施紀(jì)棟，鄧旭，周浩，沈志恒，龔堅(jiān)剛，姜文東

(1.浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，杭州市310027; 2.浙江省電力公司，杭州市310007)

220 kV 同塔雙回線路雷擊同跳事故仿真與閃絡(luò)相分布

施紀(jì)棟1，鄧旭1，周浩1，沈志恒1，龔堅(jiān)剛2，姜文東2

(1.浙江大學(xué)電氣工程學(xué)院，杭州市310027; 2.浙江省電力公司，杭州市310007)

220 kV線路廣泛采用同塔雙回架設(shè)方式，在遭受雷擊時(shí)容易引起2回線路同時(shí)跳閘，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。首先分析了發(fā)生在麗水和寧波地區(qū)的2起220 kV線路雷擊同跳事故的全過程，進(jìn)而在EMTP程序上搭建了考慮接地電阻、感應(yīng)電壓分量等因素的計(jì)算模型。仿真研究結(jié)果表明:麗水象鶴/象睦線在幅值為-179 kA的雷電流下發(fā)生四相閃絡(luò)事故和寧波曉昌/曉洲線在-140 kA的雷電流下發(fā)生的三相閃絡(luò)事故均得到準(zhǔn)確復(fù)現(xiàn)，雷電流幅值、工頻電壓相位與閃絡(luò)發(fā)生相可以很好地吻合，模型的計(jì)算結(jié)果與實(shí)際情況一致?；谏鲜龇抡婺Ｐ?，進(jìn)一步研究了220 kV同塔雙回線路同跳事故的閃絡(luò)相分布規(guī)律，結(jié)果表明工頻電壓是決定同跳事故閃絡(luò)相最關(guān)鍵的因素。

同塔雙回;同跳事故;仿真復(fù)現(xiàn);工頻電壓;閃絡(luò)相分布;雷擊

0 引言

同塔雙回輸電線路具有走廊占地小、單面積傳輸容量大的特點(diǎn)，是220 kV輸電線路廣泛采用的輸電方式。同桿并架的布置方式與同電壓等級(jí)單回線路相比，桿塔高度增加，雷擊面積增大，雷擊時(shí)發(fā)生兩回線路同時(shí)閃絡(luò)時(shí)重合閘成功率不高，造成的損失十分嚴(yán)重［1-4］。近年來，廣東、浙江等省都發(fā)生過多起220 kV同塔雙回線路雷擊同跳事故，廣東省2009年總雷擊跳閘次數(shù)達(dá)500余次，其中同時(shí)跳閘事故110余次，占21.0%，嚴(yán)重影響電力系統(tǒng)的可靠運(yùn)行。

目前同塔雙回線的雷擊閃絡(luò)研究主要針對(duì)500 kV超高壓線路。由于絕緣水平較高，500 kV線路發(fā)生同跳事故的概率很低，而絕大部分威脅電網(wǎng)安全的同跳事故發(fā)生在110 kV和220 kV線路，尤以220 kV線路影響最嚴(yán)重。常規(guī)分析認(rèn)為，雷電反擊桿塔時(shí)，上層橫擔(dān)與下層橫擔(dān)之間有一定的高度差，雷電沿桿塔傳播到接地裝置時(shí)所引起的負(fù)反射波返回到塔頂或上層橫擔(dān)所需的時(shí)間更長(zhǎng)，反射波對(duì)塔頂電位的限制作用較弱，使得上層導(dǎo)線形成較另外兩相更高的過電壓值，更加容易發(fā)生閃絡(luò)事故［5-14］。但是實(shí)際發(fā)生的一起寧波曉昌/曉洲同塔雙回線路雷擊同跳事故中，閃絡(luò)相都在中下相;另一起發(fā)生在麗水象鶴/象睦同塔雙回線的雷擊同跳事故則閃絡(luò)相都在中上相。浙江省電力公司相關(guān)技術(shù)人員對(duì)此進(jìn)行了討論，難以給出合理解釋［15］。而且現(xiàn)有文獻(xiàn)很少針對(duì)220 kV電壓等級(jí)下的同跳事故進(jìn)行仿真研究，一般的同塔雙回線路研究也多著眼于雷擊跳閘率，缺乏對(duì)閃絡(luò)相與閃絡(luò)順序規(guī)律的總結(jié)。因此，對(duì)220 kV同塔雙回線路同跳事故進(jìn)行研究十分重要［16-19］。

