采用差绝缘方式降低110 kV同塔双回线同跳几率

陶礼兵，李志军

（1.衢州电力局，浙江衢州324000；2.国网电力科学研究院，武汉430078）

供电专栏

采用差绝缘方式降低110 kV同塔双回线同跳几率

陶礼兵1，李志军2

（1.衢州电力局，浙江衢州324000；2.国网电力科学研究院，武汉430078）

同塔双回输电线路若发生雷击，由于两回线路耐雷水平相当，较易发生同时闪络跳闸事故。为减少输电线路同时跳闸的概率，以某条110 kV输电线路为例，提出采用差绝缘的方法，降低输电线路双回跳闸率，同时考察了不同因素对雷击跳闸率的影响。结果表明：采用一回绝缘强度不变，另一回增加3片绝缘子的差绝缘方式，可将双回跳闸率降低至总跳闸率的12%以下。同时，减小地面倾斜角和避雷线保护角、采取合理的相序排列、减小接地电阻值都可以在一定程度上减小雷击跳闸率。

双回线路；差绝缘；耐雷水平；反击跳闸率

在架空输电线路中，防雷设计是决定输电线路可靠性的一个重要因素。随着电力系统的发展，由雷击引起的事故也日益增多。在我国高压输电线路的总跳闸次数中，由雷击引起的约占40%～70%，尤其在雷电活动强烈、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击输电线路引起的事故率更高。雷击塔顶时，有时会出现双回线路绝缘子串同时闪络的情况。

针对1条双回110 kV输电线路进行建模仿真，以线路中常见的普通塔和高塔为例，计算线路目前情况下的雷击跳闸率。通过增加一回线路绝缘子片数，分析不同绝缘配置情况下采用差绝缘方式降低线路双回跳闸率的效果。同时，仿真分析避雷线保护角、地面倾斜角、双回线路的相序排列方式以及接地电阻等因素对线路雷击跳闸率和双回同时跳闸率的影响，改进线路的防雷性能，降低跳闸率。

1 110kV输电线路跳闸率的仿真计算

1.1 计算原理

致使输电线路雷击跳闸的类型有反击、绕击、感应3类。结合电网实际运行经验可知，引起110 kV输电线路跳闸的雷击类型是以反击为主，而引起同塔双回线路同时跳闸的雷击类型只有反击，故从防反击的角度出发进行研究和计算分析。

以每100 km线路、40雷暴日为1个单位，统计由于雷击而引起的开关跳闸次数，称为该线路的雷击跳闸率n，简称跳闸率，它是衡量线路防雷性能好坏的综合指标。其中，100 km线路年落雷次数N和反击跳闸率Nf分别为：

式中：γ为落雷密度，取为0.07；S为受雷面积；Td为平均雷暴日，取为40；b为两根避雷线之间的距离；h为避雷线（或导线）的平均对地高度。

式中：g为击杆率，山区取为1/4，平原取为1/6；PI为雷电流幅值概率；η为建弧率。

1.2 反击耐雷水平计算模型建立

在杆塔塔顶注入波形为2.6/50 μs的标准雷电波，与雷电流源并联的电阻模拟雷电通道的波阻抗取300 Ω；对双回线路杆塔采用单波阻抗模型进行模拟，波阻抗为150 Ω；模拟杆塔和线路间的绝缘子串闪络过程，即当绝缘子串两端电压曲线与绝缘子串伏秒特性相交时，认为其发生闪络；雷击点杆塔的两侧2个档距处各设立有2座杆塔，以仿真实际情况的分流作用；线路一侧接有三相工频电源，考察电源对线路耐雷水平的影响；另一侧接有与线路特征阻抗相同的电阻，模拟无限长线路。

1.3 跳闸率计算结果

以某条110 kV输电线路中常见的普通塔和高塔为例，反击跳闸率的计算结果见表1。其中，冲击接地电阻取值范围为7～30 Ω。从表1两种塔型的计算结果分析可知，相同线路的不同杆塔，其雷击跳闸率存在较大差异：杆塔高度越高，其雷击跳闸率也越高；双回跳闸率约占单回跳闸率的68.5%～78.7%。

