220kV輸電線路反擊故障分析及防雷保護(hù)研究 電氣工程專業(yè)

摘要雷電災(zāi)害嚴(yán)重影響人們的正常生活，從設(shè)施損壞到發(fā)生大面積的停電事故，因此防雷電災(zāi)害依然是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的關(guān)鍵。根據(jù)調(diào)查顯示，雷擊事故會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果，比如說(shuō)造成輸電線路桿塔的單相閃絡(luò)，嚴(yán)重的情況下甚至?xí)a(chǎn)生兩回同跳的嚴(yán)重跳閘事故。本文根據(jù)十堰山區(qū)的特殊地形與地貌﹑復(fù)雜線路結(jié)構(gòu)等因素，采雷電事故頻繁發(fā)生，當(dāng)?shù)仉娏ο到y(tǒng)的穩(wěn)定受到嚴(yán)重威脅。在過(guò)去的五年中，該地區(qū)220kV線路多次發(fā)生雷擊閃絡(luò)事故，造成事故的原因多數(shù)為雷電所引起的桿塔反擊跳閘，這嚴(yán)重影響了十堰地區(qū)電力系統(tǒng)的安全和可持續(xù)運(yùn)行。本文研究并重現(xiàn)了該地區(qū)的兩條220kV輸電線路的故障。并對(duì)該地區(qū)的反擊耐雷性能進(jìn)行評(píng)估，采取差異化防雷為防雷準(zhǔn)則，制定防雷策略，可以有效減少該地區(qū)桿塔的跳閘率，促進(jìn)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。本文對(duì)防雷評(píng)估過(guò)程中所做的工作包括輸電線路桿塔上雷電感應(yīng)電壓的計(jì)算、雷電主要參數(shù)的詳細(xì)分析、Bergeron算法的介紹以及電磁暫態(tài)軟件EMTP中的典型模塊進(jìn)行詳細(xì)闡述，為十堰地區(qū)的220kV輸電線路反擊事故的分析與建模提供了研究方向和依據(jù)。利用EMTP電磁暫態(tài)軟件建立220kV單回與雙回輸電線路雷電反擊模型，并以數(shù)據(jù)驗(yàn)證該模型的理論可靠性，用于計(jì)算輸電線路的反擊耐雷水平。仿真結(jié)果表明，工頻電壓相位直接決定了導(dǎo)線的閃絡(luò)順序。影響塔架防雷水平的最關(guān)鍵因素是接地電阻的大小。根據(jù)測(cè)試數(shù)據(jù)，同塔雙回輸電線路的著陸電阻最佳水平是低于10Ω。高度平衡的絕緣層還可以顯著提高塔筒反擊的抗雷水平，使用不平衡的絕緣層可以防止同時(shí)發(fā)生雙回路閉合事故。關(guān)鍵詞：220kV輸電線路，桿塔，雷擊，防雷保護(hù)

AbstractLightningdisasterseriouslyaffectspeople'snormallife,fromthedamageoffacilitiestotheoccurrenceoflarge-scaleblackoutaccidents,sothepreventionoflightningdisasterisstillthekeytothesafeandstableoperationofthepowersystem.Accordingtostatistics,lightningaccidentwillnotonlycausesingle-phaseflashoveroftransmissionlinetower,butalsocauseserioustrippingaccidentoftwocircuitsatthesametime.Accordingtothespecialtopography,complexlinestructureandotherfactorsinShiyanmountainarea,lightningaccidentsoccurfrequently,andthestabilityoflocalpowersystemisseriouslythreatened.Inthepastfiveyears,lightningflashoveraccidentsoccurredmanytimeson220kVtransmissionlinesinthisarea.Mostoftheaccidentswerecausedbytowercounterattacktripcausedbylightning,whichhadabadimpactonthesafeandstableoperationofpowersysteminShiyanarea.Inthispaper,thefaultanalysisandrecurrenceoftwo220kVtransmissionlinesinthisareaarecarriedout,andthelightningresistanceperformanceoftheareaisevaluated.Thedifferentiatedlightningprotectionisadoptedasthelightningprotectioncriterion,andthelightningprotectionstrategyisformulated,whichhasreferencesignificanceforreducingthetrippingrateofthetowerinthisareaandimprovingthesafeandstableoperationofthepowersystem.Thispaperdescribestheworkdoneintheprocessoflightningprotectionassessment,includingthecalculationoflightninginducedvoltageontransmissionlinetower,thedetailedanalysisofmainlightningparameters,theintroductionofBergeronalgorithmandthetypicalmodulesofelectromagnetictransientsoftwareEMTP,whichprovidestheoreticalsupportfortheanalysisandmodelingof220kVtransmissionlinecounterattackaccidentinShiyanarea.Thelightningcounterattackmodelsof220kVsinglecircuitanddoublecircuittransmissionlinesareestablishedbyusingEMTPelectromagnetictransientsoftware,andthetheoreticalreliabilityofthemodelsisverifiedbydata,whichisusedtocalculatethelightningwithstandleveloftransmissionlines.Theinfluenceofdifferentfactorsonthelightningwithstandperformanceof220kVsingleanddoublecircuittransmissionlinesisanalyzed.Thesimulationresultsshowthatthephaseofpowerfrequencyvoltagedirectlydeterminestheorderofconductorflashover;themostcriticalfactoraffectingthelightningwithstandleveloftowercounterattackisthesizeofgroundingresistance.Accordingtothetestdata,itisconcludedthatthegroundingresistanceofdoublecircuittransmissionlineonthesametowershouldbelessthan10Ω;balancedhighinsulationcanalsosignificantlyimprovethelightningwithstandleveloftowercounterattack,andunbalancedinsulationcanavoiddoublecircuitlightningwithstandThetripaccidentoccursatthesametime.Keywords:220kVtransmissionline,tower,lightningstroke,Lightningprotection