本文立足于麗水象鶴/象睦線與寧波曉昌/曉洲線實(shí)際發(fā)生的2次同塔雙回線路同跳事故，建立EMTP模型進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)事故復(fù)現(xiàn)，針對(duì)工頻電壓對(duì)耐雷水平與閃絡(luò)發(fā)生相的影響進(jìn)行研究，以期得出可供我國(guó)同塔多回線路設(shè)計(jì)應(yīng)用參考的計(jì)算方法和結(jié)果［20-26］。

1 參數(shù)模型與計(jì)算方法

1.1 線路參數(shù)

1.1.1 麗水象鶴/象睦線

發(fā)生同跳事故的麗水220 kV象鶴4P28線/象睦4P27線同桿并架段，所使用導(dǎo)線是型號(hào)為2×LGJ-300/40的鋼芯鋁絞線。避雷線布置采用雙根避雷線系統(tǒng)，2根避雷線采用不同材料，1根為JLB35-100鋁包鋼絞線與1根為OPGW1(28芯20B1+8B4)光纜。線路暫時(shí)安裝耦合地線與避雷器用于防雷保護(hù)。

故障桿塔為直線型塔，塔型為SZS32A，呼稱高為24 m，塔頭采用4層橫擔(dān)布置形式，最上層橫擔(dān)懸掛避雷線，其結(jié)構(gòu)如圖1所示。

根據(jù)線路結(jié)構(gòu)圖，麗水線故障塔兩側(cè)水平檔距分別為595 m和358 m。2回線的絕緣水平相同，均使用單聯(lián)懸垂串，型號(hào)為L(zhǎng)XHP4-70，單片絕緣子爬距146 cm，單串絕緣子片數(shù)為15片。綜合考慮土壤電阻率等因素，計(jì)算時(shí)桿塔接地電阻均取15 Ω。

1.1.2 寧波曉昌/曉洲線

寧波220 kV曉昌4R19線/曉洲4R20線同桿并架段，導(dǎo)線型號(hào)為2×JL/LB20A-400/35。避雷線布置采用雙根避雷線系統(tǒng)，2根避雷線均使用型號(hào)為OPGW-200(24芯)的光纜。線路未安裝耦合地線和避雷器等防雷保護(hù)裝置。

寧波曉昌/曉洲線發(fā)生故障的桿塔塔型為SZS42A，桿塔結(jié)構(gòu)見圖2，呼稱高為36 m，塔頭為4層橫擔(dān)布置形式。

故障塔兩側(cè)檔距為544 m和333 m。按照同桿并架段2回線絕緣水平相同的原則，2回線均使用有效絕緣長(zhǎng)度2 050 mm的復(fù)合絕緣子，且加裝有均壓環(huán)以改善絕緣子串上的電壓分布。桿塔接地電阻與麗水線相同，從嚴(yán)考慮取15 Ω。

2條線路的相序布置情況如表1所示。

1.2 計(jì)算模型

1.2.1 雷擊閃絡(luò)判據(jù)

本文所進(jìn)行的仿真試驗(yàn)中，雷電流采用2.6/50 μs斜角波。根據(jù)現(xiàn)行規(guī)程，防雷設(shè)計(jì)推薦使用的雷電流波頭時(shí)間為2.6 μs，幅值為I，陡度取為I/2.6。仿真模型中使用IEC 60071-4中推薦的相交法作為絕緣子閃絡(luò)判據(jù)，利用ATP中的TACS模塊構(gòu)造絕緣子閃絡(luò)的伏秒特性曲線。

1.2.2 桿塔的波阻抗

桿塔的波阻抗與離地高度有關(guān)，隨著高度的降低有相當(dāng)?shù)乃p，同塔雙回線路桿塔的塔頭布置也更加復(fù)雜。采用常規(guī)的規(guī)程法計(jì)算反擊耐雷水平時(shí)，將線路所在桿塔用一等效電感代替，顯然不能適用于同塔雙回線路雷電性能的研究。采用改進(jìn)多波阻抗模型將雙回線路桿塔分段，對(duì)桿塔的水平橫擔(dān)、主干與支架分別計(jì)算波阻抗，使用Sargent波阻抗計(jì)算公式，即

式中:h為相應(yīng)桿塔段高度，m;r為桿塔的等效半徑，m。波在塔身及橫擔(dān)上的傳播速度均為光速。

1.2.3 雷擊塔頂時(shí)導(dǎo)線上的感應(yīng)電壓分量

我國(guó)規(guī)程規(guī)定雷擊塔頂時(shí)導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓Ui為

