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摘要：近几年来，随着国家经济的快速发展与电力需求的不断增跃，电力生产的安全问题也越来越突出。对于输电线路来讲，雷击跳闸一直是影响输电线路供电可靠性的重要因素
关键词：输电线路；防雷；接地
由于发生雷电灾害，某220kV输电线路两侧纵联保护、距离I段保护动作，线路跳闸，重合成功。巡视发现，该线#18塔左线(A相)瓷绝缘子第1，2，5片闪络；导线及线夹均有放电痕迹；左架空地线(铝包钢)金具及线夹内也有放电痕迹。#19塔中线(B相)导线双串绝缘子间导线及左架空地线跳引有放电痕迹。#21塔A相第1，2，3，4片瓷绝缘子闪络；B相第1，2，3，5片闪络；；C相第1，3，5，6，9片闪络。
1输电线路耐雷水平仿真计算模型
1.1雷电流波形和雷电流幅值的概率
雷电流冲波头时间在1~4μs范围内，平均2.6μs左右，半峰值时延为20~50μs，一般采用50μs。防雷保护规程中规定的标准雷电冲击波有：双指数函数波形、斜角波形与半余弦波形。这里的仿真计算采用双指数函数波形，其表达式为
(1)
式中I—雷电流幅值(kA)；
a，β—时间常数。
由雷电定位系统记录的此次发生在该线的雷暴活动雷电流幅值为376kA，且为正极性。雷电流之大比较罕见。用我国行业标准推荐的雷电流分布概率计算公式计算，该雷电流出现的概率小于10-4.3。
1.2输电线路模拟
在ATP-EMTP中，输电线路的模型有连续换位和不换位线路模型，有Rergeron，RL-PI型、RL耦合型，RL对称型等值电路模型。输入数据产生的频率特性线路模型有：JMARTI，SEMLYEN和NODA等。可根据计算精度的需要选择不同的输电线路模型。在此次仿真计算中采用JMARTI线路模型的基本形式，通过输入相应输电线路结构参数，由软件直接生成相关电路参数。
1.3线路杆塔模型
线路杆塔类型主要是ZM和GJ杆塔，分别使用多波阻抗模型进行建模。
1.4避雷器模型
本线段20#杆塔装有金属氧化锌避雷器，阀片放电曲线非常陡。避雷器阀片电阻的非线性可用指数函数描述，其电流电压之间的关系服从以下规律：
式中p、q一常数(q的典型值为20~30) ；
Umf一参考电压，通常取额定电压或其接近值。
避雷器阀片电阻在整个范围内的非线性特性一般难以用指数函数来描述。在ATP-EMTP中，将电压范围分成几段，每段有自己的指数函数，以分段指数函数模型来模拟。线路型氧化锌避雷器伏安特性参数见表2
1.5绝缘子串闪络模型
雷击杆塔或输电线路时，当绝缘子串两端电压超过绝缘子串的伏秒特性时，绝缘子串发生闪络，线路经电弧对杆塔闪络接地，并在线路上形成雷电侵人波。在ATP-EMTP中，用TACS来模拟绝缘子串的闪络过程。
2计算分析及结果
遭雷害线段整体模型如图1所示。
2.1输电线路参数
该220kV线路全线装有双避雷线，并于2003年对该线路进行了防雷改造，改造包括：安装可控放电避雷针、安装线路避雷器、降低杆塔接地电阻。雷电引起输电线路闪络的形式主要有两种：一种是雷击塔顶及避雷线引起反击造成的闪络，另一种是雷绕击导线造成的闪络。
该线路杆塔基本参数见表1。
本次主要仿真可能造成此次雷击事故的三种情况。有以下三种落雷点方式；方式1：雷击20#~21#避雷线档距中央；方式2：雷击中21#杆塔塔顶；方式3：雷击中20#杆塔塔顶。本文以方式1为例，将仿真结果与实际雷害情况进行对比，以推断此次雷击事件的落雷点。
2.2雷击20#~21#避雷线档距中央
