500 kV交流线路避雷器不同配置方案对同塔双回线路防雷性能的影响

陈 坤，谷山强，周 航，胡益香，徐志达，赵庆源

（1.南瑞集团公司（国网电力科学研究院），南京211000；2.国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，武汉430074；3.辽宁省电力有限公司本溪供电公司，辽宁 本溪 117000）

500 kV交流线路避雷器不同配置方案对同塔双回线路防雷性能的影响

陈 坤1,2，谷山强1,2，周 航1,2，胡益香1,2，徐志达3，赵庆源3

（1.南瑞集团公司（国网电力科学研究院），南京211000；2.国网电力科学研究院武汉南瑞有限责任公司，武汉430074；3.辽宁省电力有限公司本溪供电公司，辽宁 本溪 117000）

为了研究500 kV交流线路避雷器在同塔双回输电线路上不同配置方案下的防雷效果，选择500 kV交流输电线路典型双回线路杆塔，对配置2支、3支和4支线路避雷器的不同安装方案下的雷击跳闸率及单相单回、双相单回和双回闪络耐雷水平进行仿真计算，结果表明，在配置2支、3支、4支线路避雷器后，不同的安装方案，雷击闪络耐雷水平均有所提高，但雷击跳闸率有持平和降低，因此需要根据仿真结果，优化配置方案，为同塔双回线路后期防雷改造提供参考和依据。

500 kV；同塔双回；线路避雷器；耐雷水平；优化配置；雷击跳闸率

0 引言

依据我国多年对雷电活动的观测统计，在高压输电线路运行中由雷击引起的线路跳闸事故占40%～70%，尤其在多雷、土壤电阻率高、地形复杂、高杆塔等区域，雷击引起的跳闸率更高[1]。对于500kV及以上的超特高压输电线路，由于线路绝缘水平提高，雷电反击耐雷水平很高，超特高压线路跳闸主要不是雷击杆塔时引起的反击造成的，而是绕击导线引起的，防雷的主要目标是减小绕击跳闸率，同塔双回及以上线路更加存在同跳现象[2-5]。目前运行单位主要采用降低接地电阻、控制保护角和安装塔头避雷针等防雷措施，但是这些措施在山区或土壤电阻率较高的地区，应用效果并不理想。统计现有防雷措施运行情况，装设避雷器是最有效的防雷手段[6-10]。

通过多年的防雷运行经验，线路避雷器在应用时仍然存在着一些亟待解决的问题：一是线路避雷器在配置时还主要依赖于运行经验，缺乏统一的配置原则及规范，防雷针对性及技术经济性不高；二是对于持续供电要求较高的重要线路，仅为安装线路避雷器安排停电极为困难。因此，开展线路避雷器配置方式的研究，不仅提高输电线路防雷工作的针对性和技术经济性，还能够避免因安装线路避雷器的原因安排线路停电，减少电能及负荷损失。

笔者将通过对500 kV同塔双回输电线路在配置2支、3支和4支线路避雷器后不同安装方案下的防雷效果进行仿真计算，挑选最为优化的配置方案，在提升线路耐雷水平的同时降低雷击跳闸率。

1 工程概况

随着经济的发展，无论是工业用电还是居民用电对输电容量需求日益增加，但随着城镇化不断扩大，输电线路可使用通道日益紧张，同塔多回线路在我国大量应用，其雷电防护也成为目前国内外防雷研究的重点[11-13]。

对500 kV单回交流输电线路三相导线通常选择在其两边相导线位置处各安装一支避雷器的配置方式，对同塔双回交流输电线路有六相导线，因此需要研究不同避雷器配置数量及不同安装位置下的耐雷性能，同塔双回线路避雷器若每回每相均安装避雷器，最多可安装6支，但避雷器的配置数量不宜过多，否则会带来一次经济投入过大及后期运维工作量过大的问题，通常建议安装2～4支避雷器。因此笔者将对安装2支、3支和4支线路避雷器的不同安装位置对同塔双回线路的防雷性能的影响进行仿真计算。

2 仿真计算

2.1 建模

在输电线路的反击计算上，许多学者都曾对雷击过程中杆塔建模做过研究[14-17]，鉴于采用规程法对高电压等级和大跨越高杆塔输电线路反击耐雷水平进行计算时产生的误差较大，蒙特卡洛法和故障树法在应用上的不便和比较明显且难以克服的缺陷等，笔者采用基于行波法的EMTP程序来建立输电线路反击耐雷性能分析模型。详细建模参数如下:

1）波阻抗选取400 Ω，雷电流源选取2.6/50.0 μs的标准波形[18]；

2）EMTP程序中可自动通过输电线路结构参数来获取随频率变化的线路阻抗[18]；

3）对500 kV交流输电线路典型同塔双回鼓型塔建立多阻抗模型，详细参数见表1，模型如图1所示[19]；

4）采用先导法建立绝缘子闪络判据[19]。

表1 500kV线路典型同塔双回鼓型塔参数表Table 1 500kV lines with double drum tower towers typical parameter table

图1 500 kV同塔双回交流输电线路杆塔塔型和波阻抗模型Fig.1 500 kV double circuit AC transmission tower type and wave impedance model

2.2 仿真结果

2.2.1 2支避雷器配置方式的仿真结果

根据排列组合计算2支避雷器在6相线路的配置方式，筛选左右相同配置后，共有9种不同配置结果，如图2所示。

图2 2支避雷器配置方式(黑点表示避雷器)Fig.2 Two lightning arrester configuration mode（Black said arrester）

根据配置方式，仿真计算同塔双回线路装设避雷器后的单相单回闪络、双相单回闪络和双回同时闪络耐雷水平和跳闸率见表2及图3、图4所示。

表2 同塔双回输电线路2支避雷器不同配置方式下的耐雷水平和跳闸率Table 2 The same tower double circuit transmission line lightning arrester 2 different configurations under the lightning withstand level and trip rate

图3 不同避雷器配置方式下单相单回、双相单回及双回雷击闪络跳闸率Fig.3 Single and double phase single and double phase single circuit and double return lightning flashover trip rate under different lightning arrester configuration

由表2、图3和图4可以看出，配置线路避雷器后其单相单回闪络、双相单回闪络和双回同时闪络耐雷水平均有提高，从线路避雷器不同配置方式下的平均耐雷水平来看，其单相单回闪络、双相单回闪络和双回同时闪络较未配置线路避雷器时的耐雷水平分别提高了9 kA、40 kA、150 kA，其双回同时闪络耐雷水平提高幅度最大。

图4 不同避雷器配置方式下单相单回、双相单回及双回闪络耐雷水平Fig.4 Different arrester configuration mode of single circuit and double phase single circuit and double back flashover lightning protection level

从图中可以看出，在只配置两支避雷器的情况下，建议采取第一种配置方式，即上横担两相导线安装线路避雷器。

2.2.2 3支避雷器配置方式的仿真结果

根据排列组合计算3支避雷器在6相线路的配置方式，筛选左右相同配置后，共有10种不同配置结果，如图5所示。同塔双回线路3支避雷器不同配置方式下单相单回闪络、双相单回闪络和双回同时闪络耐雷水平和跳闸率见表3、图6和图7所示。

图5 3支避雷器配置方式(黑点表示避雷器)Fig.5 Three lightning arrester configuration mode（black said arrester）

同塔双回线路配置3支避雷器后其单相单回闪络、双相单回闪络和双回同时闪络耐雷水平分别为154 kA、234 kA、345 kA，相比配置两支避雷器的情况其耐雷水平进一步提高，相应的跳闸率进一步降低。

图7为同塔双回线路3支避雷器不同配置方式下单回闪络、双回闪络及第三相闪络耐雷水平对比情况。

从图7可以看出，同塔双回线路3支避雷器不同配置方式下的单相单回闪络、双相单回闪络和双回同时闪络耐雷水平呈现一定规律，变化趋势一致，其中在第一、第四、第七种配置方式下的单回闪络及双回闪络耐雷水平较高，而第三相闪络耐雷水平则是第二、第五、第八种配置方式下较高，综合二者的效果，在只配置3支避雷器的情况下，建议采取第一种配置方式。

表3 同塔双回线路3支避雷器不同配置方式下的耐雷水平和跳闸率Table 3 The same tower double circuit transmission line lightning arrester 3 different configurations under the lightning withstand level and trip rate

图6 不同避雷器配置方式下单相单回、双相单回及双回雷击闪络跳闸率Fig.6 Single and double phase single and double phase single circuit and double return lightning flashover trip rate under different lightning arrester configuration