式中:a為雷電流陡度;hc為導(dǎo)線對(duì)地平均高度;hg為避雷線對(duì)地平均高度;k0為導(dǎo)線和避雷線間的耦合系數(shù)。

采用式(2)計(jì)算線路感應(yīng)過電壓，尤其是對(duì)于高桿塔和特高桿塔線路(如同塔多回線路和大跨越線路)，其計(jì)算結(jié)果將遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際值。而在歐美的部分國(guó)家和日本計(jì)算反擊跳閘時(shí)，計(jì)算的感應(yīng)電壓要比我國(guó)規(guī)程法計(jì)算的小得多，甚至忽略感應(yīng)電壓的影響。綜合考慮，本文仿真模型中計(jì)算感應(yīng)電壓分量時(shí)，采用武漢大學(xué)與國(guó)網(wǎng)武漢高壓研究所提出的感應(yīng)電壓計(jì)算式:

1.3 計(jì)算原理

雷電分為繞擊與反擊，一般繞擊雷由于避雷線的屏蔽作用，幅值一般不超過30 kA，只能引起一相閃絡(luò)，因此同跳主要考慮的是反擊雷。

雷電反擊桿塔塔頂時(shí)，在雙回線路6相絕緣子兩端都形成幅值較大的電壓差。當(dāng)絕緣子的伏秒特性曲線與絕緣子兩端電壓差隨時(shí)間變化的曲線相交時(shí)，絕緣子承受的電壓達(dá)到了其50%雷電沖擊放電電壓，即發(fā)生閃絡(luò)。模擬雷電反擊桿塔的過程，即是通過不斷改變雷電流幅值，觀察各相絕緣子的閃絡(luò)情況與雷電流幅值的關(guān)系。對(duì)于220 kV同塔雙回線路，一回線路跳閘時(shí)部分雷電流能量通過跳閘的一回線路釋放，增加了對(duì)正常運(yùn)行線路的屏蔽作用。當(dāng)雷電流幅值足夠大時(shí)，仍然會(huì)在另一回線路絕緣薄弱點(diǎn)發(fā)生絕緣閃絡(luò)，造成兩回線路閃絡(luò)跳閘，發(fā)生同跳?？紤]自然界中的雷電流幅值一般為100～200 kA，不斷增加雷電流幅值，記錄發(fā)生一相閃絡(luò)到四相閃絡(luò)時(shí)的雷電流幅值與閃絡(luò)發(fā)生相。在220 kV同塔雙回線路發(fā)生的同跳事故中，工頻電壓對(duì)閃絡(luò)相的影響至關(guān)重要。由于雷擊發(fā)生瞬間導(dǎo)線上工頻電壓的隨機(jī)性較大，為了考慮不同雷擊時(shí)刻工頻電壓相位可能會(huì)有很大差異，將工頻電壓的1個(gè)周期劃分為若干等分，每隔一定相位進(jìn)行1次仿真計(jì)算。

2 兩起同跳事故分析

結(jié)合事故調(diào)查資料以及線路運(yùn)行參數(shù)，分析并推測(cè)出事故發(fā)生全過程，確定引起事故的雷電流幅值等數(shù)據(jù)，作為后文與仿真結(jié)果進(jìn)行比較的依據(jù)。

2.1 麗水象鶴/象睦線同跳事故

根據(jù)麗水市電力局調(diào)度部門的故障情況報(bào)告: 2010年8月19日17:22，麗水象鶴/象睦線同桿并架段發(fā)生故障，開關(guān)動(dòng)作，三相跳閘，重合閘不動(dòng)作，17:58試送成功，線路恢復(fù)正常運(yùn)行。

事故發(fā)生后，為了確定雷電流的幅值以便于同仿真結(jié)果進(jìn)行比較，查詢了雷電定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)關(guān)于2次事故發(fā)生地附近雷電活動(dòng)情況的記錄，得出反擊麗水線故障桿塔的雷電流約為-179 kA。

線路所連接變電站內(nèi)安裝有錄波器，根據(jù)故障錄波圖記錄下的線路各相電壓、電流，可以推導(dǎo)出故障時(shí)刻的工頻電壓相位以及閃絡(luò)發(fā)生相。圖3為麗水同塔雙回線路故障錄波圖，圖中1、2、3分別代表A、B、C三相對(duì)地電流，4代表零序電流，5、6、7則分別代表三相對(duì)地電壓。

