解析随机参数对同塔双回输电线路雷击跳闸过程的影响

（国网浙江电力公司丽水供电公司，浙江 丽水 323000）

解析随机参数对同塔双回输电线路雷击跳闸过程的影响

杨健伟

（国网浙江电力公司丽水供电公司，浙江 丽水 323000）

在电力系统飞速发展、电网不断扩张的背景下，因同塔双回输电线路能够节约土地资源，得到广泛的应用。本文结合某区域雷击跳闸故障的实际统计数据，采用MonteCarlo方法进行了仿真模拟，试图论证随机参数对同塔双回输电线路雷击跳闸过程的影响。

同塔双回输电线路；雷击跳闸；过程影响

一﹑国内外同塔双回输电线路的使用情况

调查资料显示，美国﹑欧洲﹑日本使用同塔双回输电线路的数量较多，特别是在日本，大部分500kV以上的线路和新建1100kV的线路都采用同塔双回，其显著特点是使用逆向序号线进行排列。为了更好的保护负保护角防绕击，美国大多数超高压线路将保护角之间的差距设置最大化，且保护角数要远小于一般的单回路线路。同时，因500kV电压等级的线路十分重要，我国对500kV电压的同塔双回输电线路的抗雷击性及绝缘性能进行过深入探究。然而，相较于500kV电压的线路，220kV和110kV电压线路的主要雷击方式有明显差别。后者在抗雷击性和绝缘性方面的能力更低，但仍不可忽视其反跳闸率。此外，当前我国对同塔双回输电线路的抗雷击性研究缺少对地形因素的探讨，特别是我国部分区域地形复杂﹑多山，而对各电压等级的抗雷击性﹑绝缘性﹑雷击方式以及受影响的方面进行系统的对比分析，有利于找出防雷措施的最佳平衡点，进而优化防雷设计。

二﹑随机参数抽样法

将同塔双回输电线路的雷击跳闸概率用字母S表示，其概率计算公式为：

表1

其中n代表雷击总次数的模拟数量，Ii，Bi，Ui，代表在第i次雷击发生阶段内的雷电流幅度值﹑雷击塔杆的部位以及雷击时的工频瞬时电压值等；H，R，Q分别代表同塔双回输电线路中塔杆的高度﹑线路接地电阻值以及地面倾斜角度等特定参数。在下文中重点探讨随机抽样法：

首先使用MonteCarlo方法对单回输电线路雷击跳闸的概率抽样法进行了设计，其中重点考虑了雷击发生时的电流幅值﹑雷击塔杆的位置以及雷击发生时的工频瞬时叠加电压等三个样本参数。

图1 雷击电流幅值直方图示

图2 雷击概率分布图

图3 地面倾斜角度关系

（一）雷击发生时电流幅值抽样实验

雷击发生时电流幅值分布情况能够利用雷击电流幅值积累起的概率分布曲线图来表示，其实际统计意义是当雷击电流比I（KA）大的时候，概率用P表示，当前我国雷击发生时电流幅值累积概率公式是：

另外，IEEE推荐的雷击发生时电流幅值累积概率的计算公式是：

在本文中选择公式（3）对雷击发生时的电流幅度值进行抽样论述。当模拟每次雷击过程时，经计算发现其概率在[0，1]区间内均匀分布。

（二）雷击塔杆位置抽样模拟

一般情况下，雷击塔杆的位置决定了雷击产生的表现方式，通常来讲为反击和绕机两种形式。而线路的耐反击能力要远比耐绕击性能水平高，所以，可以看出雷击塔杆的位置对线路跳闸的影响比较大。但是，当前我国电网普遍使用的雷电故障定位系统还不能对雷击位置进行有效识别，而采用雷击部位抽样法则能够对雷击故障进行更为精确的仿真模拟。

（三）工频叠加瞬时电压抽样模拟

参照我国电压规程中的相关案例可以发现，其中推荐的反击与绕击电压的计算方式都没有把雷击发生阶段所产生的工频叠加瞬时电压考虑在内，因其在单回线路中产生的影响十分小。然而，在同塔双回输电线路中，导线数量相反较多，在一定程度上会比单回输电线路产生更多的工频叠加瞬时电压。

三﹑随机参数对输电线路的影响分析

为了把随机参数对输电线路的影响分析的更为精确，文中对某地区110kV﹑220kV的四种单﹑双回塔杆输电线路进行了研究，其塔杆型号见表1。

探究阶段的所有参数表示：塔杆距离地面的倾斜角用O表示，接地电阻值为11Ω。110kV电压与220kV电压中绝缘配置情况分别为：7×LXP-70，14×LZP-70，雷暴持续时间为40d。参照上述条件，分别仿真随机参数对线路的影响。

（一）雷击电流幅值的影响分析

参照雷电定位监测系统图示，对2003年到2013年间的测量数据绘制成雷击电流幅值直方图1，并依照表1中的塔杆数据模拟出雷击电流幅值概率分布情况，如图2所示。

将两幅图形进行对比分析能够看出两者之间的不同之处，图1中电压在10kV以上的雷雷击电流发生概率在99%以上，但是在图2中，若根据公式2的计算方式，其概率仅为77%，两者只差为22%，若依照公式3进行计算，其结果与图1基本一致。所以，文中关于雷击电流概率计算公式皆参照公式（3）进行。

（二）雷击塔杆位置

根据上述分析可以得知，雷击位置为跳闸的影响主要受绕击跳闸变化的影响，图3为几种比较常见的跳闸率与地面倾斜角关系。

表2

从图3可以得知，角度在30°之前，雷击跳闸率会跟着地面角度的增大而增大，不考虑110kV单回电路的影响，其余塔杆的跳闸率呈逐渐上升的状态，只是增加幅度相对较小，但当角度大于30°的时候，图示中所有塔杆的跳闸率都在上升，且增幅较大，并且220kV双回塔杆输电线路的概率值最高，也最容易发生雷击电流跳闸故障，但图示中它的绕击跳闸率却最小，这说明，在同塔双回输电线路中，可以通过缩减塔杆高度与地面夹角的倾斜关系来降低跳闸现象的发生率。

（三）工频叠加电压的影响分析

当地面角度为0°的时候，绕击跳闸概率相对较低，而该阶段工频电压影响较大较大的是反击跳闸率，由此，我们把地面倾斜角度调整为30°，其余固定参数不变进行分析，见表2。

从表2可以看出，工频叠加电压能够对雷击跳闸率产生较大影响，但需要了解的是，在绕击跳闸率变化方面，双回塔杆输电线路有十分明显的特点，110kV﹑220kV单回输电线路塔杆跳闸率较低。

结语

综上所述，可以知道与同等电压级别的单回输电线路相比，双回输电线路绕击跳闸发生的概率更容易受地面倾斜角的影响，工频叠加电压对两种线路产生的反击跳闸率影响基本相同，但角度在30°以上时会产生较大影响。

[1]周远翔，关雪飞，梁前晟，高峰.随机参数对同塔双回输电线路雷击跳闸过程的影响[J].高电压技术，2012（03）.

[2]马小强.随机参数对同塔双回输电线路雷击跳闸过程产生的影响[J]. 广东科技，2013（20）.

[3]沈志恒.同塔双回输电线路雷击同跳保护研究[D].浙江大学，2013.

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