崔 樂

（商洛學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院，陜西商洛726000）

110kV榭烯北中線防雷研究

崔 樂

（商洛學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院，陜西商洛726000）

以110 kV榭烯北中線為研究對(duì)象，根據(jù)線路布置的地形地貌情況、歷年落雷及事故統(tǒng)計(jì)，并結(jié)合線路接地電阻測(cè)量值，采用ATP軟件對(duì)雷擊輸電線路桿塔和雷繞擊輸電線路的耐雷水平進(jìn)行了計(jì)算。根據(jù)計(jì)算結(jié)果提出防雷方案，仿真評(píng)估了防雷方案的效果，驗(yàn)證了該方案的可行性，可作為該地區(qū)雷電過電壓防護(hù)措施制定和實(shí)施的依據(jù)。

ATP；耐雷水平；防雷方案

近年來，茂名石化110 kV電網(wǎng)多次發(fā)生雷擊輸電線路引起的跳閘事故。雷擊跳閘事故對(duì)化工生產(chǎn)過程的影響往往是不可逆的，此類事故影響了正常生產(chǎn)，造成了經(jīng)濟(jì)損失［1-4］。因此，有必要對(duì)茂名石化110 kV線路雷害情況進(jìn)行研究，針對(duì)線路防雷薄弱環(huán)節(jié)采取一定的措施，進(jìn)一步提高線路的耐雷水平，減小雷擊跳閘率。研究以雙回110 kV線路榭烯北線、榭烯中線為對(duì)象，根據(jù)線路地形地貌情況、歷年落雷及事故統(tǒng)計(jì)，結(jié)合線路接地電阻測(cè)量值、已采取防雷措施情況提出線路防雷方案，采用ATP仿真評(píng)估了防雷方案的效果，驗(yàn)證了防雷方案的可行性。

1 110 kV榭烯北中線線路參數(shù)

1.1 線路概況

茂名石化榭烯北線、榭烯中線由110 kV榭平嶺變電站出線到化工中站110 kV構(gòu)架為止，為110 kV雙回線路。線路實(shí)際長度為17.279 km，桿塔總數(shù)為60基，曲折系數(shù)為1.21，轉(zhuǎn)角次數(shù)為21，增均檔距為309 m，最大檔距在A20-A21，長度為471 m。

線路沿線地形以水田、河網(wǎng)和丘陵為主，泥沼占56.7%，丘陵占30.6%，河網(wǎng)占12.7%。水田地段主要以種植水稻等農(nóng)作物為主，而丘陵地段以松樹和桉樹為主。處在地形特殊的桿塔如表1所示。

表1 地形特殊桿塔

1.2 線路落雷及事故情況

該線路所在地區(qū)雷雨季節(jié)長，落雷數(shù)較多且雷電流幅值較大。該地區(qū)2010年事故統(tǒng)計(jì)及桿塔所在地落雷較多的桿塔統(tǒng)計(jì)如表2和表3所示。

表2 榭烯北中線2010年事故統(tǒng)計(jì)

表3 落雷統(tǒng)計(jì)

1.3 桿塔接地電阻

桿塔接地電阻存在異常情況的如表4所示。

表4 桿塔接地電阻異常情況

1.4 已安裝線路避雷器

榭烯北中線已安裝線路避雷器情況如表5所示。

表5 已安裝線路避雷器情況

2 線路參數(shù)分析

2.1 地形地貌

從桿塔所處地形地貌來看，需關(guān)注的桿塔有：4#、5#、8#、9#、14#、18#、19#、21#、25#、30#、31#。

4#～5#：4#桿塔所處地勢(shì)最高，在小山頂上，5#桿塔地勢(shì)低，下面有水塘，發(fā)生繞擊的可能性較其他地方高。要避免4#與5#之間的檔距因繞擊造成絕緣子串閃絡(luò)，需考慮在4#與5#兩個(gè)桿塔的中相和下相同時(shí)安裝線路避雷器。鑒于4#、5#桿塔均為直線塔，安裝難度較大，需綜合考慮。

18-19 #：18-19#跨河流，且18#桿塔處于河邊，發(fā)生繞擊概率較大。

31#：地勢(shì)較高，而且下面有水。

8#、9#、14#、21#、25#、30#：均下臨水塘或水田。

2.2 落雷概率

從落雷概率來看，需關(guān)注的桿塔有：3#、9#、10#、17#、25#、26#、27#、40#。

3#、17#、25#、40#桿塔的落雷數(shù)較大。25#桿塔半徑2 000 m內(nèi)落雷數(shù)達(dá)到95且地形相對(duì)突出，需重點(diǎn)考慮。17#桿塔半徑2 000 m內(nèi)落雷數(shù)達(dá)到143，相比其他桿塔而言最高，也需重點(diǎn)考慮。

9-10 #、26-27#雷擊數(shù)較多。雖然10#桿塔已經(jīng)安裝了六相線路避雷器，但與其相鄰桿塔并不受10#桿塔上避雷器的保護(hù)。建議在9#桿塔上也安裝六相線路避雷器，但9#桿塔是直線塔，安裝難度較大，需綜合考慮。

