王祎菲

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

EMTP在线路防雷中的应用

王祎菲

（国网辽宁省电力有限公司电力科学研究院，辽宁 沈阳 110006）

EMTP是具有强大电磁暂态计算能力的仿真软件，应用该软件中的集中参数电阻、多相分布参数的输电线路、合适的开关及电源等元件，根据500 kV输电线路中典型塔型相关数据，准确建立雷击杆塔模型，并对其进行计算分析，找到线路防雷保护存在的问题，进行适当的调整，保障输电线路的可靠运行及电力系统的稳定安全。

EMTP；输电线路；雷电防护

随着电力事业的迅猛发展，高压输电成为发展的必然趋势。由于大气环境日益恶劣，雷电灾害更加普遍。当发生严重的雷击高压输电线路事故时，将引发线路跳闸，导致大范围停电，影响工业生产及人民生活，造成巨大的经济损失，甚至会威胁人身安全［1－2］。因此，对输电线路遭受雷击进行准确的仿真模拟，找出防雷保护的薄弱环节，并进行合理有效地改造，可提高线路的防雷性能。

1 电磁暂态仿真软件

1968年美国伯尼维尔电力管理局的加拿大哥伦比亚大学教授Dommel编制了最初的约有5 000条语句的电磁暂态计算程序EMIP（Electro Magnetic Transient Program）。EMTP是以线路防雷计算中的Bergeron数学模型为基础，利用求解集中参数电路暂态过程的梯形法和求解分布参数线路波过程的特征线法相结合的数值计算方法编制的大型应用程序。经过工程技术人员十多年的不断开发和在许多国家长期实际应用中的反复修改，目前的语句数量已多达数万条，并发展出了卡片输入方式。这些应用的开发，为电力系统的设计、运行及科研工作提供了可靠依据［3－4］。

对象［5］。本文应用EMTP 5.0软件由Borland Delphi 2007语言编写，可在Windows 9x／NT／2000／XP／Vista和LINUX系统下运行。该程序有标准的视窗平台，目前大约支持100个标准组件和60个TACS使用者可根据相应的需要进行选择，有一些组件是程序中已有的定义，还有一些可根据需要自己定义，通过所有组件进行组合搭建所需要模拟的电路模型。程序将自动给电路各支路的节点命名，使用者也可根据需要对一些特别的重要节点自行命名。运算时需要的EMTP输入文件会由处理器自动生成。因此，基于图形化的平台使应用EMTP进行电磁暂态分析计算极其方便和准确。

2 输电线路雷电暂态模型的建立

500 kV高压输电线路大多是同塔双回输电，由于电压等级高，导致杆塔高度相对更高，且档距相对更远，因此，更易发生雷击事故［6－7］。现选取典型的SZK双回路塔为例进行模拟计算（如图1所示），杆塔左侧为正相序，右侧为逆相序排列。

图1 SZK型塔及参数

2.1 杆塔塔顶过电压

杆塔塔顶过电压主要包含雷电过电压、感应过电压、工频电压及电晕的影响。

本文选取的雷电流波形为2.6／50 μs，幅值为240 kA，负极性。

当雷电流击中塔顶时，导线将产生感应过电压。

式中I——流过电流的幅值，kA；

hc——导线相对地面的平均高度，m；

hg——避雷线相对地面的平均高度，m；k0——避雷线和导线间的耦合系数。

对于工频电压的影响，由于工频电压随着时间的变化和每相相角的不同而不同，为了计算简便且从严考虑，本文选取以来进行计算，Um为工频电压的峰值［9－10］，该数值较实际情况偏大。

由于电晕实际是在消耗雷电流过电压的能量，本文忽略电晕的影响。

2.2 绝缘子串闪络模型

一些西欧国家常采用相交法作为绝缘子串闪络的判据（如图2所示），t1时刻绝缘子串上的过电压幅值较高，而在t2时刻绝缘子串上的过电压曲线与绝缘子串的伏秒特性曲线相交，即为闪络时刻［11］。经运行经验验证，相交法所得的结果与实际情况基本符合。

图2 绝缘子串闪络时刻的判定

根据绝缘子串闪络的特点，可运用EMTP中的TACS子程序进行模拟，主要元件有：传递函数块G（s）、模拟时间的TIMEX和模拟电压的单位电压源UNITY＝1.0两个内部信号源、FORTRAN运算符和函数及部分DEVICES装置［12］。

3 计算结果分析

通过计算得到各相电流波形如图3所示，横坐标为雷电流在杆塔上的通流时间，纵坐标为雷电流幅值。由图3可以看出，当雷击杆塔塔顶时，左右两侧最下面一相发生了闪络，其余各相安全，且未闪络的4相中，越靠近杆塔塔顶的相，电流幅值越高。

图3 雷击时各相上电流值

3.1 接地电阻对防雷性能的影响

在其余计算条件不变的情况下，改变杆塔接地电阻，分别取4 Ω、7 Ω、15 Ω和30 Ω，对比各相绝缘子电压幅值，结果如表1所示。

表1 接地电阻对杆塔各相绝缘子上电压幅值的影响

由表1可以看出，随着接地电阻的升高，各相绝缘子电压幅值也随之增大。因此，降低杆塔接地电阻将有效提高其防雷安全性能。

3.2 避雷器对防雷性能的影响

在线路左右两侧各加装1组500 kV线路避雷器，各相绝缘子电压幅值变化如表2所示。

表2 避雷器对各相绝缘子电压幅值的影响

由表2可以看出，加装线路避雷器后，各相绝缘子电压幅值明显下降，只要合理加装线路避雷器，输电线路防雷性能将显著提高。

4 结束语

输电线路防雷性能对整个电力系统的安全运行具有重要意义，运用仿真软件进行电磁暂态仿真计算可以更好地掌握线路防雷性能。通过运用国际通用的EMTP软件对500 kV输电线路中的典型杆塔进行雷击模拟运算，发现在高强度雷电流的作用下，线路的安全运行存在极大隐患，通过降低接地电阻及合理加装线路避雷器可有效提高其防雷性能。

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Application on Lightning Protection of EMTP Line

WANG Yi⁃fei
（Electric Power Research Institute of State Grid Liaoning Electric Power Co.，Ltd.，Shenyang，Liaoning 110006，China）

EMTP is a simulation software that it is powerful computing power of electromagnetic transient.This paper focuses on appli⁃cation of the software parameters of resistance，parameter transmission line of multi⁃phase distributed and the appropriate switch and power supplies and other components.Accurate simulation model of the tower struck by lightning are established based on a typical 500 kV transmission line tower in the relevant data.Lightning protection problems are found by calculation analysis and made appropriate adjustments to ensure the stability of power system security.

EMTP；Transmission line；Lightning protection

TM863

A

1004－7913（2016）01－0013－03

王祎菲（1985—），女，硕士，工程师，从事高压开关试验、高电压与绝缘研究工作。

2015－10－10）