35 kV架空线路进线段杆塔避雷器安装位置的仿真分析

郝 捷，郝登朴， 席楚妍

（1.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001；2.国网运城供电公司，山西 运城 044000;3.国网太原供电公司，山西 太原 030001）

35 kV架空线路进线段杆塔避雷器安装位置的仿真分析

郝 捷1，郝登朴2， 席楚妍3

（1.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001；2.国网运城供电公司，山西 运城 044000;3.国网太原供电公司，山西 太原 030001）

35 kV架空线路应在距离变电站1～2 km的线路上架设避雷线。进线段防雷作为变电站防雷的第一道防线，其防雷效果直接决定发生雷击时站内各一次设备的过电压水平。以某实际35 kV线路末端雷电波头过电压作为衡量进线段防雷性能的依据，分析进线段避雷器的安装位置对线路末端雷电波头过电压峰值的影响，探寻进线段杆塔线路避雷器最佳的安装位置[1]，[2]。

架空线路；进线段杆塔；雷电过电压

1 进线段杆塔仿真模型的建立

35 kV架空线路因为各基杆塔所处地理环境不同，会造成杆塔参数有所差别，本文目的是研究进线段内线路避雷器不同安装位置对线路防雷的影响，因此必须屏蔽杆塔本身参数变化对研究结果造成影响。因此，本文依据某实际线路建立了5基（53号—57号） 同样参数的上字型铁塔，和1基（58号）三角型终端转角塔共6基杆塔构成的，该线路进线段防雷仿真系统（见图1）。

该线路进线段5基上字型铁塔的三相导线按上字型排列，线路全线架设单避雷线，接地电阻和绝缘水平均设为一致，其中接地电阻取10 Ω，绝缘水平采取4片XP-70瓷绝缘子配置，线路三相均不加设避雷器。其杆塔的呼称高均设为15 m，对应的集中电感值为7.5 μm，横担长度为2.3 m，对应的集中电感值为1.15 μm，相邻杆塔之间的挡距为400 m。1基三角型终端转角塔的三相导线按三角型排列，接地电阻和绝缘水平与5基上字型杆塔设为一致，即接地电阻取10 Ω，绝缘水平采取4片XP-70瓷绝缘子配置，线路三相均不加设避雷器。三角型终端转角塔的呼称高设为15 m，对应的集中电感值为7.5 μm，横担长度为2.8 m，对应的集中电感值为1.4 μm，终端杆塔与上字型铁塔之间的挡距为400 m。

以56号—58号三基杆塔作为该线路进线段，仿真研究雷击55号上字型铁塔顶部时，在56号—58号杆塔选择不同的线路避雷器安装位置对线路末端雷电波头过电压峰值的影响。

2 避雷器安装位置对线路末端雷电过电压仿真研究

2.1 绝缘子未闪络时避雷器安装位置对过电压的影响

从中华人民共和国电力行业标准《交流电气装置的过电压保护与绝缘配合》中可知，35 kV架空线路进线段杆塔耐雷水平不应低于30 kA。经仿真计算，本文建立35 kV线路模型进线段的56号、57号和58号杆塔未安装线路避雷器时，其耐雷水平均在30 kA以上，符合国家行业标准要求。

图1 架空线路进线段线路避雷器仿真分析研究模型截图

将幅值为30 kA（低于线路耐雷水平） 的雷电流击到55号杆塔塔顶，仿真发现各杆塔三相绝缘子均未闪络，在进线段未加装线路避雷器时，该线路末端波头电压波形及幅值如图2所示。

雷击55号塔顶，雷电流一部分通过55号杆塔自身接地装置导入大地，另一部分通过避雷线流向相邻附近杆塔，绝缘子未发生闪络则代表线路未发生接地故障，由于雷电感应，三相导线均受到感应过电压的干扰，在线路末端产生过电压，其中B、C两相均达到70 kV以上。

