2017.3|郑智慧,等:110 kV架空输电线路避雷器优化布置方式仿真分析

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电力网络是当今世界覆盖面最广、涉及范围最大的人造系统。随着高压输电工程的不断投运，现代工业社会对电力系统安全可靠性的要求越来越高，其中输电线路的防雷工作成为整个电力系统安全运行的重要组成部分。

我国电力发展迅速，21世纪以来，西电东送，全国联网大规模的电力布局目标基本实现。目前大多数输电线路地处旷野的山川河流等，地形复杂，运行海拔高、距离长，往往很容易遭受雷击。输电线路一旦受到雷击等较大的扰动将会造成电力系统的跳闸停电事故，产生较大的经济损失。国内外统计表明，雷击是造成输电线路故障的主要原因。

美国、前苏联等12国对275 ~ 500 kV总长3. 27 × 10 4 km输电线路3年运行统计资料表明，60 % 的线路故障由雷击造成；在我国，运行情况表明线路的雷害事故也比较严重，500 kV及以下的输电线路雷害事故占总事故的50 % 左右。根据国家电网公司近年来生产运行情况分析，在110 ～ 500 kV设备事故中，雷击跳闸次数比例占输电设备跳闸总次数的第一位，已严重影响了电网的安全和可靠运行。研究输电线路的安全性、可靠性及经济性，进而研究相应的防雷措施保障高压输电线路的安全运行已成为我国电力系统安全运行亟需解决的问题。

合理安排输电线路杆塔的避雷器不仅可以加强防雷保障，还可以降低输电线路建设投运的造价成本，本文研究输电线路杆塔的避雷器不同配置方式的防雷可靠性，计算110 kV输电线路绕击耐雷水平和反击耐雷水平，从经济性和安全可靠性两方面综合考虑，给出输电线路杆塔避雷器配置的最优方案。

计算方法

当雷电流直接击中输电线路的导线时，由于大幅值雷电流注入导线使其对地电压骤升。当绝缘子串两端电压幅值大于其冲击闪络电压时，发生闪络，如图1所示。使得绝缘子临界闪络的最大雷电流幅值，即为输电线路绕击耐雷水平Ir 。

当雷电流击中输电线路的避雷线时，大幅值雷电流沿着杆塔流入大地，使得杆塔顶部对地电压骤升。当绝缘子串两端电压幅值大于其冲击闪络电压时，发生闪络，如图2所示。使得绝缘子临界闪络的最大雷电流幅值，即为输电线路反击耐雷水平If 。

计算结果分析

图7 是输电线路有无避雷器绝缘子电压曲线对比，表2是不同避雷器配置下输电线路耐雷水平计算情况。

1 110 kV线路雷击因素分析

从表2中可以看出，线路绕击耐雷水平较小，且安装避雷器对其提升作用不明显。这是因为110 kV线路绝缘水平较低，一旦发生绕击线路，过电压很大可能造成线路跳闸。但是由于110 kV线路结构，高度不高，且存在避雷线，最大绕击电流往往低于其绕击电流值，因此造成110 kV线路雷击跳闸的主要原因不是绕击，而是反击。

2 不同避雷器配置对110 kV线路耐雷水平影响分析

对于反击雷电耐压水平，比较图7（a）与图7（b），或图7（c）与图7（d）：当每基杆塔装有避雷器，雷电流为146 kA时，绝缘子未闪络，而雷电流上升到147 kA时，绝缘子闪络，则使得绝缘子不闪络的最大雷电流值146 kA即为反击雷电耐压水平；对于不同避雷器设置的反击雷电情况如图7（b）与图7（d），可知每基杆塔装有避雷器时反击耐雷水平146 kA，而每基杆塔无避雷器时反击耐雷水平为80 kA。

表2计算结果显示：每基全相安装避雷器的反击耐雷水平要比无避雷器的反击耐雷水平高出73 % ~ 83 %；每基杆塔全相安装避雷器、隔一基杆塔全相安装避雷器、隔两基杆塔全相安装避雷器、隔三基杆塔全相安装避雷器、1基杆塔A相安装避雷器，2基杆塔B相安装避雷器，3基杆塔C相安装避雷器相比，随着避雷器安装数量的增加，输电线路的耐雷水平呈现上升的趋势（如图8所示），可见避雷器的安装对输电线路的雷击过电压有很大的抑制效果。

在上述避雷器配置方案下，按照各种避雷器配置方案，对110 kV线路进行建模仿真。取得了以下结论：

a. 安装避雷器可以有效提高输电线路的耐雷水平。相对于线路不安装避雷器，每基安装避雷器输电线路耐雷水平提高了73 % ~ 83%。

b. 由于输电线路档距达到400m，隔基安装避雷器的效果与每基安装有一定差距。每隔两基安装避雷器可以使耐雷水平提高31% ~36%左右，已基本上满足线路对耐雷水平的基本要求。

由以上分析可知，基于输电线路安全运行角度以及方案实施经济性，建议在山地，雷电活动密集、跳闸事故频发的区域每基杆塔全相安装避雷器；对于普通平原地区对基杆塔采用隔两基杆塔安装避雷器的方式对线路进行防雷改造，防雷可靠性满足规程要求。

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作者:

郑智慧，武汉大学电气工程学院，硕士。

陈小月，武汉大学电气工程学院，博士后。

王羽，武汉大学电气工程学院，副教授。

文习山，武汉大学电气工程学院，教授。

本文有删减，全文载于《建筑电气》2017年第3期，详文请见杂志。

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