雷擊導(dǎo)致絕緣子閃絡(luò)時(shí)，閃絡(luò)相會(huì)產(chǎn)生接地短路電流，對(duì)應(yīng)相的母線電壓同時(shí)下降。從圖3(a)中可見，0時(shí)刻之前三相對(duì)地電流很小，近似為0，零序電流值也很小，三相電壓為正常的正弦波形。0時(shí)刻故障發(fā)生點(diǎn)之后，A、B兩相出現(xiàn)頻率與工頻接近的對(duì)地電流，C相產(chǎn)生微小的感應(yīng)電流，其幅值不大，而A、B兩相的電壓幅值有明顯下降，C相電壓幾乎無變化。這說明在雷擊導(dǎo)致的接地短路故障發(fā)生時(shí)，閃絡(luò)相為A、B兩相。觀察0時(shí)刻A相電壓的幅值，可以得出故障發(fā)生時(shí)工頻電壓相位在150°～180°。圖3(b)中，由于象鶴線與象睦線為同一變電站的出線，二者工頻電壓相位完全相同，因而發(fā)生故障時(shí)的工頻電壓相位均為150°到180°之間。在0時(shí)刻三相電壓、電流呈現(xiàn)與圖3(a)象鶴線相同的特性，因此象睦線閃絡(luò)相同樣為A、B相。

2.2 寧波曉昌/曉洲線同跳事故

根據(jù)寧波市電力局調(diào)度部門的故障情況報(bào)告: 2011年8月27日7:14，寧波曉昌/曉洲線同塔并架段發(fā)生三相跳閘，重合閘不動(dòng)作，08:03曉昌4R19線強(qiáng)送成功，曉洲4R20線一相跳閘，重合閘重合成功。雷電定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)記錄結(jié)果表明反擊故障桿塔的雷電流約為-140 kA。

故障錄波圖的分析方法與麗水象鶴/象睦線相同，限于篇幅在此不予贅述。雷擊分別導(dǎo)致曉昌線A、C相閃絡(luò)和曉洲線A相閃絡(luò)。短路發(fā)生瞬間工頻電壓A相的相位約為30°。

3 EMTP仿真結(jié)果對(duì)比

仿真結(jié)果與實(shí)際故障記錄的對(duì)比共包括3方面。第一，在仿真實(shí)驗(yàn)中工頻電壓相位與實(shí)際雷擊桿塔時(shí)的工頻電壓相位比較;第二，仿真得出的耐雷水平與實(shí)際引起故障的雷電流幅值比較;第三，仿真得出的閃絡(luò)相與實(shí)際發(fā)生閃絡(luò)相是否相同。比較結(jié)果顯示，仿真模型的結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果吻合度很高，模型的可靠性與準(zhǔn)確性得到驗(yàn)證。

3.1 麗水象鶴/象睦線雙回同跳事故復(fù)現(xiàn)

使用EMTP程序仿真實(shí)現(xiàn)了麗水象鶴/象睦線四相閃絡(luò)事故復(fù)現(xiàn)，計(jì)算結(jié)果中閃絡(luò)相與桿塔橫擔(dān)對(duì)應(yīng)關(guān)系如圖4所示，計(jì)算結(jié)果如表2所示。

根據(jù)表2可知，在一個(gè)工頻電壓周期中，工頻電壓相位為150°～180°時(shí)，桿塔的四相閃絡(luò)耐雷水平為174～180 kA，而雷電定位系統(tǒng)測(cè)得的實(shí)際引起事故的雷電流為-179 kA，二者能夠較好地吻合。仿真實(shí)驗(yàn)中發(fā)生閃絡(luò)的1上1中2上2中，即兩回線的中上層導(dǎo)線，根據(jù)表1中線路的相序布置情況，上、中兩相分別與B、A相對(duì)應(yīng)，因此仿真閃絡(luò)相也與線路實(shí)際跳閘情況完全一致。

3.2 寧波曉昌/曉洲線雙回同跳事故復(fù)現(xiàn)

寧波曉昌/曉洲線發(fā)生的是三相閃絡(luò)事故，桿塔布置情況與圖4所示相同，仿真計(jì)算結(jié)果如表3所示。

根據(jù)表3可知，當(dāng)工頻電壓相位為30°時(shí)，仿真結(jié)果顯示可以引起桿塔發(fā)生三相閃絡(luò)的最小雷電流幅值為142 kA，與實(shí)際故障中測(cè)得的-140 kA雷電流十分接近。仿真中發(fā)生閃絡(luò)相為1中1下2中，結(jié)合相序布置即曉昌線A、C相和曉洲線A相，也與實(shí)際情況能夠較好地吻合，進(jìn)而從模擬仿真的角度證明了實(shí)際雷擊同跳事故中，完全可能出現(xiàn)閃絡(luò)相集中在中下相，而上相并未閃絡(luò)的情況。

