220kV同塔双回线路雷击同跳差异化防护设计研究

李飞

摘 要：我国的同塔双回线路每年递增，线路走廊紧缺，并且雷击同跳事故非常严重。本文对当前最为典型的五种同塔双回线路雷击同跳防护进行分析，从而设计220 k V同塔双回线路雷击同跳的差异化防护方案。

关键词：220 k V同塔双回；塔型；雷击同跳；防护

引言

目前，我国的电网走廊主要采取同塔多回线路的方式不断扩展电网规模，同塔多回线路建设意在节约土地资源。在各大城镇中都可以看到越来越多的大型杆塔和高密度线路建设，这些回线路建设的运行经常出现雷击跳闸问题，而同塔多回雷击同跳事故最多，危害也最严重。110～220k V同塔多回线路受到绝缘水平及雷电流分布的影响，所发生的线路雷击同跳事故最为严重，事故比例达到了110 k V及以上的21.0%。

1 雷击同跳防护措施探析

本文分析了我国的典型的220 k V 线路 SZS32A 直线塔雷击同跳防护措施，对仿真部分采取电磁暂态计算程序，具体的塔型结构参数见下图。

（1）差绝缘与加装并联间隙法

采取差绝缘法需要以同塔双回线路正常绝缘水平为基础，通过对一回线路绝缘子片数进行调整，将两回线路的绝缘子数目区分开，然而会提高一回线路的跳闸率，但将双回雷击同跳的跳闸率進行降低。在仿真计算部分，以 15 片绝缘子为基数，每对一回线路增加 1片绝缘子片数的情况下进行双回线路各回的耐雷水平的比较，相位角Δα为30°，以此计算各回线路中雷击同跳比率。结果得出：随着绝缘片数的增加，低绝缘侧的耐雷水平不变，高绝缘侧的耐雷水平逐渐升高，在第20和21片数时均为124.8k A，达到最大值；而同回路的雷击同跳占比从0%到100%，逐渐升高，在第20和21片数时为100%；然而异回路的雷击同跳占比从100%到0%，逐渐降低，在第20和21片数时为0%。在有4片的绝缘子差距后，雷电流幅值达到最大，出现全相跳闸，而只有低绝缘侧发生雷击同跳，由此不会发生双回线路同跳的情况，所以此时为最佳的防止两回线路雷击同跳的方式。

此处需要注意的是特殊的较小塔头尺寸杆塔，以减少一片低绝缘侧线路的绝缘子，前提仍然是4片的绝缘差，以保持电气安全距离。

加装并联间隙法是通过短接绝缘子串两端的绝缘子，对同塔双回线路的一个回路的绝缘子进行串加装并联间隙，达到差绝缘的目的。具体的安装形式较为简单，不用调爬，然而此法会降低线路的耐雷水平。

（2）异相序布线法

交流电力系统中的三相（A，B，C）交流电压、电流要对称，三相需要成120°的相位相差，在遭遇同一雷击时，会呈现不同的各相电压差异。

异相序布线就是差异组合两回线路的相序，具体有五种异相排列方式，分别是①AC、BA、CB；②AC、BB、CA；③AB、BA、CC；④AB、BC、CA；⑤AA、BC、CB。第②种方式叫做逆相序。

采用塔型结构模型进行第一周期内五种异相排列方式下线路的平均耐雷水平的计算，记录其雷击同跳次数。记录结果为：第①～⑤种相序的下两相同跳平均耐雷水平分别是107KA、106KA、106KA、108KA、106KA，耐雷水平基本不变；在一个周期内上、中、下相线路的同跳次数分别是96次、64次、80次，其中用第②种排列方式得到最低的两回线路同层同跳的概率。

（3）接地降阻法

杆塔的泄流能力关系到雷击同跳概率，需要采取降低杆塔的接地电阻的方式来优化杆塔接地网，以此防止雷击同跳事件。这就需要对不同接地电阻的单相和两相的耐雷水平进行计算。计算结果表示：接地电阻值在10Ω以内，两相同跳的耐雷水平高于80 k A ，根据雷电流的分布特征，以此确定10Ω以内的杆塔接地电阻对线路的耐雷水平的提高有效，能够达到降低雷击同跳概率目的。