2.3 接地電阻

從2010年接地電阻測(cè)量來看，需關(guān)注的桿塔有：40#、41#、48#。其中40#桿塔半徑2 000 m內(nèi)落雷數(shù)達(dá)到79，且40#塔有兩點(diǎn)接地線斷，有一點(diǎn)接地不合格，如有雷擊其發(fā)生事故的可能性較大，建議修補(bǔ)接地裝置，若采取措施后接地電阻值仍無法合格，建議在其中下相安裝線路避雷器。41#桿塔沖擊接地電阻達(dá)到44.78 Ω，反擊耐雷水平不達(dá)標(biāo)。48#塔有三點(diǎn)接地線斷，有一點(diǎn)接地不合格，雖然雷擊概率不大，但一旦被擊，發(fā)生故障可能性大，建議修好接地體。

3 防雷方案

隨著氧化鋅避雷器技術(shù)的發(fā)展，復(fù)合外套氧化鋅避雷器由于其重量輕、安全性好，已成功應(yīng)用于輸電線路的防雷保護(hù)［5-7］。本文根據(jù)線路參數(shù)分析提供的防雷方案如表6所示，主要采用加裝線路避雷器和改善接地電阻兩種方式。

表6 防雷方案

3.1 加裝線路避雷器

3.1.1 轉(zhuǎn)角塔

在25#桿塔的榭烯北線安裝三相避雷器：25#桿塔的榭烯中線已安裝三相避雷器，但榭烯北線的相線位置更暴露，建議在榭烯北線也安裝三相避雷器。在31#桿塔安裝六相避雷器：其地勢(shì)較高，雷擊概率較大。其2010年半徑2 000 m內(nèi)落雷數(shù)達(dá)到52，需重點(diǎn)考慮。

3.1.2 直線塔

在4#桿塔和5#桿塔的中相和下相安裝四相避雷器：由于4#桿塔所處地勢(shì)最高，在小山頂上，5#桿塔地勢(shì)低，下面有水塘，發(fā)生繞擊的可能性大，應(yīng)在相鄰的兩個(gè)桿塔上均安裝線路避雷器，由于4#和5#桿塔均為鼓型，中相遭受繞擊概率較大，下相由于耦合系數(shù)較小，也易發(fā)生故障，上相比較安全，可只在中相和下相安裝四相避雷器。在9#桿塔安裝六相避雷器：9#桿塔下臨水田，9#到10#之間發(fā)生故障的可能性大，雖然10#桿塔已經(jīng)安裝了六相避雷器，但由于9-10#檔距易遭受繞擊，建議在9#桿塔上也安裝六相避雷器。

3.2 改善接地電阻

榭烯北中線40#桿塔有兩點(diǎn)接地線斷，有一點(diǎn)接地不合格，且40#桿塔半徑2 000 m內(nèi)落雷數(shù)為49，所以其發(fā)生事故的可能性較大，建議修補(bǔ)接地裝置。

41#桿塔接地電阻測(cè)量值較高，其中一個(gè)測(cè)點(diǎn)更是達(dá)到35 Ω，需排除是否因測(cè)量原因造成，如果接地電阻值確實(shí)較高，則應(yīng)安裝避雷器防止反擊。

榭烯北中線48#塔有三點(diǎn)接地線斷，有一點(diǎn)接地不合格，雖然雷擊概率很小，但一旦被擊，發(fā)生故障可能性大，建議修好接地體。

4 防雷方案效果仿真

采用ATP（AlternativeTransientsProgram）對(duì)方案實(shí)施前后的耐雷水平進(jìn)行計(jì)算，評(píng)估其防雷效果。

雷電流波形按規(guī)程取為2.6/50 μs的斜角波。線路絕緣子串閃絡(luò)和串聯(lián)空氣間隙閃絡(luò)用壓控開關(guān)進(jìn)行模擬。避雷器的伏安特性采用分段線性化模擬。采用JMarti線路模型，在計(jì)算輸電線路電氣參數(shù)時(shí)，輸電線路被看成包括地線、三相導(dǎo)線在內(nèi)的n根不換位多導(dǎo)線系統(tǒng)，并考慮電流的趨膚效應(yīng)［8］。桿塔作為分布參數(shù)來處理，并按導(dǎo)線懸掛點(diǎn)將桿塔分段處理，使計(jì)算不同相絕緣子串過電壓時(shí)更接近真實(shí)。為了使計(jì)算更加精確，對(duì)所有線路的每一檔距和每基桿塔分別建模，充分考慮了桿塔結(jié)構(gòu)尺寸、線路型號(hào)、檔距、弧垂等影響［9-10］。