图7 不同避雷器配置方式下单相单回、双相单回及双回雷击闪络耐雷水平Fig.7 Different arrester configuration mode of single circuit and double phase single circuit and double back flashover lightning protection level

2.2.3 4支避雷器配置方式的仿真结果

排除左右相同组合，4支避雷器配置方式共有6种，见图8所示。

图8 4支避雷器配置方式(黑点表示避雷器)Fig.8 Four lightning arrester configuration mode（black said arrester）

同塔双回线路安装4支避雷器后，只有单回闪络和双回闪络，不同配置方式下的跳闸率和耐雷水平见表4、图9和图10所示。

表4 同塔双回线路4支避雷器不同配置方式下的耐雷水平和跳闸率Table 4 The same tower double circuit transmission line lightning arrester 4 different configurations under the lightning withstand level and trip rate

图9 不同避雷器配置方式下单回及双回闪络跳闸率Fig.9 Single circuit and double circuit flashover trip rate of different lightning arrester configurations

从计算结果来看，相比配置2支、3支避雷器的情况其耐雷水平进一步提高，单回闪络、双回闪络平均耐雷水平分别为173kA、302kA，从表4、图9和图10可以看出，同塔双回输电线路在配置四支避雷器的情况下，为防止同跳，建议采取图8中第（5）种配置方式。

3 结论

图10 不同避雷器配置方式下单回及双回闪络耐雷水平Fig.10 Arrester configuration of single circuit and double circuit flashover lightning protection level

1）500 kV同塔双回交流输电线路安装2支线路避雷器，共有9种配置方案，如图2所示，从仿真结果看，第（1）种在上相导线安装避雷器方式的单相单回闪络、双相单回闪络和双回同时闪络耐雷水平和跳闸率明显优于其他，但由于本安装方式两回路间绝缘配置对称，根据运行经验，防止双回路同时跳闸，建议采用图2中的第（4）种方式，即两支避雷器安装在同一回线路上。

2）500 kV同塔双回交流输电线路安装3支线路避雷器，共有10中安装方式，如图5所示，根据仿真结果，第一、第四、第七种配置方式下的单回闪络及双回闪络耐雷水平较高，而第三相闪络耐雷水平则是第二、第五、第八种配置方式下较高，综合二者的效果，在只配置3支避雷器的情况下，建议采取第一种配置方式，但运行中为防止同跳，建议采取图5中的第（10）种安装方式进行配置，确保同一回路中相见不存在差绝缘，雷击闪络中可靠运行。

3）500 kV同塔双回交流输电线路安装4支线路避雷器，共有6种安装方式，如图8所示，从计算结果来看，相比配置2支、3支避雷器的情况其耐雷水平进一步提高，为防止双回线路在雷击中同时闪络，建议选择图8中第5种安装方式。

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Influence of Different Configuration Schemes of 500 kV AC Line Arrester on Lightning Protection Performance of Transmission Lines with Double-circuit on the Same Tower

CHEN Kun1,2,GU Shanqiang1,2,ZHOU Hang1,2,HU Yixiang1,2,XU Zhida3,ZHAO Qingyuan3
（1.NARI Group Corporation(State Grid Electric Power Research Institute),NanJing 211000,China；2.Wuhan NARI Limited Company of State Grid Electric Power Research Institute,Wuhan 430074,China；3.Benxi power supply company of Liaoning Electric Power Co.,Ltd.,Benxi 11700，China）

In order to study the lightning protection effect of 500 kV AC line surge arrester on differ⁃ent configurations of double circuit transmission lines on the same tower,500 kV AC transmission line typical double circuit tower is selected,different installation scheme of configuration 2,3 and 4 branch line lightning arrester of lightning trip out rate and single-phase single circuit,double phase single circuit and double back flashover lightning withstand level are simulated and calculated.Results show that,with the configuration of 2，3 and 4 lightning line arrester,under different installation plan,the lightning with⁃stand level of flashover were improved,but the lightning trip rate is flat and reduced,therefore,according to the simulation results,the optimal configuration scheme is needed to provide reference and basis for the late-stage lightning protection of the same-tower double-circuit line.

500 kV；Double-circuit；Line arrester；Lightning protection level；Optimal allocation；Lightning trip-out rate

10.16188/j.isa.1003-8337.2017.05.011

2016-05-20

陈 坤（1982—），男，工程师，从要从事电力系统雷电防护和接地技术研究。