2 采用差绝缘降低双回同跳几率研究

2.1 计算原理

采用差绝缘方式，能够降低雷击塔顶时线路两回同时跳闸的概率，原理在于：雷击时，绝缘弱的一回线路先发生闪络，闪络后的导线相当于地线，增强了地线与另外一回导线的耦合，而且能起到分流的作用，从而使另外一回导线不容易闪络。同时，由于绝缘增强，线路总的雷击跳闸率有一定程度的降低。

表1 反击跳闸率计算结果

2.2 不同绝缘配置方式下的耐雷水平

为尽可能保证输电线路在受雷击时，其中一回线路能稳定运行而不跳闸，计算了绝缘子从7∶7至7∶10不同配置下一回跳闸另一回不跳闸的双回线路耐反击雷水平值，其结果见表2。

表2 差绝缘配置下的双回线路耐雷水平

从表2计算结果可知，当采用差绝缘配置时，能够有效地提高双回线路同跳耐反击雷水平值。当绝缘配置达7∶10且接地电阻值为15 Ω时，线路一回跳闸另一回不跳闸的耐雷水平达72＜I≤173 kA，基本达到现行规程（DL/T 620-1997）中相应规定值。

2.3 不同绝缘配置方式下的计算结果

分别计算了在一回线路上增加2片、3片、4片绝缘子的不同情况下，线路总的雷击跳闸率和两回同时跳闸率，计算结果见表3。

从表3计算结果可知，采用差绝缘方式能够显著降低雷击时线路两回同时跳闸占线路总跳闸率的比例，增加的绝缘子片数越多，两回同时跳闸占总跳闸率的比例越低，当增加的绝缘子片数为3片时，能够将两回线路同时跳闸所占比例降低到12%以下。同时，由于增加一回线路的绝缘子片数使得线路的绝缘增强，线路总的雷击跳闸率有一定程度的降低，但是降低的效果不明显。另外，随着接地电阻的增大，线路的雷击跳闸率和两回同时跳闸所占的比例也逐渐增大。

表3 差绝缘下的线路跳闸率

2.4 塔头尺寸对差绝缘设置的影响

在线路已定型的情况下，塔头尺寸大小决定了差绝缘配置值的可行性。根据线路上实际所用塔型，分别计算了增加2片、3片、4片绝缘子（单、双串）的不同情况下，塔头关键部位空气间隙值，计算结果见表4。

表4 不同差绝缘配置下的塔头空气间隙mm

由表4计算结果可知，当采用单串绝缘子进行差绝缘配置时，增加2～4片绝缘子，塔头空气间隙均能满足电气要求。当采用双串绝缘子进行差绝缘配置时，增加2片、3片绝缘子仍能满足电气要求；但是增加至4片时，塔头空气间隙已无法满足电气要求。另外，如果两档之间高差较大，且采用双串绝缘子进行配置时，还应进一步计算悬点高差对空气间隙值的影响。

3 雷击跳闸率影响因素分析

3.1 接地电阻值

输电线路杆塔的接地电阻主要影响线路的反击跳闸。接地电阻越大，雷击塔顶时作用于线路绝缘子上的电位差越大，线路的耐雷水平越低，雷击跳闸率越高，对比计算如表5所示。

表5 不同接地电阻情况下的反击跳闸率%

从表5计算结果可以看出，随着接地电阻的增大，线路的反击跳闸率、两回同时跳闸率都有明显的增大。因此，在线路实际运行中，可以通过减小接地电阻的措施来降低雷击跳闸率。

3.2 双回线路相序布置

对于同塔双回输电线路，不同的相序排列方式对线路总跳闸率和双回同时跳闸占线路总跳闸率的比例都有一定程度的影响。以线路平衡情况和差度为7∶10的情况为例，分别对同相序排列（ABC/ABC）和逆相序排列（ABC/CBA）方式下的情况进行了计算，计算结果如表6所示。