第1章緒論1.1課題研究的背景和意義近隨著國(guó)民生活質(zhì)量的提高與社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益的日益加強(qiáng)，電力系統(tǒng)的裝機(jī)容量需增加以滿足需求，同時(shí)，國(guó)家電網(wǎng)設(shè)備的規(guī)模也在增加，因此電氣系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行是至關(guān)重要的一步。高壓輸電線路的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性是非常重要的因素，關(guān)乎到整個(gè)電力系統(tǒng)的運(yùn)作。從目前來(lái)看，在操作中，高電壓傳輸線的作用主要與自然條件，如線冰由風(fēng)和雪在冬季引起的，防止雷電直接撞擊塔架或繞過(guò)避雷線擊中輸電線等，其中雷擊事故占比和影響最大。隨著因雷擊現(xiàn)象導(dǎo)致母線跳閘事故的逐漸增多，此類問(wèn)題已成為國(guó)內(nèi)外電力工作者關(guān)心和討論的重要話題。據(jù)國(guó)家電網(wǎng)有關(guān)部門統(tǒng)計(jì)，2013年間因雷擊導(dǎo)致的線路跳閘次數(shù)約高達(dá)606次，占總事故百分比的46.3%，2015年至2018年間因雷擊導(dǎo)致的線路跳閘次數(shù)約占總事故百分比的36.2%。更嚴(yán)重的是，在輸電過(guò)程中，基于對(duì)輸電線路傳輸?shù)母咝裕嗑€電壓不斷升高，并受到架空輸電線路地形環(huán)境的限制，相應(yīng)的塔高也在增加，線路的走廊受到雷電活動(dòng)的影響。這些因素逐漸增加，增加了輸電線路的雷擊風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)其造成危害，而一旦輸電線路因雷擊造成跳閘事故時(shí)，并且重合閘無(wú)效，只能被迫停電，這將對(duì)國(guó)民生活造成不可逆的經(jīng)濟(jì)損失。而且輸電線路的檢修工作也會(huì)因天氣而滯后，造成停電時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)經(jīng)濟(jì)的損失進(jìn)一步的加重。甚至可能出現(xiàn)雷電損壞電氣設(shè)備的情況，還會(huì)威脅到護(hù)衛(wèi)人員的人身安全。中國(guó)擁有14億人口，并且正從小康社會(huì)逐步建設(shè)社會(huì)主義強(qiáng)國(guó)，社會(huì)的各方各面都在努力維護(hù)著每個(gè)人的生命財(cái)產(chǎn)安全，因此，電力的穩(wěn)定供應(yīng)是電網(wǎng)相關(guān)部門需要盡力努力維護(hù)，減少因雷擊造成的事故危害。作為湖北省西北部的主要城市之一，十堰市地處山區(qū)，具有非常復(fù)雜的地勢(shì)和地貌，同時(shí)具有氣候多變的特點(diǎn)。由于熱條件和空氣對(duì)流，其雷電活動(dòng)相對(duì)頻繁。從2015年6月到2020年6月，垸當(dāng)線和十懸線共發(fā)生6次雷擊事故，大部分為反擊事件。垸當(dāng)線與十懸線經(jīng)測(cè)量總長(zhǎng)度為98千米，根據(jù)這幾年的統(tǒng)計(jì)計(jì)算其雷擊跳閘率高達(dá)1.02次/（100km·a），這與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的跳閘率足足高了3倍多。同一鐵塔上的220kV雙回線增加了鐵塔的高度并增加了線路走廊面積，致使單回路線更容易遭受雷擊。雙回輸電路線比單回輸電線路的雷擊跳閘率高，非常大的威脅到系統(tǒng)。由于雷擊閃絡(luò)對(duì)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行造成較大的影響，必須分析十堰市山區(qū)220kV單、雙回輸電線路雷擊跳閘機(jī)制就顯得尤為重要。研究其防雷擊性能和電氣特性，然后采取針對(duì)性的措施進(jìn)行反擊防雷保護(hù)，低反擊跳閘率，以提高十堰山區(qū)輸電線路的安全性和穩(wěn)定性。防雷是對(duì)輸電線路的雷擊風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行評(píng)估，并根據(jù)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果完成相關(guān)的改進(jìn)計(jì)劃。區(qū)別雷擊保護(hù)是根據(jù)各種絕緣因素（例如絕緣配置和雷電密度）評(píng)估整個(gè)線路塔的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，找出最容易遭受雷擊的塔，并進(jìn)行有針對(duì)性的雷電保護(hù)。目前，這種防雷方法已經(jīng)在中國(guó)大部分地區(qū)推廣，并取得了優(yōu)異的效果。1.2國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀關(guān)于雷電的研究，其實(shí)早在1752年，富蘭克林就對(duì)雷電的產(chǎn)生展開(kāi)了研究，后來(lái)隨著用電設(shè)備的增多，電力系統(tǒng)不斷的擴(kuò)大，人們才開(kāi)始注意到雷電的危害有多嚴(yán)重，學(xué)者們開(kāi)始系統(tǒng)的研究，開(kāi)始時(shí)，對(duì)于電力系統(tǒng)電壓等級(jí)低，防雷設(shè)備稍加改進(jìn)就可以應(yīng)對(duì)，但是社會(huì)不斷發(fā)展，電力系統(tǒng)逐步向高電壓，跨區(qū)域的方向發(fā)展，其對(duì)防雷的研究也在逐漸深入，國(guó)內(nèi)外越來(lái)越多的科學(xué)家從事了防雷研究的工作，研究的難度也在逐漸增加，而關(guān)于高壓輸電線路的防雷，無(wú)外乎從防繞擊與反擊雷電，而防反擊雷一直是研究雙回輸電線路的熱點(diǎn)問(wèn)題，也是研究的主要內(nèi)容。李嵩在2019年提出，雷電破壞嚴(yán)重影響輸電線路供電可靠性。輸電線路的防雷性能主要由線路的抗雷程度和雷電傳播速度來(lái)衡量。他利用ATP-EMTP軟件對(duì)福建省福州市的一條220kV單回路線路進(jìn)行了仿真，建立了傳輸線仿真模型。詳細(xì)的分析了橫擔(dān)波阻抗的變化、桿塔接地電阻的變化、雷電過(guò)電壓的相位變化、避雷器的裝設(shè)、桿塔高度、絕緣子片數(shù)、輸電線路檔距、雷電流波頭長(zhǎng)度以及耦合地線與導(dǎo)線間的距離S對(duì)輸電線路的耐雷水平的影響。張恒志，扎西曲達(dá)，楊浩，吳曉睿，劉澤輝等人（2020）通過(guò)對(duì)雷擊跳閘研究發(fā)現(xiàn)，雷擊是影響輸電線路穩(wěn)定運(yùn)行的最重要因素之一。他們根據(jù)當(dāng)前的西藏電網(wǎng)帆船賽，研究了220kV線路雷電線路下的鐵塔類型，寬度，接地電阻和其他驅(qū)動(dòng)因素。以拉薩市220kV環(huán)網(wǎng)為例，對(duì)常見(jiàn)的防雷措施進(jìn)行了逐一討論。本文的研究成果可以為改造防雷線和降低雷電傳播速度提供有用的參考。宋凱，陳佳佳在2020年提出，以魯中山的220kV輸電線路為研究對(duì)象。根據(jù)電流參數(shù)，采用鐵塔的多波電阻模型模擬雷電流，輸電線路，鐵塔，絕緣子。線和雷電，然后在傳輸線上進(jìn)行雷擊模擬。在模型中。本文基于ATP-EMTP瞬態(tài)電磁分析程序，研究了線路連接和接地電阻接頭安裝對(duì)傳輸線雷電水平的影響。仿真結(jié)果顯示:輸電線路按策略分相組合加裝避雷器和降低桿塔的接地電阻可以有效保護(hù)輸電線路的安全，提升電網(wǎng)的安全經(jīng)濟(jì)效益。熊雷提出一個(gè)觀點(diǎn)，防雷系統(tǒng)在輸配電過(guò)程中起著舉足輕重的作用，由于可以合理配置防雷系統(tǒng)的配電，許多電網(wǎng)公司的防雷措施是一個(gè)令人擔(dān)憂和困擾的問(wèn)題。有效地保護(hù)線路的安全和輸配電的穩(wěn)定性，以及配電網(wǎng)的防雷保護(hù)，這與電網(wǎng)的安全性和穩(wěn)定性息息相關(guān)。因此，本文首先介紹了當(dāng)前配電網(wǎng)技術(shù)資源的技術(shù)狀況，然后研究了雷擊的類型和防雷技術(shù)，并進(jìn)行了研究，并探討了防雷網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的措施，并且在工作方面也能對(duì)員工給與一定的建議和支持。1.2.1反擊問(wèn)題研究現(xiàn)狀近些年來(lái)，國(guó)內(nèi)外相關(guān)科研工作者在研究衡量反擊的跳閘水平時(shí)，所計(jì)算的反擊跳閘率的方法也在不斷的發(fā)展，具體的計(jì)算方法如下：（1）《行標(biāo)》法類似于計(jì)算雷擊線路跳閘率，我們已經(jīng)在國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)文件DL/T620-1997中了解了用于計(jì)算過(guò)電壓偏差程度和協(xié)調(diào)電氣設(shè)備絕緣的公式。該公式是根據(jù)實(shí)際操作經(jīng)驗(yàn)得出的。這是易于理解和易于計(jì)算的。