4 基于事故復(fù)現(xiàn)模型的閃絡(luò)相分布研究

建立的仿真模型計(jì)算結(jié)果與實(shí)際事故情況吻合度很高，不僅引起同跳事故的雷電流幅值基本一致，而且事故發(fā)生時(shí)的工頻電壓相位、閃絡(luò)發(fā)生相也相同，因此模型的準(zhǔn)確性得到驗(yàn)證。基于此進(jìn)一步研究了絕緣子兩端電壓差的各分量構(gòu)成，經(jīng)過比較得出對(duì)于220 kV同塔雙回線路，工頻電壓分量是影響閃絡(luò)相分布的關(guān)鍵因素。然后計(jì)算了不同工頻相位、不同雷電流幅值下的閃絡(luò)發(fā)生相，總結(jié)了閃絡(luò)相的分布規(guī)律。

4.1 絕緣子兩端電壓差

雷電反擊引起絕緣子閃絡(luò)，是因?yàn)榻^緣子兩端電壓差超過了其所能承受的最大耐壓值。一般認(rèn)為，影響線路絕緣子兩端的電壓差主要有以下4個(gè)分量:(1)雷電流分流經(jīng)由桿塔入地時(shí)，在橫擔(dān)以下的塔身電感和桿塔沖擊接地電阻上造成電壓降，使橫擔(dān)與大地之間產(chǎn)生電壓差，稱為塔頂電壓分量;(2)塔頂電壓沿著避雷線傳播而在導(dǎo)線上感應(yīng)出來的耦合電壓分量;(3)雷云放電瞬間，導(dǎo)線上產(chǎn)生與雷云極性相反的感應(yīng)電壓分量;(4)導(dǎo)線上的工頻電壓分量。絕緣子兩端的電壓差為絕緣子一端連接的導(dǎo)線電位減去另一端連接的桿塔的電位，而桿塔的對(duì)地電位取決于塔頂電壓分量，另3個(gè)分量之和共同決定了導(dǎo)線的對(duì)地電位。

仿真實(shí)驗(yàn)基于麗水線故障復(fù)現(xiàn)成功的模型，將4個(gè)電壓分量分為工頻電壓與非工頻電壓2類，顯然非工頻電壓分量受雷電流幅值影響很大?？紤]實(shí)際反擊雷電流幅值一般在-100 kA至-200 kA之間，仿真中以-120 kA為例，比較各電壓分量在絕緣子兩端電壓差中所占的比例。在雷擊發(fā)生時(shí)刻工頻電壓相位是隨機(jī)的，考慮工頻電壓的周期性，可以代表性地選取上相導(dǎo)線工頻電壓相位0°為計(jì)算條件。計(jì)算結(jié)果如表4所示。

表4中給出的數(shù)值均為對(duì)地電位，其中雷電流為負(fù)極性，因而塔頂電壓對(duì)地電位為負(fù)值;耦合電壓分量與塔頂電壓同極性，對(duì)地電位為負(fù)值;感應(yīng)電壓與雷云極性相反，故對(duì)地電位為正值;工頻電壓則周期性變化。

由于同塔雙回線路的桿塔呈對(duì)稱結(jié)構(gòu)，而雷電反擊時(shí)考慮雷擊點(diǎn)為塔頂中央，因此兩回線路絕緣子電壓差中的塔頂電壓分量是相同的。耦合電壓分量則會(huì)受到避雷線材質(zhì)的影響，本次仿真中2條避雷線分別為鋁包鋼絞線與OPGW材料，兩回線的耦合電壓分量稍有不同。感應(yīng)電壓分量只與離地高度以及雷電流幅值有關(guān)，因此兩回線的感應(yīng)電壓也相同。因?yàn)橄嘈虿贾孟嗤?，兩回線的工頻電壓分量也是相同的。

