崔 乐

（商洛学院电子信息与电气工程学院，陕西商洛726000）

110kV榭烯北中线防雷研究

崔 乐

（商洛学院电子信息与电气工程学院，陕西商洛726000）

以110 kV榭烯北中线为研究对象，根据线路布置的地形地貌情况、历年落雷及事故统计，并结合线路接地电阻测量值，采用ATP软件对雷击输电线路杆塔和雷绕击输电线路的耐雷水平进行了计算。根据计算结果提出防雷方案，仿真评估了防雷方案的效果，验证了该方案的可行性，可作为该地区雷电过电压防护措施制定和实施的依据。

ATP；耐雷水平；防雷方案

近年来，茂名石化110 kV电网多次发生雷击输电线路引起的跳闸事故。雷击跳闸事故对化工生产过程的影响往往是不可逆的，此类事故影响了正常生产，造成了经济损失［1-4］。因此，有必要对茂名石化110 kV线路雷害情况进行研究，针对线路防雷薄弱环节采取一定的措施，进一步提高线路的耐雷水平，减小雷击跳闸率。研究以双回110 kV线路榭烯北线、榭烯中线为对象，根据线路地形地貌情况、历年落雷及事故统计，结合线路接地电阻测量值、已采取防雷措施情况提出线路防雷方案，采用ATP仿真评估了防雷方案的效果，验证了防雷方案的可行性。

1 110 kV榭烯北中线线路参数

1.1 线路概况

茂名石化榭烯北线、榭烯中线由110 kV榭平岭变电站出线到化工中站110 kV构架为止，为110 kV双回线路。线路实际长度为17.279 km，杆塔总数为60基，曲折系数为1.21，转角次数为21，增均档距为309 m，最大档距在A20-A21，长度为471 m。

线路沿线地形以水田、河网和丘陵为主，泥沼占56.7%，丘陵占30.6%，河网占12.7%。水田地段主要以种植水稻等农作物为主，而丘陵地段以松树和桉树为主。处在地形特殊的杆塔如表1所示。

表1 地形特殊杆塔

1.2 线路落雷及事故情况

该线路所在地区雷雨季节长，落雷数较多且雷电流幅值较大。该地区2010年事故统计及杆塔所在地落雷较多的杆塔统计如表2和表3所示。

表2 榭烯北中线2010年事故统计

表3 落雷统计

1.3 杆塔接地电阻

杆塔接地电阻存在异常情况的如表4所示。

表4 杆塔接地电阻异常情况

1.4 已安装线路避雷器

榭烯北中线已安装线路避雷器情况如表5所示。

表5 已安装线路避雷器情况

2 线路参数分析

2.1 地形地貌

从杆塔所处地形地貌来看，需关注的杆塔有：4#、5#、8#、9#、14#、18#、19#、21#、25#、30#、31#。

4#～5#：4#杆塔所处地势最高，在小山顶上，5#杆塔地势低，下面有水塘，发生绕击的可能性较其他地方高。要避免4#与5#之间的档距因绕击造成绝缘子串闪络，需考虑在4#与5#两个杆塔的中相和下相同时安装线路避雷器。鉴于4#、5#杆塔均为直线塔，安装难度较大，需综合考虑。

18-19 #：18-19#跨河流，且18#杆塔处于河边，发生绕击概率较大。

31#：地势较高，而且下面有水。

8#、9#、14#、21#、25#、30#：均下临水塘或水田。

2.2 落雷概率

从落雷概率来看，需关注的杆塔有：3#、9#、10#、17#、25#、26#、27#、40#。

3#、17#、25#、40#杆塔的落雷数较大。25#杆塔半径2 000 m内落雷数达到95且地形相对突出，需重点考虑。17#杆塔半径2 000 m内落雷数达到143，相比其他杆塔而言最高，也需重点考虑。

9-10 #、26-27#雷击数较多。虽然10#杆塔已经安装了六相线路避雷器，但与其相邻杆塔并不受10#杆塔上避雷器的保护。建议在9#杆塔上也安装六相线路避雷器，但9#杆塔是直线塔，安装难度较大，需综合考虑。

2.3 接地电阻

从2010年接地电阻测量来看，需关注的杆塔有：40#、41#、48#。其中40#杆塔半径2 000 m内落雷数达到79，且40#塔有两点接地线断，有一点接地不合格，如有雷击其发生事故的可能性较大，建议修补接地装置，若采取措施后接地电阻值仍无法合格，建议在其中下相安装线路避雷器。41#杆塔冲击接地电阻达到44.78 Ω，反击耐雷水平不达标。48#塔有三点接地线断，有一点接地不合格，虽然雷击概率不大，但一旦被击，发生故障可能性大，建议修好接地体。