另一方面，由于該方法過(guò)于簡(jiǎn)潔，因此僅將桿塔視為等效電感器。雷電進(jìn)入地面時(shí)，無(wú)法反映塔上傳輸?shù)母鞣N反射，不計(jì)入工作電壓，因此僅適用于低電壓。具有標(biāo)稱高度的電路的線路的防雷計(jì)算與當(dāng)前的操作經(jīng)驗(yàn)具有不一致性。（2）行波法該方法避免了行標(biāo)法作為簡(jiǎn)單等效電感的缺點(diǎn)，并將其視為分布參數(shù)。將分布參數(shù)進(jìn)一步線性化為集總參數(shù)，以形成多波阻抗模型。該方法將電力系統(tǒng)設(shè)備視為等效模型，在該模型中，電阻和電感并聯(lián)，并且電氣參數(shù)與時(shí)間相關(guān)，而在行波法計(jì)算方法中，每個(gè)節(jié)點(diǎn)的電壓幅值都是與時(shí)間緊密相聯(lián)系的，將這種變化的關(guān)系繪制在圖中，用于表示絕緣子串的擊穿特性，也就是其伏秒特性，通過(guò)這種比較方法，可以對(duì)絕緣子串是否閃絡(luò)的問(wèn)題作出判斷。整個(gè)計(jì)算和仿真過(guò)程基本上恢復(fù)了雷電瞬態(tài)電壓波在桿塔上的傳播過(guò)程。上述方法是從傳輸線的Bergeron數(shù)學(xué)模型導(dǎo)出的，因此它也被稱為貝杰龍方法。（3）電磁暫態(tài)模型（EMTP）法美國(guó)科研學(xué)者研究的電磁暫態(tài)程序（EMTP）是電氣模擬領(lǐng)域中用于電力系統(tǒng)暫態(tài)過(guò)程研究最廣泛的程序。EMTP通過(guò)分析直線的Bergeron數(shù)學(xué)模型，將用于求解分布參數(shù)線波動(dòng)過(guò)程的特征線方法與用于解決集總參數(shù)電路的瞬態(tài)過(guò)程的梯形方法相結(jié)合，基于這種大規(guī)模的數(shù)值計(jì)算方法，制定出來(lái)一款應(yīng)用程序。最初的EMTP是由哥倫比亞大學(xué)的Dommel教授于1968年在BPA完成的，大約有5000條語(yǔ)句。一段時(shí)間后，WScottMeyer博士開(kāi)始了EMTP的管理和開(kāi)發(fā)。十多年來(lái)，他多次被來(lái)自美國(guó)，日本，歐洲，加拿大和南美一些國(guó)家的教授和著名的工程技術(shù)人員進(jìn)行修訂和完善。經(jīng)過(guò)這些國(guó)家許多相關(guān)部門的長(zhǎng)期實(shí)踐，他將其匯編到現(xiàn)在的程序。具有超過(guò)70，000條語(yǔ)句的大型通用程序。（4）IEEEFlash程序該程序是基于J.G.安德森理論。1993年，IEEE防雷工作組于作出了首先開(kāi)發(fā)了幾個(gè)版本的計(jì)劃，這個(gè)計(jì)算使Flash程序變成了反擊跳閘率的計(jì)算軟件，通過(guò)該程序建立模型，將輸電線路的桿塔等效為單波阻抗模型，而雷電流的模型可以使用其數(shù)值波形，利用該軟件計(jì)算時(shí)間分別在2μs和6μs的時(shí)候，該模型中輸電線路桿塔和絕緣子串的電壓幅值，并計(jì)算出導(dǎo)線此時(shí)的相位，計(jì)算出導(dǎo)線電壓。橫擔(dān)中的電勢(shì)與連接導(dǎo)線的原理相結(jié)合，以計(jì)算導(dǎo)線中產(chǎn)生的電壓。比較這兩個(gè)電壓之間的差是絕緣子鏈的電壓大小。考慮到電壓等于絕緣電纜的電阻，則模擬的雷電流是面對(duì)反擊水平耐雷水平值。（5）其他方法通過(guò)查詢大量文獻(xiàn)，作者發(fā)現(xiàn)一些學(xué)者提出了桿塔的防雷響應(yīng)電磁場(chǎng)分析方法。代表性的例子是Wagner提出的抵消場(chǎng)方法和Lundholm提出的回路方法。偏移場(chǎng)方法使用數(shù)字離散化來(lái)解決邊界條件，也就是說(shuō)，束縛電荷是可以產(chǎn)生電場(chǎng)和電流的，這種電場(chǎng)和電流會(huì)干擾束縛電荷的工作，對(duì)其電流和電場(chǎng)有干擾的作用，而這種功能實(shí)際上是為了在電場(chǎng)方向上的軸向分量。沿著閉環(huán)的電場(chǎng)的邊界條件為零，并且分析了由雷電流確定的絕緣子串兩端的電壓。通過(guò)比較可以看出，應(yīng)用電路的方法去分析遠(yuǎn)沒(méi)有使用電磁場(chǎng)論的分析方法深?yuàn)W，所以在學(xué)者們的研究中如果考慮了其他各種因素，會(huì)麻煩得多，通常都予以忽略。通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)，輸電線路絕緣子的閃絡(luò)判據(jù)，在線工頻電壓和桿塔位置對(duì)著陸位置電阻的影響是影響行進(jìn)速度的主要因素。如今，基于解決輸電線路雷電錯(cuò)誤的多年經(jīng)驗(yàn)，該程序化方法是我國(guó)輸電線路雷擊鼓掌最全面使用最多的方法之一。由于其相對(duì)便利的應(yīng)用條件，因此數(shù)據(jù)分析具有大量的數(shù)據(jù)建模應(yīng)用程序?；趪?guó)內(nèi)中壓及以上反擊雷電反擊耐雷分析和防雷設(shè)計(jì)，包括一些超高壓輸電線路，這種方法也存在缺點(diǎn)，就是計(jì)算結(jié)果有時(shí)會(huì)產(chǎn)生比較大的誤差，這種誤差主要體現(xiàn)在雷電流的建模上，計(jì)算時(shí)為了方便通常忽略了雷電流在桿塔上的波過(guò)程，而且在雷電對(duì)線路的感應(yīng)電壓計(jì)算方面也不夠準(zhǔn)確，無(wú)法模擬出真實(shí)的數(shù)值，這就導(dǎo)致計(jì)算的誤差所在。1.2.2同塔雙回線路雷擊同跳研究現(xiàn)狀在同塔多回輸電線路研究領(lǐng)域，國(guó)外應(yīng)用已經(jīng)發(fā)展到了非常成熟的階段。例如，在美國(guó)220kV線路所占的比例是47％，澳大利亞甚至達(dá)到64％，日本的土地面積較小，可以節(jié)省空間并建立四回甚至更多回輸電線路。根據(jù)研究調(diào)查顯示，雷電是引發(fā)日本出行事故的最主要原因，發(fā)生多回同跳的情況高達(dá)20-30％。近年來(lái)，在中國(guó)的某些地區(qū)，包括江蘇和廣東，在同一座鐵塔上設(shè)置雙回線路也變得很普遍。江蘇電力公司率先發(fā)展了同塔雙回輸電線路的建設(shè)，從從鴻山到荊同的220kV四回輸電線路，線路全長(zhǎng)5公里，具有跨時(shí)代的意義。同一座塔架還在中國(guó)的世界范圍內(nèi)建造了一條500kV的四回路輸電線路。傳輸線的總長(zhǎng)度約為77公里，從西安市東南部的利港起。建立相同的四回路塔式輸電線路可節(jié)省大量表面積并減少管道。因此，傳輸線，特別是高壓線的容量主要占用同一塔中的雙回路或同一塔中的多回路。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2011年以來(lái)，僅廣東就有787條220kV線路。在這些線路中，約77％是在同一塔中具有雙回路或在同一塔中具有多回路的線路。而對(duì)于超高壓等級(jí)的500kV輸電線路，占比也高達(dá)56%左右。根據(jù)研究數(shù)據(jù)分析得出，同塔雙回、多回輸電線路具有非常大的潛力，應(yīng)該作為電力建設(shè)發(fā)展的方向。而隨著這種多回電力桿塔的建設(shè)，對(duì)雷擊的預(yù)防更是增加了難度，且由于桿塔高度高，跨度長(zhǎng)，雷擊的次數(shù)也在明顯增多。根據(jù)報(bào)告，在2007年廣東地區(qū)的110kV的輸電線路上，同跳事故在跳閘總數(shù)為645次中占比達(dá)到18%左右；而到了2008年，這一比例有多所增加，在雷擊總數(shù)為650次中，同跳的次數(shù)占比了高達(dá)約21%的大小，從數(shù)據(jù)中不難看出，同跳的次數(shù)是有所增多的，在我國(guó)的其他地區(qū)也是扮演著相同的結(jié)果。放眼整個(gè)電力系統(tǒng)，高電壓等級(jí)是發(fā)展趨勢(shì)，跨區(qū)域、長(zhǎng)距離和多山區(qū)輸電也在加大對(duì)電網(wǎng)公司部門的考驗(yàn)，而由雷擊同跳引起的危害也在不斷攀升。如今，即使在我國(guó)的500kV超高壓輸電線路中，也投入了更多的資金來(lái)建造塔架電線桿本身，并且絕緣水平比這更高，并且由于事故而發(fā)生的雷擊同跳不會(huì)輕易發(fā)生。而真正受威脅的是220kV與110kV的輸電線路，對(duì)于地區(qū)來(lái)說(shuō)經(jīng)常發(fā)生跳閘事故對(duì)檢修部門以及電力系統(tǒng)造成很大的危害，解決此問(wèn)題已經(jīng)迫在眉睫。