220kV同塔雙回線路雷擊同跳差異化防護設計研究

李飛

摘 要：我國的同塔雙回線路每年遞增，線路走廊緊缺，并且雷擊同跳事故非常嚴重。本文對當前最為典型的五種同塔雙回線路雷擊同跳防護進行分析，從而設計220 k V同塔雙回線路雷擊同跳的差異化防護方案。

關鍵詞：220 k V同塔雙回；塔型；雷擊同跳；防護

引言

目前，我國的電網走廊主要采取同塔多回線路的方式不斷擴展電網規模，同塔多回線路建設意在節約土地資源。在各大城鎮中都可以看到越來越多的大型桿塔和高密度線路建設，這些回線路建設的運行經常出現雷擊跳閘問題，而同塔多回雷擊同跳事故最多，危害也最嚴重。110～220k V同塔多回線路受到絕緣水平及雷電流分布的影響，所發生的線路雷擊同跳事故最為嚴重，事故比例達到了110 k V及以上的21.0%。

1 雷擊同跳防護措施探析

本文分析了我國的典型的220 k V 線路 SZS32A 直線塔雷擊同跳防護措施，對仿真部分采取電磁暫態計算程序，具體的塔型結構參數見下圖。

（1）差絕緣與加裝并聯間隙法

采取差絕緣法需要以同塔雙回線路正常絕緣水平為基礎，通過對一回線路絕緣子片數進行調整，將兩回線路的絕緣子數目區分開，然而會提高一回線路的跳閘率，但將雙回雷擊同跳的跳閘率進行降低。在仿真計算部分，以 15 片絕緣子為基數，每對一回線路增加 1片絕緣子片數的情況下進行雙回線路各回的耐雷水平的比較，相位角Δα為30°，以此計算各回線路中雷擊同跳比率。結果得出：隨著絕緣片數的增加，低絕緣側的耐雷水平不變，高絕緣側的耐雷水平逐漸升高，在第20和21片數時均為124.8k A，達到最大值；而同回路的雷擊同跳占比從0%到100%，逐漸升高，在第20和21片數時為100%；然而異回路的雷擊同跳占比從100%到0%，逐漸降低，在第20和21片數時為0%。在有4片的絕緣子差距后，雷電流幅值達到最大，出現全相跳閘，而只有低絕緣側發生雷擊同跳，由此不會發生雙回線路同跳的情況，所以此時為最佳的防止兩回線路雷擊同跳的方式。

此處需要注意的是特殊的較小塔頭尺寸桿塔，以減少一片低絕緣側線路的絕緣子，前提仍然是4片的絕緣差，以保持電氣安全距離。

加裝并聯間隙法是通過短接絕緣子串兩端的絕緣子，對同塔雙回線路的一個回路的絕緣子進行串加裝并聯間隙，達到差絕緣的目的。具體的安裝形式較為簡單，不用調爬，然而此法會降低線路的耐雷水平。

（2）異相序布線法

交流電力系統中的三相（A，B，C）交流電壓、電流要對稱，三相需要成120°的相位相差，在遭遇同一雷擊時，會呈現不同的各相電壓差異。

異相序布線就是差異組合兩回線路的相序，具體有五種異相排列方式，分別是①AC、BA、CB；②AC、BB、CA；③AB、BA、CC；④AB、BC、CA；⑤AA、BC、CB。第②種方式叫做逆相序。

采用塔型結構模型進行第一周期內五種異相排列方式下線路的平均耐雷水平的計算，記錄其雷擊同跳次數。記錄結果為：第①～⑤種相序的下兩相同跳平均耐雷水平分別是107KA、106KA、106KA、108KA、106KA，耐雷水平基本不變；在一個周期內上、中、下相線路的同跳次數分別是96次、64次、80次，其中用第②種排列方式得到最低的兩回線路同層同跳的概率。

（3）接地降阻法

桿塔的泄流能力關系到雷擊同跳概率，需要采取降低桿塔的接地電阻的方式來優化桿塔接地網，以此防止雷擊同跳事件。這就需要對不同接地電阻的單相和兩相的耐雷水平進行計算。計算結果表示：接地電阻值在10Ω以內，兩相同跳的耐雷水平高于80 k A ，根據雷電流的分布特征，以此確定10Ω以內的桿塔接地電阻對線路的耐雷水平的提高有效，能夠達到降低雷擊同跳概率目的。