3 防雷方案

随着氧化锌避雷器技术的发展，复合外套氧化锌避雷器由于其重量轻、安全性好，已成功应用于输电线路的防雷保护［5-7］。本文根据线路参数分析提供的防雷方案如表6所示，主要采用加装线路避雷器和改善接地电阻两种方式。

表6 防雷方案

3.1 加装线路避雷器

3.1.1 转角塔

在25#杆塔的榭烯北线安装三相避雷器：25#杆塔的榭烯中线已安装三相避雷器，但榭烯北线的相线位置更暴露，建议在榭烯北线也安装三相避雷器。在31#杆塔安装六相避雷器：其地势较高，雷击概率较大。其2010年半径2 000 m内落雷数达到52，需重点考虑。

3.1.2 直线塔

在4#杆塔和5#杆塔的中相和下相安装四相避雷器：由于4#杆塔所处地势最高，在小山顶上，5#杆塔地势低，下面有水塘，发生绕击的可能性大，应在相邻的两个杆塔上均安装线路避雷器，由于4#和5#杆塔均为鼓型，中相遭受绕击概率较大，下相由于耦合系数较小，也易发生故障，上相比较安全，可只在中相和下相安装四相避雷器。在9#杆塔安装六相避雷器：9#杆塔下临水田，9#到10#之间发生故障的可能性大，虽然10#杆塔已经安装了六相避雷器，但由于9-10#档距易遭受绕击，建议在9#杆塔上也安装六相避雷器。

3.2 改善接地电阻

榭烯北中线40#杆塔有两点接地线断，有一点接地不合格，且40#杆塔半径2 000 m内落雷数为49，所以其发生事故的可能性较大，建议修补接地装置。

41#杆塔接地电阻测量值较高，其中一个测点更是达到35 Ω，需排除是否因测量原因造成，如果接地电阻值确实较高，则应安装避雷器防止反击。

榭烯北中线48#塔有三点接地线断，有一点接地不合格，虽然雷击概率很小，但一旦被击，发生故障可能性大，建议修好接地体。

4 防雷方案效果仿真

采用ATP（AlternativeTransientsProgram）对方案实施前后的耐雷水平进行计算，评估其防雷效果。

雷电流波形按规程取为2.6/50 μs的斜角波。线路绝缘子串闪络和串联空气间隙闪络用压控开关进行模拟。避雷器的伏安特性采用分段线性化模拟。采用JMarti线路模型，在计算输电线路电气参数时，输电线路被看成包括地线、三相导线在内的n根不换位多导线系统，并考虑电流的趋肤效应［8］。杆塔作为分布参数来处理，并按导线悬挂点将杆塔分段处理，使计算不同相绝缘子串过电压时更接近真实。为了使计算更加精确，对所有线路的每一档距和每基杆塔分别建模，充分考虑了杆塔结构尺寸、线路型号、档距、弧垂等影响［9-10］。

举例来说，计算5#杆塔反击耐雷水平的仿真模型如图1所示。

图1 5#杆塔反击耐雷水平计算模型

图2和图3分别为加装避雷器前后5#杆塔绝缘子串两端电压波形，由仿真可得其反击耐雷水平由原先的58.5 kA提高到97.6 kA。

图2 5#杆塔绝缘子串两端电压波形（未安装避雷器）

根据防雷方案，整条线路防雷方案施行前后重点杆塔反击耐雷水平对比如表7所示，方案施行后，反击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#杆塔没有加装避雷器，其耐雷水平在线路中相对其他杆塔最低，为82.0 kA，但仍然符合规程要求。

图3 5#杆塔绝缘子串两端电压波形（安装避雷器）

表7 防雷方案施行前后重点杆塔反击耐雷水平对比

整条线路防雷方案施行前后重点杆塔绕击耐雷水平对比如表8所示，方案施行后绕击耐雷水平由原先最低的12.2 kA（4-5#）提高到了23.0 kA（4-5#），方案实施后绕击耐雷水平符合规程要求。

表8 防雷方案施行前后重点杆塔绕击耐雷水平对比

5 结论

本文根据茂名石化110 kV榭烯北中线线路参数的分析，提出防雷方案，运用ATP软件建立了110 kV榭烯北中线雷击输电线路杆塔和雷绕击输电线路的模型，对防雷方案实施前后线路的反击耐雷水平和绕击耐雷水平进行仿真计算。方案施行后，反击耐雷水平由原先最低的32.3 kA（41#）提高到了82.0 kA（41#），绕击耐雷水平由原先最低的12.2 kA（4-5#）提高到了23.0 kA（4-5#）。仿真结果认为通过在某些杆塔加装避雷器可以将线路的耐雷水平提高到符合规程要求的范围内，验证了该方案的可行性，可作为该地区雷电过电压防护措施的制定和实施的依据。

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（责任编辑：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

崔乐，女，陕西山阳人，硕士，助教