1.2.3防雷保護(hù)研究現(xiàn)狀在國(guó)內(nèi)外研究人員經(jīng)過(guò)了一段時(shí)期的探索，在輸電線路防雷中取得了一定的進(jìn)展，在其發(fā)展道路上，大致分為以下幾個(gè)部分：在1930年之前，當(dāng)時(shí)電力系統(tǒng)所建的輸電電網(wǎng)電壓等級(jí)較低，而對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)主要的危害就是感應(yīng)雷電所引起的跳閘，科學(xué)家在研究中為防止雷電所采取的主要解決方案是在傳輸線下方增加一條接地線，以將其連接至傳輸線，以降低由雷電引起的感應(yīng)電壓;在1930年之前，當(dāng)時(shí)電力系統(tǒng)所建的輸電電網(wǎng)電壓等級(jí)較低，而對(duì)于系統(tǒng)來(lái)說(shuō)主要的危害就是感應(yīng)雷電所引起的跳閘，研究人員為避免雷電引起的雷電的主要解決方案是在傳輸線下方增加一根接地線，以匹配雷電引起的電壓降低，以降低由雷電引起的感應(yīng)電壓。在1930年到1950年左右是防雷發(fā)展的第二階段，在這一階段，科研學(xué)者對(duì)防雷相關(guān)的參數(shù)進(jìn)行了統(tǒng)一整理，開(kāi)始定位110kV，220kV和更高電壓等級(jí)的高風(fēng)險(xiǎn)輸電線路的危害，并研究更安全，更可靠的防雷方法；第三階段始于1950年代，在此期間，美國(guó)電網(wǎng)接管了345kV高壓輸電線路，并發(fā)生了快速跳閘，這促使科學(xué)研究進(jìn)入了防雷統(tǒng)計(jì)領(lǐng)域，防雷的工作得到了進(jìn)一步的發(fā)展，有關(guān)防雷的分析與計(jì)算進(jìn)一步改善；從1992年到今天，伴隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的高速發(fā)展，將現(xiàn)場(chǎng)數(shù)據(jù)與建模計(jì)算相結(jié)合是未來(lái)防雷的發(fā)展趨勢(shì)。現(xiàn)今階段，對(duì)于防雷的準(zhǔn)則在科學(xué)界達(dá)到了認(rèn)同，主要方法為安裝線路避雷針、采取以下措施：增加絕緣子的數(shù)量，減小接地電阻，增加用于線路連接的地線以及安裝線路避雷針。所有這些在降低塔架阻力方面都起著重要作用。降低塔架的接地電阻是提高線路的抗雷擊能力的最重要工具之一。特別是在高土壤阻力地區(qū)，降低土壤電阻力非常重要和有效的方法，但會(huì)降低基極的電阻。結(jié)果是基極的電阻不會(huì)有太大變化。單個(gè)減小的基極電阻可能無(wú)法解決問(wèn)題，但是多種措施的組合可以提高防雷線路的耐雷水平。常見(jiàn)的組合，比如安裝線路的耦合地線或者增加絕緣子串的數(shù)量，對(duì)于防雷有很好的效果，但是缺點(diǎn)也非常明顯，一是成本問(wèn)題，而是增加的桿塔的尺寸，通常不建議。對(duì)于安裝線路避雷器，國(guó)外有過(guò)先行嘗試，在1980年左右，AEP和GE共同研發(fā)了適用于桿塔的避雷器，在實(shí)際的實(shí)驗(yàn)中取得了非常好的效果，日本也研發(fā)了適用于66kV的懸掛式絕緣子，用于防雷，效果也非常顯著。近些年來(lái)，中國(guó)也在開(kāi)發(fā)適用于各種電壓等級(jí)的線路避雷裝置，線路的ZnO避雷器，得到了國(guó)內(nèi)玩研究人員的認(rèn)可，如果是在復(fù)雜地形的山區(qū)，安裝輸電線路時(shí)配備防雷裝置會(huì)起到非常重要的放雷作用，從整個(gè)防雷體系的研發(fā)來(lái)看，我國(guó)都是采取了發(fā)生事故后進(jìn)行修理的辦法，這對(duì)于輸電線路的危害非常大，且浪費(fèi)了很多人力物力，并且在實(shí)際中取得的效果也是反響平平。在開(kāi)始的研究中，我國(guó)關(guān)于雷電的研究起步較晚，在科學(xué)技術(shù)上的局限性非常明顯，數(shù)據(jù)不全面。但是現(xiàn)今階段，計(jì)算機(jī)飛速發(fā)展，科研學(xué)者們可以實(shí)時(shí)共享著數(shù)據(jù)，為科研的進(jìn)步增添了新階梯。在2008年，我國(guó)電力部門提出了一項(xiàng)重要的防雷策略，即差異化的防雷措施。當(dāng)前的雷電傳輸工作已經(jīng)發(fā)展到了新的階段。汪翔（2019）指出，隨著我國(guó)電力事業(yè)不斷發(fā)展，對(duì)于社會(huì)發(fā)展，日常生活等多個(gè)方面產(chǎn)生了極其重要的影響。在電力工業(yè)不斷發(fā)展的同時(shí)，變電站也起著重要的作用。它的主要功能是增加發(fā)電機(jī)的電力，并將其返回高壓電網(wǎng)。110kV變電站是我國(guó)電網(wǎng)中最主要的構(gòu)成部分，在日常供電時(shí)，不僅能夠滿足日常用電需求，同時(shí)也能保證用電安全。并且從重要性角度來(lái)看，在電力事業(yè)中有著其他設(shè)備難以替代的重要性。如果發(fā)生故障或問(wèn)題，它將在整個(gè)電網(wǎng)中造成重大損失，并在能耗過(guò)程中造成不穩(wěn)定或安全隱患。因此在設(shè)計(jì)過(guò)程中必須保證其具有合理性，同時(shí)還需要有效的防控外部因素所帶來(lái)的影響。本文主要是對(duì)于變電站的應(yīng)用情況進(jìn)行簡(jiǎn)單的闡述，隨后在這個(gè)基礎(chǔ)上分析出110kV變電站在工作過(guò)程中，如何采用有效的措施，提高其防雷電能力，并且談一談應(yīng)當(dāng)加強(qiáng)設(shè)計(jì)規(guī)范雷電保護(hù)等主要措施，希望將來(lái)能夠?yàn)樽冸娬镜目沙掷m(xù)發(fā)展提供標(biāo)準(zhǔn)。劉鏡新（2019）表明，隨著現(xiàn)代化的不斷發(fā)展，糧食供應(yīng)對(duì)人們?cè)絹?lái)越重要，因此確保配電網(wǎng)線路的安全性和可靠性非常重要。我們?cè)诠╇姺矫嬗龅搅艘恍├щy。最明顯的是自然對(duì)能源供應(yīng)的影響。雷電就是其中不可避免的原因之一。截止目前為止，保護(hù)雷電不受配電網(wǎng)影響一直是頭等大事。由于配電網(wǎng)線路快如閃電，配電網(wǎng)快如閃電，因此長(zhǎng)時(shí)間停電頻繁發(fā)生造成了許多經(jīng)濟(jì)損失；因此，本文探討了如何防止配電網(wǎng)中的防雷和防雷系統(tǒng)。1.3雷電的形成雷電的過(guò)程指的是:雷暴云是暴風(fēng)雨期間出現(xiàn)的一種烏云。當(dāng)帶不同電荷的云受到產(chǎn)生雷電和閃電影響的云時(shí)，通常是一個(gè)通用術(shù)語(yǔ)。當(dāng)云中的水滴爆炸形成隔板時(shí)，較大的水滴帶正電，而較小的水滴帶負(fù)電。測(cè)量數(shù)據(jù)表明，正電荷通常分布在云層的頂部，負(fù)電荷分布在云層的底部，正電荷和負(fù)電荷的混合區(qū)域位于云層的中間。暴風(fēng)雨的平均電場(chǎng)強(qiáng)度是連續(xù)降雨之前，暴風(fēng)雨來(lái)臨時(shí)之前，在40V/cm之前的最大電場(chǎng)強(qiáng)度。釋放地面風(fēng)暴通常涉及幾個(gè)重復(fù)的排放過(guò)程，每個(gè)排放可分為兩個(gè)階段：先導(dǎo)放電與主放電。暴風(fēng)雨過(guò)后，它的負(fù)載會(huì)累積在多個(gè)帶電中心，并且它們之間的負(fù)載數(shù)量也存在一定的不同。由于長(zhǎng)氣體真空中的熱電離過(guò)程，發(fā)射通道后方的先導(dǎo)發(fā)射在發(fā)射通道后方形成了一個(gè)高速移動(dòng)傳導(dǎo)通道。當(dāng)在某個(gè)點(diǎn)不再有電荷時(shí)，并且在足以達(dá)到破壞空氣絕緣作用力的電場(chǎng)的旁邊，分離開(kāi)始的空氣，即原始的絕緣狀態(tài)，以進(jìn)行更改過(guò)程的這一部分導(dǎo)管的導(dǎo)體不間斷。使這一部分由原來(lái)的絕緣狀態(tài)變?yōu)閷?dǎo)電性的通道的過(guò)程，這是分階段進(jìn)行的。每個(gè)試驗(yàn)階段的開(kāi)發(fā)速度都很快，但平均速度卻較慢，約為光速的1/1000。因?yàn)樗看伟l(fā)展到一定長(zhǎng)度時(shí)都會(huì)發(fā)展出平均間隔。分層引燃是因?yàn)橐脊苤械目諝獠皇呛軓?qiáng)并且電導(dǎo)率相對(duì)較差。雷雨要花一些時(shí)間才能減輕。當(dāng)管道的水頭負(fù)荷增加并且電場(chǎng)超過(guò)地面中的自由空氣時(shí)，先導(dǎo)將持續(xù)運(yùn)行下去。雷電先導(dǎo)的發(fā)展與一定的高度有關(guān)。地面上的目標(biāo)會(huì)創(chuàng)建一個(gè)先導(dǎo)，該先導(dǎo)會(huì)上升并由雷電先導(dǎo)開(kāi)始定位過(guò)程。