从表6计算结果可以看出，在同相序排列方式下的线路总跳闸率要略低于逆相序排列方式下的线路总跳闸率。不管是同相序排列方式还是逆相序排列方式，在平衡绝缘下双回同时跳闸占线路总跳闸率的比例都比较高。采用在一回线路上增加绝缘子片数的方式都能够显著降低双回同时跳闸所占的比例，不同之处是在同相序排列方式下通过增加绝缘子片数来降低双回同时跳闸率的效果要比逆相序排列方式下的更好。综合分析，推荐使用同相序的排列方式。

表6 不同相序对雷击跳闸率的影响比较

3.3 地面倾斜角和避雷线保护角

地面倾斜角、避雷线的保护角主要对线路的绕击跳闸率有影响。输电线路运行经验表明，地面倾角越小，绕击跳闸率越低，避雷线的保护角越小，线路绕击跳闸率也越低，计算结果如表7所示。

表7 不同地面倾斜角和保护角下的线路绕击跳闸率次/（100 km·年）

从表7计算结果可以看出，随着地面坡度的增加，线路的绕击跳闸率逐渐增大，避雷线的保护角增加，线路的绕击跳闸率增大。因此，在实际运行中，可以考虑减小地面倾斜角和避雷线保护角的方式来减小雷击跳闸率。

4 结论

（1）在平衡绝缘方式下，两回同时跳闸率占线路总跳闸率的比例较高，严重影响双回供电的可靠性。

（2）采用差绝缘方式能够显著降低雷击时线路两回同时跳闸占线路总跳闸率的比例，增加的绝缘子片数越多，两回同时跳闸占线路总跳闸率的比例越低，经理论计算与塔头尺寸比较分析，推荐增加3片绝缘子。

（3）影响反击跳闸率的因素主要有接地电阻和线路相序布置，接地电阻越大，线路反击跳闸率越高；在同相序排列方式下的线路总跳闸率要略低于逆相序排列方式下的线路总跳闸率。

（4）影响绕击跳闸率的因素主要有地面坡度和避雷线保护角，地面坡度越陡，避雷线保护角越大，导线的暴露弧也越大，线路的绕击跳闸率亦越高，线路的总跳闸率也越高。

[1]邹振盛.对110 kV同塔双回输电线路采用不平衡绝缘降低线路同时跳闸概率的研究[J].广东科技，2010（14）∶102-103.

[2]黄培专.采用不平衡绝缘方式提高同塔双回线路供电可靠性[J].广东电力，2004，17（1）∶67-69.

[3]解广润.电力系统过电压[M].北京：水利电力出版社，1985.

[4]DL/T 620交流电气装置过电压保护和绝缘配合[S].北京：中国电力出版社，1997.

[5]吴玉麟，高建勇.高压输电线路绕击跳闸率的计算[J].四川电力技术，2008，31（3）∶16-18.

[6]郑家松，李广福，季征南，等.山区500 kV输电线路雷电屏蔽性能模型试验研究[J].高压电器，2009，45（5）∶119-122.

（本文编辑：杨勇）

Reduction of Simultaneous Trip Probability for 110 kV Double Circuit Transmission Lines on Same Tower by Unbalanced Insulation

TAO Li-bing1，LI Zhi-jun2
（1.Quzhou Electric Power Bureau，Quzhou Zhejiang 324000，China；2.State Grid Electric Power Research Institute，Wuhan 430078，China）

When the double circuit transmission line on the same tower is hit by lightning strike，flashover trip accident might occur at the same time as the lightning withstanding levels of the two lines are equal.Taking a 110 kV transmission lines as an example，this paper presents an unbalanced insulation method to reduce the rate of simultaneous trip of double circuit transmission lines while considering the effects of different factors on the trip rate.The simulation results show that after using the method of adding three insulators to one line while another remains unchanged，the double circuit trip rate can be lowered to 12%and below of the total trip rate.Meanwhile，the lightning trip rate can be decreased to some extent by reducing the ground inclination angle and the protection angle of ground wire，using reasonable phase sequence arrangement and reducing the grounding resistance.

double circuit transmission line；unbalanced insulation；lightning withstanding level；backflashover trip rate

TM853

：B

：1007-1881（2012）09-0046-04

2012-01-30

陶礼兵（1976-），男，浙江衢州人，工程师，长期从事高压输电线路技术管理工作。