线路避雷器对同塔三回输电线路同跳耐雷水平的影响研究

刘吉沼

（广东电网有限责任公司汕尾供电局，广东 汕尾516600）

0 引言

据电网故障分类统计显示，在我国跳闸率比较高的地区，高压线路运行的总跳闸次数中，由雷击引起的次数占40%～70%［1］，而随着同塔多回输电线路的建设，同跳情况也大量出现，极大地影响了电网供电的可靠性。20世纪80年代，国外提出了安装线路避雷器以提高输电线路耐雷水平的措施。美国最早于1982年在138 kV输电线路上实现了线路避雷器的挂网运行，日本于1986年在雷电活动频繁的输电线路上安装了线路避雷器［2］，我国也于1993年研制成功110～220 kV合成绝缘无间隙避雷器［3］。目前，国内外学者对线路避雷器对输电线路耐雷水平的影响进行了大量研究，但主要讨论了避雷器对单跳耐雷水平的影响，而其对同跳耐雷水平的影响研究则很少见到。本文在ATP－EMTP中对某一实际110 kV同塔三回输电线路建立雷击仿真模型，基于该模型研究了线路避雷器的安装数量和布置方式对同跳耐雷水平的影响。

1 输电线路仿真模型

本文采用占自然界中75%～90%的负极性雷模拟雷电流源，如图1所示，其数学模型采用与实际雷电流波形最接近的双指数波模型，数学表达式为：

其中，I0为雷电流幅值；α与β分别为决定雷电流波前与波尾陡度的时间系数。雷电通道波阻抗Z0采用规程值300Ω。

图1 雷电流源波形图

输电线路模型选择JMarti模型。该模型是目前应用最广的输电线路模型，考虑了输电线路的频率特性，其元件参数与系统频率相关，在相位范围内直接求解问题，因此可精确模拟所有结构的传输线，包括不平衡几何结构的线路。

绝缘子串闪络判据采用先导模型，该模型可以准确判断标准雷电波与非标准雷电波下的先导发展。利用ATP中Models器件自定义绝缘闪络模型。

避雷器模型采用ATP中的MOV元件，该元件可以输入避雷器的伏安特性曲线，精确模拟避雷器的动作特性。

杆塔模型采用多波阻抗模型，该模型不但考虑了波在杆塔上的传播，还考虑了杆塔的自身结构、不同高度对地电容的变化，能够准确模拟高杆塔对行波传输的影响。选择实际的同塔三回输电线路中采用的1F3J3－J3型杆塔，其多波阻抗模型如图2所示，图中标出了换相后的实际相位。杆塔的接地电阻为10Ω。在ATP－EMTP中，建立的典型同塔三回输电线路直击雷计算模型如图3所示。

图2 1F3J3－J3的多波阻抗模型

图3 ATP－EMTP中建立的反击计算模型

2 避雷器对耐雷水平的影响分析

根据同塔三回输电线路的杆塔结构，提出了6种避雷器安装方案，研究线路避雷器不同数量、不同安装方式时的防雷效果，如表1所示。

由表1可知，避雷器数量和安装方式对同跳耐雷水平均影响较大。总体趋势表明，避雷器数量越多，同跳耐雷水平的提升越大，相对于采用一支避雷器的方案一，采用两支避雷器的方案三和采用三支避雷器的方案六同跳耐雷水平分别提高了7.25 k A和11.75 k A。分别比较方案二、三和方案四、五、六可知，避雷器安装方式对同跳耐雷水平的提升影响很大，进一步比较方案三、四、五可以发现采用两支避雷器的方案三同跳耐雷水平大于采用三支避雷器的方案四和方案五，这表明通过合理布置线路避雷器，可以用更少的避雷器获得更好的防雷效果。

表1 避雷器安装方案

3 结语

本文通过在ATP－EMTP中建立同塔三回输电线路电磁暂态仿真模型，研究了6种避雷器安装方案对同跳耐雷水平的影响。研究表明，总体趋势上，避雷器安装数量越多，同跳耐雷水平越高；此外，避雷器安装方式对同跳耐雷水平影响较大，6种安装方案中，方案六的改造效果最好，方案三的改造效果次之。

［1］钱冠军，王晓瑜，丁一正，等.500 kV线路直击雷典型事故调查研究［J］.高电压技术，1997，23（2）：72－74.

［2］Yamada T，Sawada J，Zaima E，et al.Development of suspension－type arresters for transmission lines［J］.IEEE Transactions on Power Delivery，1993，8（3）：1052－1060.

［3］王秉均.金属氧化物避雷器［M］.北京：水利电力出版社，1993.