感應(yīng)電荷出現(xiàn)在地面上食物主體的上部，這會(huì)增加局部電場(chǎng)。運(yùn)河試驗(yàn)的發(fā)展將繼續(xù)成為所產(chǎn)生費(fèi)用的重點(diǎn)。發(fā)展之間。因此，排放通道的發(fā)展是有方向的，即閃電是有選擇性的。使球通道具有方向特性的上述高度稱為定向高度。當(dāng)先導(dǎo)通道的頭部與符號(hào)相反的焦點(diǎn)之間的距離太小時(shí)，引燃通道的一端可能會(huì)產(chǎn)生地面雷暴云，而另一端可能會(huì)產(chǎn)生地面電勢(shì)，剩余的空氣間隙中會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的電場(chǎng)，導(dǎo)致空氣間隙立刻游離，分離后產(chǎn)生的正電荷和負(fù)電荷將分別向上和向下移動(dòng)，中和先導(dǎo)通道與被擊物的電荷，然后開(kāi)始第二個(gè)放電階段，即主放電階段。放電階段的主要時(shí)間非常短，大約為50-100μs，移動(dòng)速度是光速的1/20-1/2，在主要放電中，電流可以達(dá)到數(shù)千安培，最大可以達(dá)到200。-300kA。當(dāng)主下載到達(dá)云時(shí)，這意味著主下載階段已完成。當(dāng)殘留在雷云中的電荷繼續(xù)下降到主放電通道時(shí)，稱為亮度后的放電階段。亮度放電可持續(xù)長(zhǎng)達(dá)0.03-0.15秒，電流僅為幾百安培。由于雷暴云中可能有多個(gè)負(fù)載中心，因此有許多云排放，并且沿著原始排放通道，此時(shí)不對(duì)駕駛員進(jìn)行評(píng)估，但它會(huì)不斷發(fā)展。雷電電壓和雷電電流的產(chǎn)生。從研究其影響的角度來(lái)看，雷電現(xiàn)象可以認(rèn)為是通過(guò)風(fēng)道插入雷擊點(diǎn)的客波，在碰到電線后向左分裂。并沿著正確的道路繼續(xù)前進(jìn)。除了電流浪涌，還有一些電壓波傳播者會(huì)形成電磁波，并以接近光速的速度傳播。當(dāng)雷電擊中塔頂時(shí)，塔腳的接地電阻非常低，因此會(huì)發(fā)生反射現(xiàn)象。如果電阻為0，則塔頂不會(huì)出現(xiàn)對(duì)地電壓。在這一點(diǎn)上，電壓行波改變其極性，然后從原始通道反射，并且正負(fù)偏移以確保塔頂處的零電位狀態(tài)。與此相反，反射的行進(jìn)電壓波會(huì)產(chǎn)生一個(gè)移動(dòng)波，捕獲正電流并返回負(fù)電流，其結(jié)果相當(dāng)于使電流增加一倍。于是他從電塔上跳下來(lái)，關(guān)掉了電壓，電流翻了一番。當(dāng)然，由于接地電阻不會(huì)為零，因此這種轉(zhuǎn)換可能并不完美，并且此時(shí)整個(gè)R上的電壓降接地電阻也會(huì)導(dǎo)致潛在的避雷針相對(duì)于地面接地，因此行進(jìn)電壓波出現(xiàn)，同時(shí)帶有一個(gè)電流行波。但是，由于接地電阻R通常只有1-20Ω，因此，在該避雷針中產(chǎn)生的實(shí)際行波是非常微乎其微的。因此，我們通常在塔架頂部或使用雷電電磁棒測(cè)量的雷電流已經(jīng)包含了該理論反射，因此，我們測(cè)量的雷電流通常是常用的雷電流。1.4本論文完成的主要工作在本文的研究工作中，分析主要是基于以下幾個(gè)方面：（1）使用ATP-EMTP瞬態(tài)仿真程序創(chuàng)建模型，并分析了模型仿真系統(tǒng)，以對(duì)十堰油田典型的220kV輸電線路進(jìn)行反擊仿真，并在數(shù)據(jù)上計(jì)算了該輸電線路的耐雷等級(jí)。（2）對(duì)建立完善的仿真模型對(duì)十堰地區(qū)的垸當(dāng)線輸電線路與十懸線輸電線路的事故進(jìn)行系統(tǒng)分析，整合數(shù)據(jù)，并根據(jù)數(shù)據(jù)對(duì)發(fā)生了事故的桿塔進(jìn)行事故復(fù)現(xiàn)。（3）檢查影響輸電線路防雷性能的因素。接地電阻，相序調(diào)整和其他因素都會(huì)對(duì)反擊耐雷性能產(chǎn)生影響。并根據(jù)不同的故障制定了不同的防雷措施。（4）十堰地區(qū)山區(qū)線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，結(jié)合電力公司提供的數(shù)據(jù)，對(duì)垸當(dāng)線與十懸線輸電線路全線桿塔的反擊耐雷效果進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，結(jié)合電網(wǎng)公司提出的差異化防雷保護(hù)策略，制定了不同的改造方案。

第2章反擊計(jì)算模型和方法2.1反擊計(jì)算模型中典型模塊2.1.1雷電流模型下圖2-1所示的雙指數(shù)具體表現(xiàn)了標(biāo)準(zhǔn)雷電電流波形，在圖中如圖示，T1為波前時(shí)間，T2也半峰值時(shí)間。對(duì)于T1和T2這兩個(gè)參數(shù)，測(cè)量結(jié)果是一致的。波頭長(zhǎng)度近似取2μs-2.5μs，防雷的波前時(shí)間建議取2.6μs，波長(zhǎng)取為50μs。陡度可以認(rèn)為是I/2.6。.圖2-1雷電波形圖雷電電流的表達(dá)式如公式（2-1）所示，由A，a和b代表雷電流的波形可確定三個(gè)常數(shù)。 （2-1）在表達(dá)式中，IL為雷電流峰值，kA。2.1.2桿塔模型反擊可以理解為，雷電電流擊中塔架頂部以增加塔架頂部的電勢(shì)，并且隨著絕緣線兩端電壓的升高，雷電波向下傳播并最終引起閃絡(luò)。結(jié)果表明，準(zhǔn)確模擬雷電流在輸電線路反擊計(jì)算中非常重要，因此更精準(zhǔn)的模擬桿塔模型就顯得至關(guān)重要，對(duì)其計(jì)算結(jié)果的影響舉足輕重。除了桿塔模型外，還有一個(gè)重要因素就是雷電流波在桿塔中的傳播速度，雷電流傳播過(guò)程中受到桿塔的橫桿和支架的影響，光速大于雷電波在塔架縱向方向上的表觀傳播速度。同時(shí)，該模型考慮了橫擔(dān)和支架的支撐，并且光速可以用來(lái)代替塔中的雷電速度。此外，無(wú)論流經(jīng)塔架的雷電流所消耗的能量如何，都可以簡(jiǎn)化計(jì)算模型。在本文檔中，無(wú)損分布參數(shù)線段用于模擬塔架支撐線。模擬過(guò)程中不考慮參數(shù)的頻率特性，并且將特性阻抗替換為常數(shù)，Bergeron方法的適用性可以通過(guò)該方法進(jìn)行編程實(shí)現(xiàn)。圖2-2所示的桿塔計(jì)算模型即是采用多波阻抗無(wú)損分布參數(shù)計(jì)算的。桿塔用橫擔(dān)Z、主干Z和支架Z三個(gè)部分的分布參數(shù)來(lái)表示，Rch為桿塔的沖擊接地電阻，圖2-3所示即為桿塔的結(jié)構(gòu)等效模型。圖2-2桿塔計(jì)算模型圖2-3桿塔結(jié)構(gòu)等效圖橫擔(dān)波阻抗的計(jì)算為： （k=1，2，3） （2-2）式中，hk為橫擔(dān)高度；rAK為橫擔(dān)等值半徑。主干波阻抗的計(jì)算公式表達(dá)為：（k=1，2，3） （2-3）公式中的計(jì)算表示為： （2-4）電流波塔通過(guò)導(dǎo)體整個(gè)時(shí)間較長(zhǎng)，因此將配電線段支架的長(zhǎng)度設(shè)置為干線長(zhǎng)度的1.5倍，以此反映電流波在桿塔結(jié)構(gòu)中的傳播延遲性，支架之間的等效波阻抗計(jì)算如下：（k=1，2，3） （2-5） 2.1.3輸電線路模型由于雷擊發(fā)生時(shí)間極短，且雷電具有具有隨機(jī)性的特點(diǎn)，因此往往需要根據(jù)分析對(duì)雷擊的計(jì)算做出針對(duì)性的假設(shè)。對(duì)于單相導(dǎo)線而言更容易在雷電發(fā)生時(shí)與下行先導(dǎo)連接，并且該相導(dǎo)線感應(yīng)電壓在其他相上進(jìn)行相比較低，因此分析雷電擊中的某一相即可。等效傳輸線電路模型具有連續(xù)換位模型（Clarke）和非換位線模型（KCLee）。在此計(jì)算中，傳輸線采用單相無(wú)損模型（JMarti）。模擬濾波技術(shù)的應(yīng)用在于固定變頻傳輸線的本質(zhì)。取決于線路參數(shù)的變化，該模式可以隨頻率的變化而反映出來(lái)，這又會(huì)影響電磁瞬變過(guò)程。雷擊瞬間產(chǎn)生的電暈損耗將導(dǎo)致雷電波的衰減和變形，然后，隨著過(guò)電壓的降低，電暈逐漸消失但是沒(méi)有模型可以精確地模擬電暈對(duì)傳輸線的影響。在計(jì)算本文的模型時(shí)，無(wú)論電暈受到何種影響，計(jì)算結(jié)果對(duì)于傳輸線的安全運(yùn)行都是有用的。2.1.4絕緣子串模型在生活中，雷電流75%~90%為負(fù)極性雷。當(dāng)負(fù)雷擊電流擊中塔，一個(gè)大的負(fù)電荷將在雷電通道，這將很快在中央桿塔進(jìn)行中和生成，并在土地正電荷的雷擊。