由图2中曲线(1)可知：21#塔A相发生闪络，其中绝缘子串两端电压最大值为2.8MV，出现的时间1.9μs。两次波头出现的时间1.9μs，2.7μs；由曲线((2)可知：21#塔B相发生闪络，其中绝缘子串两端电压最大值为2.8MV，出现的时间2.1μs。两次波头出现的时间为2.1μs，2.7μs；由曲线((3)可知：21#塔C相发生闪络，其中绝缘子串两端电压最大值为2.8MV，出现的时间2.0μs，两次波头出现的时间2.0μs ，2.7μs，20#杆塔避雷器动作；曲线(4)：由电压波形可知20#杆塔中相不发生闪络；曲线(5)可知：(19#塔中相导线跳线与避雷线跳线间隙电压最大值为1.14MV，出现的时间3.1μs。由跳线间电压大于该间隙雷电50%的冲击击穿电压(0.78MV )，推断19#塔中相导线跳线与避雷线跳线间将发生击穿；曲线(6)可知：通过18#塔A相电流最大幅值为81kA，出现时间在8μs。两次波头出现的时间5μs，幅值分别为76kA；6.7μs，幅值为80kA，均大于该线路耐雷水平70kA，18#塔A相将发生闪络。
此种方式的仿真计算结果与实际发生的雷害情况一致。
采用同一方法，可研究得出雷击落雷点可能位于20#塔头上。
3结语
(1)根据雷电定位系统探测的结果，造成本次雷击事件的雷电流为+376kA，出现的概率为10-4.3十分罕见。雷击涉及4基杆塔，除装有线路避雷器的20#杆塔外，18#，19#，21#均发生绝缘子閃络，造成线路跳闸。
3.2
根据故障录波和现场巡检的结果，通过ATP-EMTP仿真计算分析，本次雷击的落雷点可能在20#-21#塔避雷线档距中央或20#塔头上，不在可控放电避雷针保护范围之内。
3.3
本次雷击所涉及4基杆塔的接地电阻均在规程要求的范围内。
3.4
该线20#杆塔所安装的线路避雷器在雷击时动作，保护了该塔未发生闪络。
3.5
为了防止类似的极小概率的反击跳闸发生，可以考虑在所涉及的杆塔上安装线路避雷器。但需要根据电网的实际情况，经过认真谨慎的技术经济比较才作决定。
注：文章中涉及的公式和图表请用PDF格式打开
关键词：输电线路；防雷；接地
由于发生雷电灾害，某220kV输电线路两侧纵联保护、距离I段保护动作，线路跳闸，重合成功。巡视发现，该线#18塔左线(A相)瓷绝缘子第1，2，5片闪络；导线及线夹均有放电痕迹；左架空地线(铝包钢)金具及线夹内也有放电痕迹。#19塔中线(B相)导线双串绝缘子间导线及左架空地线跳引有放电痕迹。#21塔A相第1，2，3，4片瓷绝缘子闪络；B相第1，2，3，5片闪络；；C相第1，3，5，6，9片闪络。
1输电线路耐雷水平仿真计算模型
1.1雷电流波形和雷电流幅值的概率
雷电流冲波头时间在1~4μs范围内，平均2.6μs左右，半峰值时延为20~50μs，一般采用50μs。防雷保护规程中规定的标准雷电冲击波有：双指数函数波形、斜角波形与半余弦波形。这里的仿真计算采用双指数函数波形，其表达式为
(1)
式中I—雷电流幅值(kA)；
a，β—时间常数。
由雷电定位系统记录的此次发生在该线的雷暴活动雷电流幅值为376kA，且为正极性。雷电流之大比较罕见。用我国行业标准推荐的雷电流分布概率计算公式计算，该雷电流出现的概率小于10-4.3。
1.2输电线路模拟
在ATP-EMTP中，输电线路的模型有连续换位和不换位线路模型，有Rergeron，RL-PI型、RL耦合型，RL对称型等值电路模型。输入数据产生的频率特性线路模型有：JMARTI，SEMLYEN和NODA等。可根据计算精度的需要选择不同的输电线路模型。在此次仿真计算中采用JMARTI线路模型的基本形式，通过输入相应输电线路结构参数，由软件直接生成相关电路参数。
1.3线路杆塔模型
线路杆塔类型主要是ZM和GJ杆塔，分别使用多波阻抗模型进行建模。