舉例來說，計(jì)算5#桿塔反擊耐雷水平的仿真模型如圖1所示。

圖1 5#桿塔反擊耐雷水平計(jì)算模型

圖2和圖3分別為加裝避雷器前后5#桿塔絕緣子串兩端電壓波形，由仿真可得其反擊耐雷水平由原先的58.5 kA提高到97.6 kA。

圖2 5#桿塔絕緣子串兩端電壓波形（未安裝避雷器）

根據(jù)防雷方案，整條線路防雷方案施行前后重點(diǎn)桿塔反擊耐雷水平對(duì)比如表7所示，方案施行后，反擊耐雷水平由原先的最低32.3 kA（41#）提高到了82.0 kA（41#）。由于41#桿塔沒有加裝避雷器，其耐雷水平在線路中相對(duì)其他桿塔最低，為82.0 kA，但仍然符合規(guī)程要求。

圖3 5#桿塔絕緣子串兩端電壓波形（安裝避雷器）

表7 防雷方案施行前后重點(diǎn)桿塔反擊耐雷水平對(duì)比

整條線路防雷方案施行前后重點(diǎn)桿塔繞擊耐雷水平對(duì)比如表8所示，方案施行后繞擊耐雷水平由原先最低的12.2 kA（4-5#）提高到了23.0 kA（4-5#），方案實(shí)施后繞擊耐雷水平符合規(guī)程要求。

表8 防雷方案施行前后重點(diǎn)桿塔繞擊耐雷水平對(duì)比

5 結(jié)論

本文根據(jù)茂名石化110 kV榭烯北中線線路參數(shù)的分析，提出防雷方案，運(yùn)用ATP軟件建立了110 kV榭烯北中線雷擊輸電線路桿塔和雷繞擊輸電線路的模型，對(duì)防雷方案實(shí)施前后線路的反擊耐雷水平和繞擊耐雷水平進(jìn)行仿真計(jì)算。方案施行后，反擊耐雷水平由原先最低的32.3 kA（41#）提高到了82.0 kA（41#），繞擊耐雷水平由原先最低的12.2 kA（4-5#）提高到了23.0 kA（4-5#）。仿真結(jié)果認(rèn)為通過在某些桿塔加裝避雷器可以將線路的耐雷水平提高到符合規(guī)程要求的范圍內(nèi)，驗(yàn)證了該方案的可行性，可作為該地區(qū)雷電過電壓防護(hù)措施的制定和實(shí)施的依據(jù)。

［1］江海英，孫巖洲，張壘.煤礦35 kV供電線路防雷仿真分析［J］.煤礦機(jī)電，2014（3）：67-69，73.

［2］陳家宏，童雪芳，谷山強(qiáng)，等.雷電定位系統(tǒng)測(cè)量的雷電流幅值分布特征［J］.高電壓技術(shù)，2008，34（9）：893-1897.

［3］劉德洲.油田10-110 kV線路的防雷技術(shù)探討［J］.電子技術(shù)與軟件工程，2014（1）：154-156.

［4］阮羚，谷山強(qiáng)，趙淳，等.鄂西三峽地區(qū)220 kV線路差異化防雷技術(shù)與策略［J］.高電壓技術(shù)，2012，38（1）：157-166.［5］吳桂芳，陳巧勇，藍(lán)磊，等.110 kV線路避雷器在輸電線路防雷中的應(yīng)用研究［J］.電瓷避雷器，2002（2）：40-43.

［6］鄧杰文，任文斌，劉源，等.煤礦35 kV線路防雷保護(hù)間隙的研究［J］.工礦自動(dòng)化，2013（1）：157-165.

［7］呂明，羅毅，楊旭，等.110 kV復(fù)合外套金屬氧化物避雷器故障分析［J］.華北電力技術(shù)，2009（12）：40-43.

［8］李明貴，魯鐵成.高壓架空輸電線路雷擊過電壓的仿真計(jì)算與分析研究之一：輸電線路雷電過電壓仿真計(jì)算模型的建立［J］.廣西電力，2005（4）：7-10.

［9］段大鵬，任志剛，葉寬，等.110 kV同塔雙回路輸電線路雷擊雙跳故障錄波分析與過電壓計(jì)算［J］.高電壓器，2013，49（12）：69-74.

［10］宋陽，秦穎，胡可.500 kV同塔雙回輸電線路雷電反擊仿真模型的建立與分析［J］.電氣技術(shù)，2012（1）：40-42.

（責(zé)任編輯：李堆淑）

Lightning Protection Research on 110kV Northern and Central Transmission Line in Xiexi

CUI Le

（College of Electronic Information and Electrical Engineering，Shangluo University，Shangluo 726000，Shaanxi）

Selecting 110 kV northern and central transmission Line in Xiexi as the research object，ATP software was adopted to calculate lightning withstand level mainly cased of lightning strike onto line pole and line conductor，according to the topography condition of line，struck by lightning over the years and accident statistics，combined with the measurement values of grounding resistance.Then a lightning protection project was propcsed.Simulation assessed the effect of lightning protection project，verified its feasibility，which can be used as a basis to formulate and implement measures for lightning overvoltage protection in the region.

ATP；lightning withstand level；lightning protection project

TM862

A

1674-0033（2015）04-0007-04

10.13440/j.slxy.1674-0033.2015.04.003

2015-06-05

崔樂，女，陜西山陽人，碩士，助教