在電波作用下，由于避雷針之間的連接，鐵塔的高電位迅速上升，并且線電壓也增加。當(dāng)電壓增加時(shí)，導(dǎo)線中也會(huì)出現(xiàn)極性與耦合電壓相反的感應(yīng)過(guò)電壓。因此，不能忽略電線極性的工作電壓本身對(duì)絕緣線兩端的過(guò)電壓的影響，絕緣線的閃絡(luò)是由這些電壓分量的共同作用引起的，這增加了絕緣線兩端的電壓。因此，在塔頂?shù)臎_擊中，絕緣子過(guò)電壓包括四個(gè)分量：橫臂過(guò)載分量，導(dǎo)線耦合電壓分量，導(dǎo)線感應(yīng)過(guò)電壓分量和工頻過(guò)載分量。當(dāng)使用交叉臂電壓和耦合電壓選擇Bergeron的等效電路時(shí)，可以得出結(jié)論，過(guò)電壓的這四個(gè)分量迅速將絕緣線的電壓達(dá)到最高值，然后迅速下降，繼續(xù)振蕩直到雷擊結(jié)束。同一塔和塔中的雙回路傳輸線可能同時(shí)發(fā)生雙回路事故。必須記錄絕緣子鏈的閃絡(luò)電壓和閃絡(luò)時(shí)間以及其他參數(shù)。（1）桿塔絕緣子串閃絡(luò)原理?xiàng)U塔絕緣子串過(guò)電壓計(jì)算公式表達(dá)為： （2-6）該公式中：Vins(t)為絕緣子串過(guò)電壓分量，kV；Vcr(t)為橫擔(dān)電壓分量，kV；Vpf(t)為工頻電壓分量，kV；Vi(t)為感應(yīng)電壓分量，kV；Vco(t)為耦合電壓分量，kV；以相交法用作確定絕緣子鏈?zhǔn)欠裨陂W絡(luò)標(biāo)準(zhǔn)。方法指的是當(dāng)以伏秒曲線的特性切斷隔離鏈的過(guò)電壓的波形時(shí)，可以判斷為閃絡(luò)。通過(guò)這種方法獲得的結(jié)果已經(jīng)通過(guò)操作經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證，并且與當(dāng)前情況基本一致。圖2-4是用于確定絕緣子串的閃絡(luò)示意圖，時(shí)間t2是絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)的時(shí)間。圖2-4閃絡(luò)時(shí)刻判定（2）桿塔絕緣子串閃絡(luò)模型圖2-5顯示了本文中使用的模塊。TACS是EMTP程序的時(shí)域仿真模塊。它可以用作控制系統(tǒng)，以輸入電流斷路器，斷路器狀態(tài)，市電電壓源和市電模型中的一些內(nèi)部變量，然后將TACS輸出信號(hào)用作電壓源，也可以用來(lái)打開(kāi)或關(guān)閉控制設(shè)備。圖2-5EMTP中TACS部分主要組件（3）模擬桿塔絕緣子串閃絡(luò)圖2-6顯示了由TACS開(kāi)關(guān)組合表示的絕緣子串閃絡(luò)模型。當(dāng)從TACS接收到的雷電波超過(guò)某個(gè)值時(shí)，52號(hào)電平動(dòng)作控制開(kāi)關(guān)閉合，模擬絕緣子串閃絡(luò)，并將結(jié)果輸出為正。此時(shí)，64號(hào)最小/最大跟蹤器將保持該值，如果保持不變，則TACS開(kāi)關(guān)可以在閉合后保持?jǐn)嚅_(kāi)狀態(tài)，以模擬絕緣線過(guò)程中其他相的精確閃絡(luò)。圖2-6絕緣子串閃絡(luò)模型在本文中，絕緣子串閃絡(luò)判定準(zhǔn)則是基于IEC60071-4推薦的相交方法。如圖2-7所示曲線為絕緣子串的伏秒特性經(jīng)歸一化處理所得，通過(guò)函數(shù)擬合220kV絕緣子串正放電的伏秒特性的指數(shù)函數(shù)公式（2-7）實(shí)現(xiàn)。 （2-7）圖2-7絕緣子串伏秒特性歸一化曲線2.2雷電感應(yīng)過(guò)電壓計(jì)算方法感應(yīng)過(guò)電壓的研究在世界范圍內(nèi)尚已成熟，研究者們對(duì)感應(yīng)過(guò)電壓是如何產(chǎn)生的機(jī)理的認(rèn)知也基本統(tǒng)一。當(dāng)塔頂被雷擊時(shí)，感應(yīng)的過(guò)電壓將出現(xiàn)在導(dǎo)體中。感應(yīng)過(guò)電壓由靜電和電磁成分組成。電磁成分的影響微弱且可忽略，而靜電成分的影響大。在雷電的下行先導(dǎo)發(fā)展階段，由于電線處于雷電下行先導(dǎo)通道和大地形成的混合電場(chǎng)中，當(dāng)雷電流為負(fù)時(shí)，下行先導(dǎo)的發(fā)展過(guò)程推動(dòng)了正向。在引導(dǎo)通道周圍產(chǎn)生連接的負(fù)載，并且導(dǎo)線上的負(fù)電荷被與閃電電極相同的電壓拉動(dòng)，并且電壓波在兩側(cè)移動(dòng)并最終流向地面。雷電波的傳播過(guò)程非?？欤虼穗妷悍岛芨?，該電壓波是感應(yīng)電壓的靜電成分。發(fā)生主放電的上部和下部的導(dǎo)頻下降后，使正和負(fù)電荷被迅速中和，圍繞所述排放通道的磁場(chǎng)，從而改變完全，并且所述磁場(chǎng)穿過(guò)導(dǎo)體和接地電路。將在頂部產(chǎn)生一個(gè)高度感應(yīng)的電動(dòng)勢(shì)，這又將產(chǎn)生強(qiáng)制性的電磁過(guò)電壓分量，該電磁分量較靜電分量，只有約后者的1/5，一般情況下可忽略。同一電磁場(chǎng)的突然變化將產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓，并且產(chǎn)生的感應(yīng)過(guò)電壓將具有兩個(gè)分量，即靜電分量和電磁分量，并且出現(xiàn)點(diǎn)的時(shí)間不同。在正常情況下，可以認(rèn)為主放電通道和導(dǎo)線彼此垂直，耦合很弱，產(chǎn)生的電磁感應(yīng)也很弱，因此可以忽略感應(yīng)過(guò)電壓的電磁成分。本文介紹了這四種忽略計(jì)算中電磁成分的方法。2.2.1國(guó)外關(guān)于感應(yīng)電壓的計(jì)算方法我們?cè)O(shè)桿塔、避雷線、導(dǎo)線的高分別為h，hg和hc，導(dǎo)線中心到桿塔的長(zhǎng)度為a。因?yàn)楦袘?yīng)過(guò)電壓基本不會(huì)影響桿塔的等效半徑ri，所以我們可以看成桿塔較薄處半徑。分裂導(dǎo)線的處理首先要進(jìn)行集中和重新分散。如式（2-8）所示，方波電流的速度為βc（c為光速），時(shí)間從圓柱坐標(biāo)的原點(diǎn)（即上行先導(dǎo)的前端）向上傳播。我們可以使用鏡像分析法，對(duì)大地進(jìn)行建模，將其看成一個(gè)無(wú)限的平面。上行先導(dǎo)長(zhǎng)度是擊距的一半，rs為擊距取6.72I，如果該點(diǎn)在實(shí)際電流范圍內(nèi)，則產(chǎn)生的電勢(shì)為： （2-8）在鏡像電流的作用范圍內(nèi)，P點(diǎn)的電位表達(dá)式為： （2-9）P點(diǎn)如果處于實(shí)電流波與鏡像電流波的共同范圍之內(nèi)，那么產(chǎn)生的電位則是前兩者的和。使用平均電位法就可得出其電位 （2-10）式中：，，。運(yùn)用這種方式，我們就可以計(jì)算出避雷線的電位為 （2-11）式中：，由于實(shí)際輸電線路中，避雷線雷線和桿塔都接地，與大地相連接電位為零，并且在下行先導(dǎo)趨于地面的整個(gè)過(guò)程中都會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電荷，在耦合作用下，感應(yīng)電荷產(chǎn)生新的電壓，并作用在導(dǎo)線上?？梢灾辣芾拙€與導(dǎo)線間的耦合系數(shù)Cg，通過(guò)校正系數(shù)，可以算出桿塔與導(dǎo)線的耦合效應(yīng)，具體為：?jiǎn)胃芾拙€計(jì)算公式表達(dá)為 （2-12）雙根避雷線計(jì)算公式表達(dá)為 （2-13）作用于絕緣子的雷電波電流電壓為： （15）根據(jù)之前求得的雷電波感應(yīng)電壓，可以通過(guò)卷積分獲得任意雷電波形的感應(yīng)電壓，其中，雷電波形有兩個(gè)斜角波表示，設(shè)波前時(shí)間和半峰時(shí)間分別為tf、th，則雷電流斜角波表達(dá)式為： （2-16）式中：，。雷電波相應(yīng)則為 （1-17）因此，設(shè)雷電電流波感應(yīng)電壓為v(t)，則有： （2-18）圖2-8桿塔模型及參數(shù)2.2.2武漢大學(xué)感應(yīng)電壓方法經(jīng)過(guò)武漢大學(xué)與武高的共同研究，得出這樣一個(gè)公式： （2-19）式中：I為雷電流幅值；hc、hg分別為導(dǎo)線與避雷線對(duì)地的平均高度；k0為導(dǎo)、地線間的耦合系數(shù)。2.2.3國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)推薦的感應(yīng)電壓方法國(guó)標(biāo)推薦感應(yīng)電壓分量為： （2-20）式中：，，則是表示為反擊時(shí)的感應(yīng)電壓分量（kV）；i為雷電流瞬時(shí)值（kA）；a為雷電流陡度（kA/μs）；kβ為主放電速度與光速c的比值；hT為地線在桿塔處的懸掛高度（m）；hc。