计及冲击电晕的输电线路反击雷电过电压暂态特征仿真分析

赵紫辉

广东电网有限责任公司珠海供电局（广东 珠海 519000）

0 引言

输电线路经常遭受各种雷电过电压的侵袭，导致停电事故，其中雷电反击造成的故障影响更大，因此准确分析反击雷电过电压特征，对做好雷电反击故障防御具有极为重要的理论参考和指导意义[1-2]。

1 雷电反击输电线路模型

文章采用PSCAD/EMTDC仿真软件，建立了考虑冲击电晕影响的雷电反击输电线路模型[3-4]。其中，雷电流模型采用2.6/50 μs双指数波，杆塔模型采用500 kV ZB1酒杯塔多波阻抗模型[5]。绝缘子闪络判据采用比较法，比较电压取为我国规程建议的500 kV线路绝缘子U50%冲击放电电压2138 kV[6]。输电线路采用7基杆塔模型，如图1所示[7]。

2 输电线路反击耐雷水平

基于上述仿真模型，考虑冲击电晕影响，输电线路耐雷水平为156.61 kA，如表1所示。当雷电流幅值超过该耐雷水平时，线路将发生反击故障。

表1 输电线路耐雷水平仿真结果

3 雷击杆塔塔顶时输电线路反击雷电过电压特征

根据上述仿真得出的输电线路耐雷水平，文章分别选取幅值为120 kA和165 kA的雷电流击中A相导线侧杆塔塔顶。由于雷电流幅值的不同，绝缘子两端以及塔顶和三相导线上形成的过电压波形将呈现不同的物理特征。

3.1 雷击点处雷电过电压特征

当雷电流幅值为120 kA时，由于未达到输电线路的耐雷水平，输电线路不会发生反击故障，绝缘子两端的过电压波形基本一致。此时，绝缘子两端的过电压波形如图2所示。

图2 120 kA雷电流击中塔顶时绝缘子两端的过电压

当雷电流幅值为165 kA时，由于超过了输电线路的耐雷水平，线路将发生反击故障，线路绝缘子发生闪络，呈现接地故障形式。绝缘子两端的过电压波形如图3所示。

3.2 塔顶及三相导线处雷电过电压特征

当雷电流幅值为120 kA时，塔顶对地电压幅值为2 882 kV，三相导线对地电压波形基本重合，幅值为1 159 kV，塔顶对地电压约为导线电压的2.5倍，如图4所示。

图1 输电线路雷击模型

图3 165 kA雷电流击中塔顶时绝缘子两端的过电压

图4 120 kA雷电流击中杆塔塔顶时塔顶和三相导线的过电压波形

当雷电流幅值为165 kA时，塔顶对地电压幅值为3 813 kV，A相导线对地电压为2 739 kV，B相导线对地电压为1 429 kV，C相导线对地电压为2 037 kV，塔顶对地电压约为A相导线电压的1.4倍，如图5所示。

图5 165 kA雷电流击中塔顶和三相导线的过电压波形

3.3 避雷线雷电过电压特征

当120 kA的雷电流击中A相导线侧塔顶时，A相导线侧避雷线过电压幅值为2 882 kV，与塔顶对地电压值相同，非雷击侧避雷线上过电压幅值为1 951 kV，如图6所示。

当165 kA的雷电流击中击A相导线侧塔顶时，A相绝缘子发生闪络，A相导线侧避雷线过电压幅值与塔顶对地电压幅值相同，为3 813 kV；非雷击侧避雷线上过电压幅值为2 799 kV，如图7所示。

图6 120 kA雷电流击中塔顶时避雷线上过电压波形

图7 165 kA雷电流击中塔顶时避雷线上过电压波形

4 结论

（1）考虑冲击电晕后输电线路的反击耐雷水平有所提高。

（2）雷击塔顶在未发生反击故障时，绝缘子两端及三相导线上产生的过电压波形基本一致，雷击点塔顶处的对地电压幅值远高于三相导线上的过电压幅值。

（3）雷击塔顶发生反击故障时，雷击点处绝缘子两端呈现接地故障形式，塔顶对地电压幅值远高于三相导线上过电压幅值，三相导线上过电压幅值也随着距离故障点的远近呈现逐渐减小。

（4）雷击塔顶时，避雷线上将产生一定过电压，雷击侧避雷线上过电压幅值与对应塔顶对地电压幅值相同，并高于非雷击侧。