基于ATP-EMTP的架空输电线路的防雷研究

杨火平

【摘  要】采用ATP-EMTP软件建立仿真模型，对220kV遂双线路反击耐雷性能进行了仿真计算，分析了雷击档距中央避雷线时，线路三相绝缘子串两端的电压;讨论了避雷器对线路反击耐雷性能的影响。结果表明：避雷器可以提高线路的耐雷性能，但是避雷器的数量与线路的防雷性能并不成正比。相反，改变避雷器的安装位置可以达到相同的防雷效果。

【关键词】反击耐雷性能;耐雷水平;ATP-EMTP

1 引言

雷电过电压的幅值能达到几百千伏，这就有可能超过绝缘子串的绝缘强度，从而导致线路发生故障。雷击故障有两种：闪络和反击闪络，闪络主要发生在单相，是由雷直击导线造成的，反击闪络是因为杆塔侧的电位高于导线侧的电位导致的。本文以遂寧220kV架空输电线路为实际背景，主要研究的反击闪络。220kV遂双西线起始于220kV双堰站220kV出线构架，终止于220kV万林站进线构架，线路全长约37.026公里，导线为：LGJ-400/35，地线为GJ-50架空地线。线路经过地区海拔最低约205米，最高约382米。

2 220kV遂双线杆塔雷电流建模

本文采用的是Heidler模型。模拟表达式为，式中n为电流陡度因子;为波前时间，即电流从零到达到峰值的时间;为波长时间，即电流从零到下降为峰值的37%所经过的时间。本次研究采用的是Heidler模型，波形取2.6/50μs，150KA。

杆塔模型及参数对反击耐雷水平的影响很大，但国内外对杆塔模型的研究没有得出比较统一的结论。目前，杆塔的模拟通常有两种模型：一是采用集中电感进行模拟，忽略杆塔上的波过程;二是当杆塔高度较高时，根据杆塔结构，把杆塔看作均匀参数，用一个波阻抗来模拟。考虑到雷电波从塔顶运动到塔基是需要时间的，第二种模型显然要优于第一种。

实际上，波沿杆塔传播时，不同高度的杆塔部分由于单位长度的电感电容不同，这使沿杆塔分布的波阻抗是变化的，即不同位置杆塔的波阻抗不同。不同形状铁塔的波阻抗和波速

不相同，日本所用的杆塔模型最为精确，其对一个铁塔的不同部位采用不同的波阻抗。同一杆塔的不同部分粗细程度往往不同，导致分布电感和分布电容不相同，故采用多波阻抗模型比单一波阻抗模型更为合理。本文采用猫头鹰塔，杆塔模型如图1：（从左至右为A、C、B相）

图1杆塔模型构建

3 雷电流ATPDraw仿真

本次研究在计算初期使用了工具软件ATPDraw帮助建立atp源文件，下面对ATPDraw进行简要介绍。ATPDraw是在Windows等操作系统下，通过鼠标等硬件，利用图元拖拽技术取代EMTP填卡程序的ATP子程序。现在很多电气仿真软件均通过该技术协助创建和编辑电路网络的仿真模型。目前ATPDraw支持大约70个标准组件和28个TACS对象。ATP程序和ATPDraw程序的综合运用，使得研究电磁暂态计算问题更加方便、准确。其权威性和通用性强，求解速度快;精度能满足工程计算的要求;Windows人机对话界面，计算模型图形化输入，操作方便，计算结果得到业界普遍认可。

在ATPDraw界面下，分别建立雷电流、杆塔、输电线路、绝缘子等模型，从而建立计算耐雷水平的图元文件。ATPDraw根据图元文件生成相应的atp源文件，ATPDraw再调用ATP计算内核，相应的计算结果保存在同文件名的pl4文件中。ATPDraw图元文件如图4。

4 仿真结果

分别对220kV遂双线杆塔雷电流模型由避雷器和无避雷器分别仿真，结果如下。

1、无避雷器的情况

由图可知：A相绝缘子串两端电压的最大值为1.9MV，B相绝缘子串两端电压的最大值为3.9MV，C相绝缘子串两端电压的最大值为3.5MV。

2、三相全装避雷器

由图可知：A相绝缘子串两端电压的最大值为2.4MV，B相绝缘子串两端电压的最大值为3.2MV，C相绝缘子串两端电压的最大值为2.9MV。

均为3.8MV，但是当时在t=3.6，B相绝缘子串两端的电压分别为1.4MV，0.6MV，-3.8MV。

5 结论

雷击未装避雷器线路的档距中央避雷线时，B相绝缘子串两端电压最大，C相次之，A相最小。这是因为B相离被雷击的避雷线较近，感应电压大，电流流到B相时间小，损耗少，从而导致B相最大，而C相离被雷击的避雷线近，故C相电压次之;A相最远，感应电压最小、损耗最多，从而使得C相电压小于AB两相。

参考文献：

[1]杨秋霞.基于ATP/EMTP的输电线路反击耐雷性能计算与仿真[J].电气开关，2010.

（作者单位：国网四川省电力公司遂宁供电公司）