t為導(dǎo)線在桿塔處的懸掛高度；hc。av為導(dǎo)線對(duì)地平均高度（m）；ht。ac為地線對(duì)地平均高度（m）；dT為雷擊桿塔時(shí)迎面先導(dǎo)的長(zhǎng)度（m）；k0為地線和導(dǎo)線間的耦合系數(shù)。2.3導(dǎo)線耦合過(guò)電壓計(jì)算方法我們可以對(duì)避雷線和導(dǎo)線進(jìn)行建模，將其當(dāng)作一個(gè)多導(dǎo)體系統(tǒng)，由多根平行導(dǎo)線組成。在閃電擊中桿塔的瞬間，閃電帶來(lái)的電流將沿著避雷針?lè)较?，而避雷線感受到電流后，感應(yīng)電壓隨即發(fā)生變化。在導(dǎo)線的耦合作用下，將出現(xiàn)耦合電壓分量。由于導(dǎo)線的閃絡(luò)，導(dǎo)線絕緣子的閃絡(luò)會(huì)對(duì)其他導(dǎo)線產(chǎn)生耦合電壓分量。根據(jù)Maxwell的方程組，由建模后的多導(dǎo)體系統(tǒng)，令每根導(dǎo)線都與地面平行，設(shè)它們的電位為V1,V2…Vn，在每根導(dǎo)體上流過(guò)的電流為i1、i2、…in，他們之間的計(jì)算關(guān)系如下：我們可以令兩根避雷線感應(yīng)的電勢(shì)分別是v1,v2，則其相線通過(guò)的電流則為i1、i2，在Bergeron等效模型中，可以計(jì)算出一個(gè)值，在不受工作電流的作用時(shí)，即未閃絡(luò)的導(dǎo)體電流記錄為0，下面將詳細(xì)描述用于解決閃絡(luò)相線的電勢(shì)和電流的方法。因此，在等式（2-23）中，電流是唯一的未知量，并且可以容易地獲得?？梢酝ㄟ^(guò)將電流矢量代入公式（2-23）來(lái)獲得耦合電位?？梢杂?jì)算出導(dǎo)線i的自波阻抗和導(dǎo)線i與相線j的互波阻抗，具體見(jiàn)公式2-24與2-25 （2-24） （2-25）式中：是第i根導(dǎo)線的平均高度；是第i根導(dǎo)、地線的半徑與等效半徑，當(dāng)導(dǎo)線i為n分裂導(dǎo)線時(shí)，我們可以通過(guò)此公式來(lái)計(jì)算等效半徑，其中，R表示分裂導(dǎo)線的外接圓半徑，r表示子導(dǎo)線半徑；Dij表示向?qū)Ь€i與j的鏡像距離；dij表示向?qū)Ь€i與j的距離。2.4本章小結(jié)本章介紹了雙指數(shù)函數(shù)雷電電流模型、鐵塔等效波阻抗的計(jì)算方法和使用EMTP軟件計(jì)算輸電線路雷電過(guò)電壓與耐雷水平的計(jì)算方法。通過(guò)對(duì)emtp中經(jīng)典模塊的研究，并通過(guò)建模，得到桿塔反擊耐雷性能的模型。對(duì)國(guó)標(biāo)、武漢大學(xué)等有關(guān)雷電感應(yīng)過(guò)電壓的算法，以及導(dǎo)線與相線的過(guò)電壓耦合電壓的計(jì)算。

第3章220kV輸電線路事故分析及復(fù)現(xiàn)十堰市是湖北省的一個(gè)地級(jí)市，地勢(shì)和地貌復(fù)雜，山區(qū)氣候多變。由于熱條件和空氣對(duì)流，其雷電活動(dòng)相對(duì)頻繁。近幾年來(lái)雷擊事故頻繁發(fā)生，據(jù)十堰供電公司統(tǒng)計(jì)近幾年十堰市220kV線路設(shè)備雷擊事件，如表3-1。本章主要對(duì)2020年事故桿塔，包括垸當(dāng)線34號(hào)桿塔，十懸線135號(hào)和136號(hào)桿塔發(fā)生的事故進(jìn)行分析，搜集桿塔數(shù)據(jù)以及發(fā)生雷擊時(shí)的雷擊電流等資料，并用電磁暫態(tài)軟件EMTP進(jìn)行仿真分析，對(duì)事故進(jìn)行復(fù)現(xiàn)，已達(dá)到理論和實(shí)際的統(tǒng)一結(jié)合。表3-1十堰市220kV線路設(shè)備雷擊事故跳閘統(tǒng)計(jì)年份201520162017201820192020次數(shù)2044043.1故障桿塔信息及事故情況概述3.1.1垸當(dāng)線故障基本情況在2015至2020年期間，垸當(dāng)線所屬線路共發(fā)生3次雷擊故障，其所屬桿塔為34#、26#、55#。（1）34號(hào)桿塔故障情況時(shí)間為2017年6月23日，垸當(dāng)輸電線路34號(hào)桿塔雷擊故障電流為135.5kA，發(fā)生故障相為下、中同跳。圖3-1-134號(hào)桿塔放電痕跡（2）26號(hào)桿塔故障情況時(shí)間為2017年7月4日，垸當(dāng)線A、B相雙回輸電線路雙套差保護(hù)動(dòng)作，開(kāi)關(guān)自動(dòng)跳閘，未自動(dòng)重合，經(jīng)過(guò)現(xiàn)場(chǎng)探查，在A、B相的絕緣子發(fā)現(xiàn)了放電印跡。（3）55號(hào)桿塔故障情況時(shí)間為2017年11月4日，垸當(dāng)線55號(hào)桿塔發(fā)生跳閘事故，經(jīng)查詢，故障雷電流為95.2kA。3.1.2十懸線故障基本情況在2015年至2020年，十懸線一共發(fā)生3次雷擊故障，雷害桿塔分別為3#、135#和136#。（1）3號(hào)桿塔故障情況2015年7月23日，十懸線的3#發(fā)生雷擊故障，經(jīng)過(guò)計(jì)算，故障電流為94.6kA，故障為線路下相。（2）135號(hào)桿塔故障情況時(shí)間為2017年7月3日，十懸線135號(hào)桿塔C相發(fā)生雷擊故障，造成絕緣子串閃絡(luò)，在雷電定位系統(tǒng)的檢測(cè)下，發(fā)現(xiàn)雷擊點(diǎn)位于山頂，導(dǎo)致跳閘發(fā)生的主要原因?yàn)榻^緣不合格。圖3-1-2135號(hào)桿塔放電痕跡（3）136號(hào)桿塔故障情況時(shí)間為2020年6月17日，十懸線136號(hào)桿塔在雷電流為119.4kA下發(fā)生閃絡(luò)故障，閃絡(luò)相為上、下兩相。3.2桿塔塔形及參數(shù)表3-2桿塔塔形及參數(shù)塔號(hào)塔型塔質(zhì)桿型塔高（m）檔距(m)地形地貌接地電阻測(cè)量值（Ω）接地電阻設(shè)計(jì)要求值Ω垸當(dāng)線34號(hào)ZM2鐵塔直線塔42.5308山地1810十懸線135號(hào)SZ2鐵塔直線塔45407山地1711十懸線136號(hào)SZ2鐵塔直線塔37352山地1610十堰供電公司所屬垸當(dāng)線34號(hào)桿塔和十懸線135、136號(hào)桿塔一些主要參數(shù)如表3-2所示，LGJ300/40導(dǎo)線，材質(zhì)為鋼芯鋁絞線，是雙分裂導(dǎo)線，最大破壞張力的24%取為實(shí)際運(yùn)行的張力；JLB40/150避雷線，取實(shí)際運(yùn)行張力為破壞張力最高值的0.18；接地體材質(zhì)為圓鋼，采用放射式排列方式。接地體按照規(guī)定的接地電阻運(yùn)行，使用螺栓與輸電線路桿塔連接。3.3故障仿真分析及仿真結(jié)果在雷雨天時(shí)，若閃電擊中，塔架相導(dǎo)體雷擊引起的輸電線路過(guò)電壓可引起單相、雙回單相甚至多相導(dǎo)體絕緣子閃絡(luò)事故，為準(zhǔn)確分析垸當(dāng)線以及十懸線的雷擊閃絡(luò)事故，對(duì)事故桿塔需采取事故復(fù)現(xiàn)，在現(xiàn)有的桿塔數(shù)據(jù)以及供電公司所提供的雷電流大小，結(jié)合電磁暫態(tài)軟件EMTP計(jì)算桿塔的反擊耐雷水平。3.3.1垸當(dāng)線34號(hào)桿塔仿真研究垸當(dāng)34號(hào)桿塔，塔型ZM2，導(dǎo)線相序?yàn)閎ac，桿塔和實(shí)地拍攝如下圖。圖3-2桿塔結(jié)構(gòu)圖圖3-3桿塔兩側(cè)通道使用atp-emtp軟件，通過(guò)建模，得到單回輸電路的模型，如圖3-4，并在此過(guò)程中，使用精確的數(shù)據(jù)以便于減小誤差。出現(xiàn)故障時(shí)，34號(hào)桿塔導(dǎo)線相位為330°，根據(jù)得出的模型，當(dāng)傳輸電流為97000A時(shí)，將造成C相閃絡(luò)，波形圖見(jiàn)3-5；當(dāng)傳輸電流增至134000A時(shí)，將造成BC兩相一起閃絡(luò)，波形圖見(jiàn)3-6；而傳輸電流增至171000A時(shí)，將ABC三相共同發(fā)生閃絡(luò)，綜上所述，我們可以得出34號(hào)桿塔反擊耐雷水平，單向?yàn)?7000A，兩相為134000A，三相為171000A。圖3-4單回線路反擊仿真模型圖3-5圖3-634號(hào)桿塔在134kA雷電電流下兩相閃絡(luò)3.3.2十懸線135號(hào)桿塔仿真研究十懸線其135號(hào)桿塔，塔型為SZ2，I回導(dǎo)線相序?yàn)锽AC，II回相序?yàn)锽AC，桿塔施工圖，現(xiàn)場(chǎng)實(shí)拍圖如3-7、3-8、3-9所示。