图2 未加避雷器时线路末端电压波形图

同样幅值的雷电流击到55号杆塔，在进线段58号杆塔加装三相线路避雷器时，该线路末端波头电压波形及幅值如图3所示。

图3 加装避雷器时线路末端电压波形图

对比图2和图3可以发现，当幅值为30 kA的雷电流击到线路，在线路终端杆塔已加装和未加装三相避雷器时，由于雷击而在线路末端产生的过电压幅值基本一致。因此得出结论，当幅值小于线路耐雷水平的雷电流击到线路，各杆塔三相绝缘子均未发生闪络时，线路进线段有无安装线路避雷器对于由雷击而产生的线路末端雷电波头过电压没有影响。

2.2 绝缘子闪络时避雷器安装位置对过电压的影响

将幅值为40 kA（超过线路耐雷水平） 的雷电流击到55号杆塔塔顶，此时该杆塔绝缘子发生闪络，进线段未加装线路避雷器时，其线路末端波头电压波形和幅值如图4所示。

图4 未加避雷器时线路末端电压波形图

过高的雷电流击中线路，使绝缘子两端产生高电位差从而发生闪络，雷电波得以侵入导线，在线路末端产生过电压，其幅值最高可达到614 kV，严重威胁变电站内各一次设备的安全正常运行。

同样幅值的雷电流击到55号杆塔，当进线段58号塔即终端杆塔B、C两相安装线路避雷器时，其线路末端波头电压波形和幅值如图5所示。

图5 B、C相加装避雷器时线路末端电压波形图

由图5可知，当线路终端杆塔B、C两相安装线路避雷器时，相同幅值的雷电流在线路末端产生的过电压得到有效抑制，A相导线过电压最高，仅为421 kV。

同样幅值的雷电流击到55号杆塔，当进线段58号塔即终端杆塔安装三相线路避雷器时，其线路末端波头电压波形和幅值图6所示。

图6 三相加装避雷器时线路末端电压波形图

由图5可知，当线路终端杆塔三相安装线路避雷器时，相同幅值的雷电流在线路末端产生的过电压得到有效抑制，B相最高过电压仅为243 kV。

当进线段57号、58号两杆塔连续安装三相线路避雷器时，相同的雷电流击到55号杆塔，其线路末端波头电压波形和幅值如图7所示。

图7 57号、58号杆塔三相加装避雷器时线路末端电压波形图

当进线段内的56号、57号和58号三基杆塔连续安装线路避雷器时，相同的雷电流击到55号杆塔，其线路末端波头电压波形和幅值如图8所示。

图8 56号、57号、58号杆塔加装避雷器时线路末端电压波形图

当进线段内的56号、57号和58号3基杆塔间断安装线路避雷器时，即56号和58号杆塔安装而57号杆塔未安装避雷器，相同的雷电流击到55号杆塔，其线路末端波头电压波形和幅值如图9所示。

图9 56号、58号杆塔加装避雷器时线路末端电压波形图

通过以上的仿真分析，得出进线段线路避雷器不同的加装方式下，线路末端雷电波头过电压峰值如表1所示。

表1 线路避雷器不同设置下线路末端过电压峰值表

通过对线路末端三相电压波形图以及过电压峰值的对比可以得出：在架空线路进线段安装线路避雷器能有效降低因线路遭受雷击致使绝缘子闪络而在线路末端产生的过电压的峰值；在线路终端杆塔仅B、C两相安装线路避雷器时，线路末端B相、C相导线的过电压峰值得到有效抑制，但未安装避雷器的A相导线其过电压仍然高达421kV；在进线段逐基加装线路避雷器的情况下，随着加装避雷器的杆塔数的增加，线路末端过电压峰值有所降低但幅度不大；相比较而言，在进线段两基杆塔安装线路避雷器时，间断安装的方式要比连续安装方式对线路末端过电压峰值的影响大。

