裝設(shè)高。

圖3 避雷器不同安裝方式對(duì)線路的影響

圖4 耐雷水平對(duì)比

3 結(jié)論

雷擊對(duì)多電壓等級(jí)輸電線路的危害巨大，通過(guò)建立35 kV的輸電線路雷擊模型，分析了包括裝設(shè)避雷線和避雷器、檔距以及接地電阻大小等因素對(duì)線路耐雷水平的影響，仿真結(jié)果對(duì)輸電線路防雷設(shè)計(jì)具有一定的參考價(jià)值。