將非工頻電壓分量與工頻電壓分量對(duì)比，可以發(fā)現(xiàn)塔頂電壓分量、耦合電壓分量、感應(yīng)電壓分量的幅值較大，但是非工頻電壓分量之和相差不多。以表4中一回線為例，非工頻電壓之和最大的為中相1 639 kV，最小的為下相1 583 kV，相差56 kV。相比之下，上相與下相的工頻電壓分量相差了312 kV，遠(yuǎn)超過非工頻電壓分量。雖然塔頂電位幅值遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于其他3個(gè)分量，同時(shí)呈現(xiàn)出上相＞中相＞下相的規(guī)律，而由塔頂電位感應(yīng)出的耦合電壓分量也有隨高度增加幅值上升的規(guī)律。但是決定是否閃絡(luò)的根本因素是絕緣子兩端電壓差值是否超過其耐壓值，而雷電反擊220 kV線路桿塔時(shí)，工頻電壓對(duì)絕緣子兩端電壓差的影響顯然大于非工頻電壓分量，發(fā)生雷擊時(shí)刻工頻電壓的相位是決定閃絡(luò)發(fā)生相的最重要因素。

4.2 閃絡(luò)相變化規(guī)律

受工頻電壓的影響，一條220 kV同塔雙回線路遭受雷擊時(shí)，即使是同樣幅值的雷電流在不同時(shí)刻反擊桿塔所引起的閃絡(luò)相也會(huì)發(fā)生變化。為進(jìn)一步研究同跳事故發(fā)生閃絡(luò)相的變化規(guī)律，本文使用麗水線的仿真模型，工頻電壓相位以A相為基準(zhǔn)，每30°為1種工況，進(jìn)行仿真模擬。在每個(gè)工頻電壓相位下，通過不斷調(diào)整雷電流幅值，對(duì)發(fā)生一相閃絡(luò)至四相閃絡(luò)的情況均進(jìn)行了計(jì)算，結(jié)果記錄如表5所示。

根據(jù)表5可知，同層橫擔(dān)的兩相容易相繼發(fā)生閃絡(luò)。線路采用同塔雙回架設(shè)方式時(shí)，兩回線路采用了相同的相序布置方式，因此同名相的耐雷水平十分接近。為了減小雷擊同跳事故引起雙回線路同跳的概率，兩回線路最好采取不同相序布置。為了進(jìn)一步研究閃絡(luò)相分布，統(tǒng)計(jì)分布概率如表6所示。

雷擊220 kV同塔雙回線路時(shí)，不同橫擔(dān)各相發(fā)生閃絡(luò)的概率總體相差不大。根據(jù)4.1節(jié)中絕緣子兩端電壓差的分析，塔頂電壓分量、耦合電壓分量與感應(yīng)電壓分量綜合作用，采用對(duì)一個(gè)工頻電壓周期進(jìn)行計(jì)算排除工頻電壓分量影響。一相發(fā)生閃絡(luò)后，雷電流經(jīng)過擊穿的絕緣子流經(jīng)桿塔入地，雷電流分流后各相絕緣子兩端電壓差發(fā)生變化，計(jì)算結(jié)果顯示:兩相閃絡(luò)中，同層橫擔(dān)的另一回線路同名相緊接著發(fā)生閃絡(luò)的概率較高。當(dāng)發(fā)生三相與四相閃絡(luò)時(shí)，上相的閃絡(luò)概率明顯高于中下相，但是考慮雷擊不同時(shí)刻工頻電壓相位的差異，閃絡(luò)完全可能發(fā)生在中下相。220 kV線路雷擊閃絡(luò)分析應(yīng)重視工頻電壓的影響，不能直接認(rèn)為上層橫擔(dān)導(dǎo)線絕緣子應(yīng)最先發(fā)生閃絡(luò)。

5 結(jié)論

(1)仿真得出麗水線在工頻電壓相位180°左右時(shí)，174 kA的雷電流引起2回線的上中共四相線路絕緣子閃絡(luò)，寧波線在工頻電壓相位30°左右時(shí)，142 kA的雷電流引起兩中一下共三相線路絕緣子閃絡(luò)，雷電流幅值、工頻電壓相位、閃絡(luò)發(fā)生相都與實(shí)際情況吻合度很高，成功復(fù)現(xiàn)了220 kV同塔雙回線路同跳事故，證明了所建仿真模型的正確性。

(2)雷擊220 kV同塔雙回線路時(shí)，絕緣子兩端電壓差分為工頻電壓分量與非工頻電壓分量。非工頻電壓分量包括塔頂電壓分量、耦合電壓分量和感應(yīng)電壓分量，且呈現(xiàn)出從上相到中相、下相隨高度下降而減小的規(guī)律，這也是常規(guī)分析通常推測(cè)上相閃絡(luò)可能性更高的原因，但實(shí)際上這樣的分析是片面的。