由此可以说明，架空线路进线段安装线路避雷器能有效降低因线路遭受雷击致使绝缘子闪络而在线路末端产生的过电压的峰值，从而保护变电站内各一次设备的正常运行。两相安装线路避雷器能有效提高杆塔的耐雷水平，但对于线路末端，仅安装相导线过电压能得到有效抑制，未安装线路避雷器的一相其过电压仍然很高，因此在进线段安装线路避雷器时应选择三相安装的方式。而在进线段逐基加装避雷器，虽然能够提高安装避雷器的各基杆塔的耐雷水平，但并不能大幅度降低线路末端的过电压峰值。一般情况下，进线段各基杆塔的耐雷水平均能达到国家行业标准的要求，在这种情况下，可以选择仅在线路终端杆塔处安装三相避雷器，以提高线路的防雷效果，降低线路末端雷电过电压，使变电站内各设备避免受到过电压的威胁。

3 小结

本文利用ATP-EMTP软件建立了由5基（53号—57号） 同样参数的上字型铁塔和1基（58号）三角型终端转角塔构成的35 kV线路进线段防雷仿真系统，并以56号—58号杆塔作为进线段，仿真研究进线段线路避雷器安装位置的选择对35 kV架空线路末端雷电冲击过电压峰值的影响，通过仿真分析可知如下几点。

a）当幅值小于线路耐雷水平的雷电流击到杆塔上，各杆塔三相绝缘子均未发生闪络时，线路进线段是否安装避雷器对于雷击而产生的线路末端雷电波头过电压没有影响。

b）当幅值大于线路耐雷水平的雷电流击到杆塔上时，在架空线路进线段杆塔三相安装避雷器能有效降低因线路遭受雷击致使绝缘子闪络而在线路末端产生的过电压的峰值。

c）由于进线段逐基加装避雷器的方式对线路末端的过电压峰值的影响与仅在终端杆塔加装避雷器时相差不大。

综上所述，在实际工程中当进线段各基杆塔的耐雷水平均能达到国家行业标准的要求时，可以选择仅在线路终端杆塔处安装三相避雷器。

[1] 中华人民共和国电力行业标准.交流电气装置的过电压保护和绝缘配合：DL/T620—1997.[S].北京：中国电力出版社，1997.

[2] 肖国斌.应用线路避雷器提高交流输电线路耐雷水平 [J].电力建设,2003(9)∶27-29.

[3] 陈鸣辉，何智强，刘兴文，等.110 kV变电站雷电过电压的仿真研究[J].湖南电力,2009(3)∶12-15.

[4] 赵毅，徐玮，李福寿.220 kV无避雷线长江大跨越段氧化锌避雷器通流容量计算[J].高电压技术,1993(3)∶60-64.

Simulation Analysis of Lightning Arrester's Installation Position at Tower of 35 kV Transmission Lines

HAO Jie1,HAO Dengpu2,XI Chuyan3
（1.State Grid Shanxi Electric Power Research Institute of SEPC,Taiyuan,Shanxi030001,China;2.State Grid Yuncheng Power Supply Company of SEPC,Yuncheng,Shanxi044000,China;3.State Grid Taiyuan Power Supply Company of SEPC,Taiyuan,Shanxi030001,China）

Lightningshield lines should be installed at 35 kVoverhead lines where substations are 1-2 kmin distance.Incomingline lightning protection as the first protection for substation,its lightning protection effect directly determines the over-voltage level of the primaryequipments in the substation when lightningoccurs.In this paper,the actual over-voltage ofthe lightningline at the end ofa 35 kV line is taken as the basis for measuring the lightning protection performance of the incoming line.The influence of the installation position of the lightning arrester on the peak value of the over-voltage at the end of the line is analyzed,and the most appropriate position to install lightningarresters is explored.

overhead transmission lines;tower for lines;lightningover-voltage

TM862

A

1671-0320（2017）05-0055-05

2017-07-20，

2017-07-27

郝 捷（1988）男，山西运城人，2015年毕业于中国矿业大学电气工程专业，硕士，助理工程师，从事电网分析工作；郝登朴（1962），男，河南登封人，1982年毕业于太原理工大学电力系统及其自动化专业，工程硕士，高级工程师，从事安全监察及质量管理等工作；席楚妍（1992），女，山西运城人，2015年毕业于英国巴斯大学电力系统专业，硕士，助理工程师，从事农网运维专业。