（4）耦合地線法

本雷擊同跳防護措施是預防塔遭受雷擊后進行相鄰桿塔之間的泄流，以此降低雷擊同跳的發生率，辦法是用一條地線架設在相鄰兩基桿塔的塔體之間，并聯兩基相鄰桿塔的接地網，達到分流的作用。架設方式如下圖。

耦合地線法對兩基桿塔的有效接地電阻值起到了間接降低的作用，忽略不計耦合地線本身電阻值，那么式①：R=R1R2...Rn/（R1+R2+...+Rn）。通常，此法用于平原地區有較小的相鄰桿塔檔距的線路情況。

（5）加裝避雷器法

在導線和桿塔之間通常用避雷器來鏈接達到防雷保護，這是當前最為普及的防雷措施，具體是通過氧化鋅的伏安特性達到大電流泄流的效果，一旦較大電壓差出現在避雷器兩端，就會導通桿塔和導線完成泄流，隨后立即隔斷。下圖為某避雷器電路模型。

（C-避雷器對地電容模型；R-非線性電阻模型）

上圖中的R值可在沖擊試驗中得到。避雷器法價格高昂，建議只應用在線路高風險相線架設改造中，能夠在單相線中進行完全保護。

2 220KV同塔雙回線路雷擊同跳改造防護設計

（1）雙回路典型塔型對比

線路桿塔結構存在差異，不同的塔型會用到不同的防雷裝置，需要分析塔型差異再進行防雷改造。本文對110～220k V的雙回線路進行劃分，有緊湊型、一般型2層次，并分別分成了直線塔、轉角2類。

大簡化典型塔頭為緊湊型桿塔，與一般塔型的直線塔的導線與桿塔間距大于絕緣子的長度是相反的。緊湊型有更復雜的耐張塔結構，塔頭空間小，原因是增加了架設導線的沿線橫擔，且其桿塔比一般桿塔有更低的結構高度和更小的三相導線的保護角（負角度居多），在反擊跳閘次數和反擊雷害方面更高、更嚴重。

（2）典型雷擊同跳防護的適用

當前絕大多數工程都采取加裝避雷器法進行防雷保護，這是最有效可靠的辦法，避雷器體積較大，需要較大的塔頭空間，由此，緊湊型線路不適用此法；此外，其高昂的造價限于山頂兩側三相、沿坡上中相、平原兩側的上中相、山谷兩側的上相等高風險桿塔相線中進行安裝。

耦合地線法的安裝工程量偏大，對地形地貌有較為嚴格的要求，并且降阻不易，宜用在較為理想的桿塔區。

接地降阻法能夠有效地間接提高線路耐雷水平，然而建議用于接地電阻在5 Ω以內的110～220k V線路中。

異相序布線法可以在所有線路中使用，具有廉價和較小的工程量，缺點是和雷擊過電壓相比其工頻電壓甚小，效果不如其他方式理想。

差絕緣法與并聯間隙法是犧牲線路的雷擊跳閘率來有效降低同跳發生率，不能大面積使用，只在高絕緣平原線路的防護中有明顯效果。

所以，要根據工程環境來適時選用以上五種雷擊同跳防護措施，利用它們各自的防護優勢來降低線路雷擊同跳概率。

（3）雷擊同跳防護實施流程

進行雷擊同跳防護方案設計需要經過五大流程，首先是進行高風險線路的篩選其中線路的海拔高度、雷擊跳閘率、區域雷電活動等級和線路重要性方面決定了線路篩選；其次是高風險桿塔的篩選；然后確定初選改造方式，再次進行塔型結構、地形地貌、經濟效益方面的精選，最終確定方案。

3 結語

綜述，進行線路雷擊同跳差異化防護設計，需要通過對防雷擊同跳事故的防護方式進行仿真計算，以此分析各種方法的原理和效果。本文對兩種層次的兩個類型的線路及其桿塔的特征進行了分析，結合經驗與已有的措施特點來進行典型的防雷措施的適用和特點進行分析研究，從而制定出防護方案流程。

參考文獻

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