(3)基于復(fù)現(xiàn)成功的模型，計(jì)算雷電反擊桿塔時(shí)各相絕緣子兩端電壓差，并對(duì)工頻與非工頻電壓分量進(jìn)行了分析比較。結(jié)果顯示，每一相的非工頻電壓分量雖然幅值較大，但是非工頻電壓分量之和相差不多，僅為56 kV，而工頻電壓分量差值可達(dá)312 kV。因此在研究雷擊220 kV同塔雙回線同跳事故時(shí)，工頻電壓分量是影響閃絡(luò)相的首要因素，不同雷擊時(shí)刻工頻電壓的相位是導(dǎo)致閃絡(luò)發(fā)生在不同相的真正原因。

(4)分析隨雷電流幅值的增加，同塔雙回線路發(fā)生同跳事故的閃絡(luò)相與工頻電壓的關(guān)系。當(dāng)同塔雙回線路2條線的相序布置相同時(shí)，同層橫擔(dān)的兩相的耐雷水平比較接近，容易發(fā)生相繼閃絡(luò)。第二閃絡(luò)相多為第一閃絡(luò)相的同層橫擔(dān)相。多相閃絡(luò)時(shí)閃絡(luò)相存在依次增加的特性。因此，從盡量避免雷擊引起同塔雙回線路2回線同時(shí)跳閘的角度考慮，2回線路宜采用不同的相序布置。

(5)通過對(duì)不同的工頻電壓相位下同跳事故閃絡(luò)相分布的概率進(jìn)行分析，指出雷擊引起三相絕緣子閃絡(luò)的概率總體相差不多。傳統(tǒng)理論中認(rèn)為中上層導(dǎo)線閃絡(luò)概率更高的分析，并不適用于220 kV同塔雙回線路。在針對(duì)220 kV同塔雙回線路的防雷保護(hù)中，中下相的保護(hù)措施同樣不容忽視。

［1］趙智大.高電壓技術(shù)［M］.北京:中國(guó)電力出版社，2006.

［2］解廣潤(rùn).電力系統(tǒng)過電壓［M］.北京:水利電力出版社，1988.

［3］劉渝根，蘇玉萍，劉敏.750 kV單回和雙回輸電線路反擊耐雷性能［J］.高壓電器，2009，45(5):96-103.

［4］IEEE Working Group on Estimating Lightning Performance of Transmission Lines.Estimating lightning performance of transmission lines II-updates to analytical models［J］.IEEE Transactions on Power Delivery，1993，8(3):1254-1267.

［5］易輝.同塔雙回500 kV輸電線路防雷特性分析及改進(jìn)措施［J］.高電壓技術(shù)，1998，24(2):52-55.

［6］陳國(guó)慶，張志勁，孫才新，等.500 kV同塔雙回線路導(dǎo)線排列方式對(duì)電氣特性的影響［J］.重慶大學(xué)學(xué)報(bào)，2003，26(6):60-62.

［7］李俊，張偉，劉渝根，等.220 kV同塔四回輸電線路反擊耐雷性能影響因素［J］.電力建設(shè)，2010，31(9):55-59.

［8］梁義明，葛棟.同塔多回線路防雷計(jì)算中的桿塔模型［J］.高電壓技術(shù)，2006，32(1):76-77.

［9］周浩，趙斌財(cái)，王東舉，等.500/220 kV同塔四回線路的耐雷性能研究［J］.高電壓技術(shù)，2008，34(10):2075-2080.

［10］Sargent M A，Darveniza M.Tower surge impedance［J］.IEEE Transactions on Power Apparatus and System，1969，88(5): 680-687.

［11］莫付江，陳允平，阮江軍.輸電線路桿塔模型與防雷性能計(jì)算研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2004，28(21):80-84.

［12］谷定燮，聶定珍.三峽500 kV出線同塔雙回線路雷電性能研究［J］.高電壓技術(shù)，1999，25(3):14-17.

［13］黃順濤，袁永毅.珠海地區(qū)110 kV線路雷擊故障分析及綜合對(duì)策［J］.電力建設(shè)，2000，21(11):31-36.

［14］柴雅靜，周文靜，李雪，等.500 kV交流同塔四回輸電線路反擊耐雷性能［J］.石油化工高等學(xué)校學(xué)報(bào)，2007，20(3):74-77.