（4）耦合地线法

本雷击同跳防护措施是预防塔遭受雷击后进行相邻杆塔之间的泄流，以此降低雷击同跳的发生率，办法是用一条地线架设在相邻两基杆塔的塔体之间，并联两基相邻杆塔的接地网，达到分流的作用。架设方式如下图。

耦合地线法对两基杆塔的有效接地电阻值起到了间接降低的作用，忽略不计耦合地线本身电阻值，那么式①：R=R1R2...Rn/（R1+R2+...+Rn）。通常，此法用于平原地区有较小的相邻杆塔档距的线路情况。

（5）加装避雷器法

在导线和杆塔之间通常用避雷器来链接达到防雷保护，这是当前最为普及的防雷措施，具体是通过氧化锌的伏安特性达到大电流泄流的效果，一旦较大电压差出现在避雷器两端，就会导通杆塔和导线完成泄流，随后立即隔断。下图为某避雷器电路模型。

（C-避雷器对地电容模型；R-非线性电阻模型）

上图中的R值可在冲击试验中得到。避雷器法价格高昂，建议只应用在线路高风险相线架设改造中，能够在单相线中进行完全保护。

2 220KV同塔双回线路雷击同跳改造防护设计

（1）双回路典型塔型对比

线路杆塔结构存在差异，不同的塔型会用到不同的防雷装置，需要分析塔型差异再进行防雷改造。本文对110～220k V的双回线路进行划分，有紧凑型、一般型2层次，并分别分成了直线塔、转角2类。

大简化典型塔头为紧凑型杆塔，与一般塔型的直线塔的导线与杆塔间距大于绝缘子的长度是相反的。紧凑型有更复杂的耐张塔结构，塔头空间小，原因是增加了架设导线的沿线横担，且其杆塔比一般杆塔有更低的结构高度和更小的三相导线的保护角（负角度居多），在反击跳闸次数和反击雷害方面更高、更严重。

（2）典型雷击同跳防护的适用

当前绝大多数工程都采取加装避雷器法进行防雷保护，这是最有效可靠的办法，避雷器体积较大，需要较大的塔头空间，由此，紧凑型线路不适用此法；此外，其高昂的造价限于山顶两侧三相、沿坡上中相、平原两侧的上中相、山谷两侧的上相等高风险杆塔相线中进行安装。

耦合地线法的安装工程量偏大，对地形地貌有较为严格的要求，并且降阻不易，宜用在较为理想的杆塔区。

接地降阻法能够有效地间接提高线路耐雷水平，然而建议用于接地电阻在5 Ω以内的110～220k V线路中。

异相序布线法可以在所有线路中使用，具有廉价和较小的工程量，缺点是和雷击过电压相比其工频电压甚小，效果不如其他方式理想。

差绝缘法与并联间隙法是牺牲线路的雷击跳闸率来有效降低同跳发生率，不能大面积使用，只在高绝缘平原线路的防护中有明显效果。

所以，要根据工程环境来适时选用以上五种雷击同跳防护措施，利用它们各自的防护优势来降低线路雷击同跳概率。

（3）雷击同跳防护实施流程

进行雷击同跳防护方案设计需要经过五大流程，首先是进行高风险线路的筛选其中线路的海拔高度、雷击跳闸率、区域雷电活动等级和线路重要性方面决定了线路筛选；其次是高风险杆塔的筛选；然后确定初选改造方式，再次进行塔型结构、地形地貌、经济效益方面的精选，最终确定方案。

3 结语

综述，进行线路雷击同跳差异化防护设计，需要通过对防雷击同跳事故的防护方式进行仿真计算，以此分析各种方法的原理和效果。本文对两种层次的两个类型的线路及其杆塔的特征进行了分析，结合经验与已有的措施特点来进行典型的防雷措施的适用和特点进行分析研究，从而制定出防护方案流程。

参考文献

[1]植芝豹.同塔双回架空输电线路不平衡绝缘度选用探讨[J]. 广西电力. 2010（01）.

[2]范冕，万磊，戴敏，李志军，王磊，周沛洪.不同串型设计条件下的特高压交流同塔双回线路雷电性能[J]. 高电压技术. 2014（12）.

[3]阮羚，谷山强，赵淳，姚尧，李晓岚.鄂西三峡地区220kV线路差异化防雷技术与策略[J]. 高电压技术. 2012（01）.