1.4避雷器模型
本线段20#杆塔装有金属氧化锌避雷器，阀片放电曲线非常陡。避雷器阀片电阻的非线性可用指数函数描述，其电流电压之间的关系服从以下规律：
式中p、q一常数(q的典型值为20~30) ；
Umf一参考电压，通常取额定电压或其接近值。
避雷器阀片电阻在整个范围内的非线性特性一般难以用指数函数来描述。在ATP-EMTP中，将电压范围分成几段，每段有自己的指数函数，以分段指数函数模型来模拟。线路型氧化锌避雷器伏安特性参数见表2
1.5绝缘子串闪络模型
雷击杆塔或输电线路时，当绝缘子串两端电压超过绝缘子串的伏秒特性时，绝缘子串发生闪络，线路经电弧对杆塔闪络接地，并在线路上形成雷电侵人波。在ATP-EMTP中，用TACS来模拟绝缘子串的闪络过程。
2计算分析及结果
遭雷害线段整体模型如图1所示。
2.1输电线路参数
该220kV线路全线装有双避雷线，并于2003年对该线路进行了防雷改造，改造包括：安装可控放电避雷针、安装线路避雷器、降低杆塔接地电阻。雷电引起输电线路闪络的形式主要有两种：一种是雷击塔顶及避雷线引起反击造成的闪络，另一种是雷绕击导线造成的闪络。
该线路杆塔基本参数见表1。
本次主要仿真可能造成此次雷击事故的三种情况。有以下三种落雷点方式；方式1：雷击20#~21#避雷线档距中央；方式2：雷击中21#杆塔塔顶；方式3：雷击中20#杆塔塔顶。本文以方式1为例，将仿真结果与实际雷害情况进行对比，以推断此次雷击事件的落雷点。
2.2雷击20#~21#避雷线档距中央
由图2中曲线(1)可知：21#塔A相发生闪络，其中绝缘子串两端电压最大值为2.8MV，出现的时间1.9μs。两次波头出现的时间1.9μs，2.7μs；由曲线((2)可知：21#塔B相发生闪络，其中绝缘子串两端电压最大值为2.8MV，出现的时间2.1μs。两次波头出现的时间为2.1μs，2.7μs；由曲线((3)可知：21#塔C相发生闪络，其中绝缘子串两端电压最大值为2.8MV，出现的时间2.0μs，两次波头出现的时间2.0μs ，2.7μs，20#杆塔避雷器动作；曲线(4)：由电压波形可知20#杆塔中相不发生闪络；曲线(5)可知：(19#塔中相导线跳线与避雷线跳线间隙电压最大值为1.14MV，出现的时间3.1μs。由跳线间电压大于该间隙雷电50%的冲击击穿电压(0.78MV )，推断19#塔中相导线跳线与避雷线跳线间将发生击穿；曲线(6)可知：通过18#塔A相电流最大幅值为81kA，出现时间在8μs。两次波头出现的时间5μs，幅值分别为76kA；6.7μs，幅值为80kA，均大于该线路耐雷水平70kA，18#塔A相将发生闪络。
此种方式的仿真计算结果与实际发生的雷害情况一致。
采用同一方法，可研究得出雷击落雷点可能位于20#塔头上。
3结语
(1)根据雷电定位系统探测的结果，造成本次雷击事件的雷电流为+376kA，出现的概率为10-4.3十分罕见。雷击涉及4基杆塔，除装有线路避雷器的20#杆塔外，18#，19#，21#均发生绝缘子閃络，造成线路跳闸。
3.2
根据故障录波和现场巡检的结果，通过ATP-EMTP仿真计算分析，本次雷击的落雷点可能在20#-21#塔避雷线档距中央或20#塔头上，不在可控放电避雷针保护范围之内。
3.3
本次雷击所涉及4基杆塔的接地电阻均在规程要求的范围内。
3.4
该线20#杆塔所安装的线路避雷器在雷击时动作，保护了该塔未发生闪络。
3.5
为了防止类似的极小概率的反击跳闸发生，可以考虑在所涉及的杆塔上安装线路避雷器。但需要根据电网的实际情况，经过认真谨慎的技术经济比较才作决定。
注：文章中涉及的公式和图表请用PDF格式打开