［15］沈志恒，鄧旭，周浩，等.不平衡絕緣在220 kV和110 kV同塔雙回線路中的應(yīng)用［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2013，37(3):765-772.

［16］孫可，易強(qiáng)，董朝武，等.特高壓交流線路工頻電壓研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2010，34(12):30-35.

［17］胡毅.輸電線路運(yùn)行故障的分析與防治［J］.高電壓技術(shù)，2007，33 (3):1-8.

［18］電力工業(yè)部絕緣配合標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員.DL/T620—1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合［S］.北京:中國(guó)電力出版社.

［19］王東舉，周浩，陳稼苗，等.特高桿塔的多波阻抗模型設(shè)計(jì)及雷擊暫態(tài)特性分析［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2007，31(23):11-16.

［20］李寶聚，周浩.1 000 kV同塔雙回線路感應(yīng)電壓和電流的計(jì)算分析［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2011，35(3):14-19.

［21］賈磊，舒亮，鄭士普，等.計(jì)及工頻電壓的輸電線路耐雷水平的研究［J］.高電壓技術(shù)，2006，32(11):111-114.

［22］DL/T 620—1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合［S］.

［23］IEEE Working Group on Estimating Lightning Performance of Transmission Lines.A simplified method for estimating lightning performance of transmission lines［J］.IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems，1985，104(4):919-932.

［24］徐偉，劉潯，黃偉超.基于ATP-EMTP的桿塔接地體沖擊接地電阻計(jì)算模型［J］.電力建設(shè)，2010，31(5):22-25.

［25］周遠(yuǎn)翔，魯斌，尹慶福，等.工頻電壓對(duì)輸電線路雷擊跳閘率的影響［J］.高電壓技術(shù)，2007，33(9):61-65.

［26］DL/T 5092—1999 110 kV～500 kV架空送電線路設(shè)計(jì)技術(shù)規(guī)程［S］.北京:中國(guó)電力出版社，1999.

(編輯:張媛媛)

Lightning Multi-Tripping Accidents and Flashover Phases Distribution in 220 kV Double-Circuit Transmission Lines

SHI Jidong1，DENG Xu1，ZHOU Hao1，SHEN Zhiheng1，GONG Jiangang2，JIANG Wendong2
(1.College of Electrical Engineering，Zhejiang University，Hangzhou 310027，China; 2.Zhejiang Electric Power Corporation，Hangzhou 310007，China)

The multi-tripping accidents often occur in 220 kV double-circuit transmission lines under lightning，which has serious influence on the reliability of power system.Firstly，two lightning multi-tripping accidents that happened in Lishui and Ningbo were analyzed.Then，the model with considering grounding resistance，induced voltage component and other factors was built based on EMTP program.The simulation results show that it can realize the accurate reappearance of the four-phase flashover accident caused by the lightning current with-179 kA amplitude in Lishui Xianghe/Xiangmu line，as well as the three-phase flashover accident caused by the lightning current with-140 kA amplitude in Ningbo Xiaochang/Xiaozhou line. The lightning current amplitude and the phase of power frequency voltage can be good match with flashover phases，and their values derived from the model match the real data perfectly.Based on the simulation model，this paper further studied the flashover phase distribution law of multi-tripping accidents in 220 kV double-circuit transmission lines.The results show that the power frequency voltage is the key issue that decides the flashover phases of multi-tripping accidents.

double circuit transmission line;multi-tripping accidents;simulation reappearance;power frequency voltage;flashover phase distribution;lightning

TM 863

A

1000－7229(2014)01－0050－07

10.3969/j.issn.1000－7229.2014.01.010［HT］

2013-08-26

2013-09-22

施紀(jì)棟(1991)，男，碩士研究生，主要從事輸電線路防雷與配電網(wǎng)過電壓方面的研究工作，E-mail:jidong_shi@163.com;

鄧旭(1990)，男，碩士研究生，研究方向?yàn)楦邏?、特高壓直流輸電的過電壓與絕緣配合;

周浩(1963)，男，教授，博士生導(dǎo)師，主要從事電力系統(tǒng)過電壓、直流輸電等方面的研究工作;

沈志恒(1988)，男，碩士研究生，主要從事輸電線路防雷方面的研究工作;

龔堅(jiān)剛(1964)，男，高級(jí)工程師，線路主管，研究方向?yàn)樘岣咻旊娋€路的可靠性和巡視效率;

姜文東(1978)，男，高級(jí)工程師，從事輸電線路運(yùn)行管理工作。