計及沖擊電暈的輸電線路反擊雷電過電壓暫態特征仿真分析

趙紫輝

廣東電網有限責任公司珠海供電局（廣東 珠海 519000）

0 引言

輸電線路經常遭受各種雷電過電壓的侵襲，導致停電事故，其中雷電反擊造成的故障影響更大，因此準確分析反擊雷電過電壓特征，對做好雷電反擊故障防御具有極為重要的理論參考和指導意義[1-2]。

1 雷電反擊輸電線路模型

文章采用PSCAD/EMTDC仿真軟件，建立了考慮沖擊電暈影響的雷電反擊輸電線路模型[3-4]。其中，雷電流模型采用2.6/50 μs雙指數波，桿塔模型采用500 kV ZB1酒杯塔多波阻抗模型[5]。絕緣子閃絡判據采用比較法，比較電壓取為我國規程建議的500 kV線路絕緣子U50%沖擊放電電壓2138 kV[6]。輸電線路采用7基桿塔模型，如圖1所示[7]。

2 輸電線路反擊耐雷水平

基于上述仿真模型，考慮沖擊電暈影響，輸電線路耐雷水平為156.61 kA，如表1所示。當雷電流幅值超過該耐雷水平時，線路將發生反擊故障。

表1 輸電線路耐雷水平仿真結果

3 雷擊桿塔塔頂時輸電線路反擊雷電過電壓特征

根據上述仿真得出的輸電線路耐雷水平，文章分別選取幅值為120 kA和165 kA的雷電流擊中A相導線側桿塔塔頂。由于雷電流幅值的不同，絕緣子兩端以及塔頂和三相導線上形成的過電壓波形將呈現不同的物理特征。

3.1 雷擊點處雷電過電壓特征

當雷電流幅值為120 kA時，由于未達到輸電線路的耐雷水平，輸電線路不會發生反擊故障，絕緣子兩端的過電壓波形基本一致。此時，絕緣子兩端的過電壓波形如圖2所示。

圖2 120 kA雷電流擊中塔頂時絕緣子兩端的過電壓

當雷電流幅值為165 kA時，由于超過了輸電線路的耐雷水平，線路將發生反擊故障，線路絕緣子發生閃絡，呈現接地故障形式。絕緣子兩端的過電壓波形如圖3所示。

3.2 塔頂及三相導線處雷電過電壓特征

當雷電流幅值為120 kA時，塔頂對地電壓幅值為2 882 kV，三相導線對地電壓波形基本重合，幅值為1 159 kV，塔頂對地電壓約為導線電壓的2.5倍，如圖4所示。

圖1 輸電線路雷擊模型

圖3 165 kA雷電流擊中塔頂時絕緣子兩端的過電壓

圖4 120 kA雷電流擊中桿塔塔頂時塔頂和三相導線的過電壓波形

當雷電流幅值為165 kA時，塔頂對地電壓幅值為3 813 kV，A相導線對地電壓為2 739 kV，B相導線對地電壓為1 429 kV，C相導線對地電壓為2 037 kV，塔頂對地電壓約為A相導線電壓的1.4倍，如圖5所示。

圖5 165 kA雷電流擊中塔頂和三相導線的過電壓波形

3.3 避雷線雷電過電壓特征

當120 kA的雷電流擊中A相導線側塔頂時，A相導線側避雷線過電壓幅值為2 882 kV，與塔頂對地電壓值相同，非雷擊側避雷線上過電壓幅值為1 951 kV，如圖6所示。

當165 kA的雷電流擊中擊A相導線側塔頂時，A相絕緣子發生閃絡，A相導線側避雷線過電壓幅值與塔頂對地電壓幅值相同，為3 813 kV；非雷擊側避雷線上過電壓幅值為2 799 kV，如圖7所示。

圖6 120 kA雷電流擊中塔頂時避雷線上過電壓波形

圖7 165 kA雷電流擊中塔頂時避雷線上過電壓波形

4 結論

（1）考慮沖擊電暈后輸電線路的反擊耐雷水平有所提高。

（2）雷擊塔頂在未發生反擊故障時，絕緣子兩端及三相導線上產生的過電壓波形基本一致，雷擊點塔頂處的對地電壓幅值遠高于三相導線上的過電壓幅值。

（3）雷擊塔頂發生反擊故障時，雷擊點處絕緣子兩端呈現接地故障形式，塔頂對地電壓幅值遠高于三相導線上過電壓幅值，三相導線上過電壓幅值也隨著距離故障點的遠近呈現逐漸減小。

（4）雷擊塔頂時，避雷線上將產生一定過電壓，雷擊側避雷線上過電壓幅值與對應塔頂對地電壓幅值相同，并高于非雷擊側。