線路雷擊鉗位保護器接地方式與不接地方式仿真分析

代立君，汪博文，李 晨，楊 霞

（1.國網陜西省電力公司安康供電公司，陜西 安康 725000；2.武漢克雷盾科技有限公司，湖北 武漢43000）

輸電線路中用到的雷擊鉗位保護器與線路絕緣子串并聯安裝，鉗位保護器的接地一般采用2 種接地方式：不接地和單獨設立接地裝置。不接地指鉗位保護器低壓端安裝到橫擔上后不接地處理，試驗研究表明，針對安康35 kV 的架空鋼筋混泥土電桿鋼筋對橫擔的雷電沖擊放電電壓約為60～180 kV，鉗位保護器動作后，一部分電流通過保護器脈沖電容，另外一部分電流很容易沿著鋼筋泄入大地，電桿的鋼筋實際上充當了鉗位保護器接地引下線和接地體的作用；單獨設置接地體接地，是指在橫擔采用金屬引下線沿著這電桿底引入大地中，或直接利用電桿中鋼筋混泥土與鉗位保護器低壓端相連，如圖1所示，2種接地體方式對鉗位保護器效果的影響體現在接地電阻大小不同，一般情況下單獨設置接地體的接地電阻要小于自然接地電阻。

圖1 接地方式

從理論分析證明，在鉗位保護器動作前，導線上的過電壓傳播過程與鉗位保護器是否接地無關，雷電過電壓超過了鉗位保護器的動作電壓后，進行高幅值削波，其余部分的殘流繼續沿著導線傳播，如圖2 所示，假設1#桿C 相鉗位保護器動作，由于鉗位保護器與絕緣子并聯安裝，絕緣子承受的過電壓始終位鉗位保護器的殘壓，只要保證了鉗位保護器的殘壓低于絕緣子的擊穿閃絡電壓，鉗位保護器可以保護絕緣子不閃絡，但是鉗位保護器接地電阻大，顯然不利于雷電能量的釋放，負面的影響是：一方面對導線上的雷電過電壓的限制效果較差，殘流繼續沿著導線傳播的雷電過電壓波幅值較大，可能還高于線路絕緣水平，引起相鄰的桿塔的絕緣子閃絡，如圖2 所示2#桿C 相所示絕緣子閃絡，另一方面引起電桿頂部A 相、C 相電位抬升較高，過電壓可能高于線路絕緣水平，引起本基電桿其他相反相擊穿閃絡，為了驗證上述分析結論采用ATP-EMTP仿真分析。

2 采用ATP-EMTP仿真分析鉗位保護器

以線路遭受直擊雷為例，仿真研究鉗位保護器采用不同的接地方式對雷擊過電壓的限制效果影響，仿真采用ATP-EMTP 軟件，仿真模型如圖3 所示；設置6 基電桿，兩側進行阻抗匹配，從左向右電桿依次排列10#、11#、12#、13#、14#，15#；假設雷擊到12#電桿與13#電桿中間B相。

圖2 鉗位保護器動作后殘流沿著線路傳播過程

圖3 鉗位保護器動作后殘流沿著線路傳播過程

2.1 仿真采用的元件參數余下

線路雷擊鉗位保護器帶串聯固定球間隙結構，則鉗位保護器U50%(-)=405 kV，U50%(+)=270 kV，鉗位保護器額定電壓UN=51 kV，則鉗位保護器本體動作伏安特性曲線如圖4所示。

圖4 鉗位保護器本體動作伏安特性曲線

線路中相高度19 m，A 相高度16 m，C 相高度16 m，等邊三角排列，A 相、C 相各偏離電桿軸線0.85 m，線路檔距150 m，導線標稱截面積185 mm2。

自然接地電阻取100 Ω；單獨設計接地電阻取值為4 Ω，電桿波阻抗取250 Ω。

雷電流峰值取10 kA，雷電通道波阻抗取1000 Ω，雷電波形取2.6/50 μs，三角波函數。

線路絕緣子雷電沖擊放電電壓為U50%(-)=405 kV，U50%(+)=270 kV。

圖5、圖6、給出了部分典型的仿真結果。

圖5 2種接地方式下被保護絕緣子承受的過電壓比較

由圖5 所知，仿真結果可見，2 種接地方式下，被保護絕緣子承受的電壓都等于鉗位保護器動作后的殘壓，接地方式并不會影響鉗位保護器對絕緣子的保護效果。

由圖5所知，仿真結果可見，采用自然接地式，鉗位保護器動作后點桿頂部電位明顯高于采用單獨設置接地體的情況，導致本基電桿其他兩相絕緣子反擊閃絡的概率增加。

圖6 2種接地方式下線路B相導線雷電過電壓比較

由圖6所知，2種接地方式下12#和13#電桿中相的過電壓均達到鉗位保護器動作電壓動，采用單獨設置接地體是11#和14#電桿中相的過電壓均沒有達到鉗位保護器動作電壓動，而自然接地是12#和13#電桿中相的過電壓則達到了鉗位保護器動作電壓動。

3 結束語

基于上述仿真研究可以得出，線路雷擊鉗位保護器無論采用自然接地方式還是采用單獨設置接地方式，在保護與之并聯的絕緣子效果是一樣的，不同之處在于，自然接地比起單獨設立接地裝置是：自然接地是本基電桿其他相以及相鄰電桿的絕緣子閃絡概率有所增加，所以工程中進行每相安裝一支雷擊鉗位保護器；每基電桿每相絕緣子均由鉗位保護器保護，因此鉗位保護器不用接地方式，既簡化安裝又可降低造成本。