圖3-7SZ2桿塔結(jié)構(gòu)圖圖3-8桿塔現(xiàn)場(chǎng)圖圖3-9桿塔兩側(cè)通道使用軟件進(jìn)行擬合，雙回輸電線路如下圖所示：圖3-10雙回線路反擊仿真模型在EMTP軟件中通過(guò)設(shè)置雷電流的大小進(jìn)行仿真分析，十懸線135號(hào)桿塔在遭雷擊時(shí)刻導(dǎo)線相位為0°，其所遭受的單回以及雙回跳閘事故如3-11，3-12所示。通過(guò)分析，可以得出得到下表傳輸電流I=105000AI回輸電路C相發(fā)生閃絡(luò)傳輸電流I=119000AI回C相遇II回C相都發(fā)生閃絡(luò)因此，我們可以135號(hào)桿塔的耐雷水平，單相為104000A，雙相為118000A。a135號(hào)桿塔I回C相閃絡(luò)b135號(hào)桿塔II回不閃絡(luò)圖3-11135號(hào)桿塔在105kA雷電流下發(fā)生單相閃絡(luò)a135號(hào)桿塔I回C相閃絡(luò)b135號(hào)桿塔II回C相閃絡(luò)3-12135號(hào)桿塔在119kA雷電流下發(fā)生兩相閃絡(luò)3.3.3十懸線136號(hào)桿塔仿真研究結(jié)合EMTP軟件進(jìn)行事故復(fù)現(xiàn)，仿真的結(jié)果如圖3-13，根據(jù)仿真過(guò)程分析得到下表：a136號(hào)桿塔I回AB相閃絡(luò)b136號(hào)桿塔II回AB相閃絡(luò)圖3-13136號(hào)桿塔117kA雷電留下發(fā)生雙回四相閃絡(luò)3.4本章小結(jié)本章使用atp-emtp軟件，通過(guò)建模，得到單雙回輸電路的模型，并對(duì)十堰地區(qū)垸當(dāng)線34號(hào)桿塔單回輸電線路故障情況和十懸線135號(hào)桿塔以及136號(hào)桿塔雙回輸電線路故障發(fā)生情況進(jìn)行仿真分析與事故復(fù)現(xiàn)，最終得到在閃電擊中時(shí)，桿塔的反擊耐雷水平，有如下結(jié)論：（1）34號(hào)桿塔在導(dǎo)線相位為330°，接地電阻為18Ω，當(dāng)傳輸電流為97000A時(shí)，將造成C相閃絡(luò)；當(dāng)傳輸電流增至134000A時(shí)，將造成BC兩相一起閃絡(luò)：電流繼續(xù)增至171000A時(shí)，ABC三相發(fā)生閃絡(luò)。（2）135號(hào)桿塔在導(dǎo)線相位為0°，接地電阻為17Ω，傳輸電流為105000A時(shí)造成I回C相閃絡(luò)；傳輸電流增至119000A，將造成I回C相II回C相同時(shí)閃絡(luò)。（3）136號(hào)桿塔在接地電阻為16Ω，當(dāng)傳輸電流為117000A時(shí)，I回輸電線路AB兩相II回AB相發(fā)生閃絡(luò)事故。

第4章雷擊220kV線路桿塔閃絡(luò)影響因素分析本章會(huì)繼續(xù)對(duì)垸當(dāng)線、十懸線桿塔進(jìn)行分析，通過(guò)atp-emtp軟件進(jìn)行建模，并探究影響輸電線路耐雷水平的4個(gè)因素，即桿塔接地電阻、工頻電壓分量、導(dǎo)線相序的排列順序、安裝并聯(lián)間隙，從而分析這四個(gè)條件對(duì)絕緣子串閃絡(luò)時(shí)雷電流的幅值和閃絡(luò)相的影響。4.1桿塔接地電阻在上述4個(gè)影響因素當(dāng)中，桿塔接地電阻的影響程度最大。當(dāng)雷擊中桿塔后，避雷線和相導(dǎo)線分流能力較弱，等效波阻抗遠(yuǎn)大于桿塔接地電阻，因此絕大部分電流經(jīng)桿塔散流入地。然而，極大的瞬時(shí)電流作用于桿塔的接地電阻，而產(chǎn)生極大的電勢(shì)差，這將提高桿塔上的橫擔(dān)電位，進(jìn)而作用于絕緣子，使其兩端電壓劇增。因此，為了研究線路的耐雷水平，我們還需要考慮接地電阻的影響。以十懸線135號(hào)同塔雙回線路采取垂直同名BAC的排列方式作為研究對(duì)象，得出不同桿塔接地電阻對(duì)應(yīng)的線路耐雷水平，仿真結(jié)果如圖4-1所示。圖4-1由上圖可知：（1）桿塔接地電阻與輸電線路反擊耐雷水平反相關(guān)，桿塔接地電阻越大時(shí)，輸電線路的耐雷水平越低；桿塔接地電阻越小時(shí)，輸電線路耐雷水平越高。當(dāng)接地電阻從5Ω增至20Ω時(shí)，單相、兩相、三相的耐雷水平都降低了約50%。接地電阻持續(xù)增大時(shí)，曲線斜率降低，耐雷水平的降速逐漸減緩。這是因?yàn)闀簯B(tài)雷電流在接地電阻較大時(shí)形成電壓降，電壓降越大則會(huì)抬高各橫擔(dān)電位，從而增加絕緣子兩端電壓，閃絡(luò)現(xiàn)象更容易發(fā)生；（2）由圖4-1的三條曲線可知，在相同接地電阻的條件下，三相耐雷水平最高，其次是兩相耐雷水平，最后是單相耐雷水平。當(dāng)接地電阻為5Ω時(shí)，三相耐雷水平為240kA，兩相耐雷水平為200kA，單相耐雷水平為176kA。因此，桿塔接地電阻對(duì)耐雷水平的影響狠大，可以降低接地電阻，從而提高耐雷水平。同時(shí)在同塔單回的電路傳輸過(guò)程中，為了避免山頂、塔型較高或兩側(cè)檔距較大的桿塔遭受雷擊，應(yīng)使桿塔接地電阻盡量小于10Ω。4.2工頻電壓4.2.1工頻電壓分析在雷電災(zāi)害過(guò)程中，線路的雷擊閃絡(luò)情況主要是受雷擊瞬間的工頻電壓分量和導(dǎo)線相序排列方式兩個(gè)因素決定，本章從此切入，研究工頻電壓改變時(shí)，雙回輸電線路耐雷水平及絕緣子的閃絡(luò)順序有何變化，并對(duì)工頻電壓進(jìn)行分析，解決怎樣影響線路累計(jì)閃絡(luò)這一問(wèn)題。閃電擊中導(dǎo)線時(shí)，絕緣子端電壓由三部分構(gòu)成；（1）雷電沿導(dǎo)線分流產(chǎn)生的電勢(shì)差。雷擊桿塔后電流沿桿塔和接地電阻散流入地，易在橫擔(dān)上產(chǎn)生較大的過(guò)電壓，與大地零電勢(shì)構(gòu)成電壓差；（2）感應(yīng)電壓分量。在放電的瞬間，輸電線路將感應(yīng)到與閃電極性相反的電荷，從而構(gòu)成感應(yīng)電壓分量；（3）工頻電壓分量。工頻電壓與電壓的極性和相位有關(guān)。當(dāng)雷電流極性取為負(fù)時(shí)，絕緣子橫擔(dān)側(cè)電壓會(huì)低于導(dǎo)線側(cè)，同時(shí)感應(yīng)電壓與雷云極性相反為正極性。分析閃電的降落過(guò)程，在閃電擊中桿塔時(shí)，絕緣子兩端的實(shí)際電壓=∑電壓分量。為進(jìn)一步分析反擊過(guò)程中工頻電壓對(duì)導(dǎo)線閃絡(luò)的影響程度，以垸當(dāng)線34號(hào)桿塔作為對(duì)象，分別進(jìn)行如下計(jì)算：絕緣子兩端電壓，其余三種電壓分量，并對(duì)絕緣子沖擊耐壓水平進(jìn)行比較，其結(jié)果如表4-1所示。表4-1雷擊桿塔時(shí)各電壓分量的大小電壓分量忽略感應(yīng)和工頻電壓時(shí)絕緣子兩端電壓差（A）/kV感應(yīng)電壓（B）/kV工頻電壓（C）/kV絕緣子兩端的實(shí)際電壓值/kV絕緣子沖擊耐壓水平/kV上相B1156238-1641175中相A1178192013481630下相C12011431641453最大差值4595328277據(jù)表可知：（1）雷電流幅值等于100000A時(shí)，C相導(dǎo)線絕緣子兩端的實(shí)際電壓是1453000V，為三者中最大值，最接近絕緣子的沖擊耐壓（即閃絡(luò)電壓）1630kV。沖擊雷電流等于120000A時(shí)，先是下相C兩端的絕緣子出現(xiàn)閃絡(luò)；（2）在三個(gè)電壓分量中，沿導(dǎo)線并聯(lián)引起的電位差是影響絕緣子閃絡(luò)的重要因素。當(dāng)閃電擊中桿塔時(shí)，電流沿著接地電阻流向地面，當(dāng)接地電阻較大時(shí)，經(jīng)常會(huì)造成橫擔(dān)上較大過(guò)電壓的情況，與大地零電勢(shì)構(gòu)成電壓差，其值占絕緣子沖擊耐壓值的75%以上；（3）決定導(dǎo)線閃絡(luò)順序的主要因素是什么呢？答案是工頻電壓值的大小，及時(shí)工頻電壓在三者之中占的比重很小，但由于工頻電壓相位為周期變化的原因，導(dǎo)致三相中兩相間的差最大超過(guò)了300kV，這將作用于絕緣子的閃絡(luò)順序。例如，當(dāng)相位為90°時(shí)，A相導(dǎo)線的工頻電壓為正弦波峰的峰值，繼而會(huì)導(dǎo)致中相代替下相導(dǎo)線率先發(fā)生閃絡(luò)。（4）三相中上相導(dǎo)線和雷云距離相近，故感應(yīng)電壓分量最大，這也是上相導(dǎo)線更易發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象的原因。4.2.2工頻相位分析上述仿真結(jié)果說(shuō)明，導(dǎo)線閃絡(luò)的先后順序是隨相位發(fā)生周期性的變化，雷擊發(fā)生瞬間工頻電壓相位是影響導(dǎo)線閃絡(luò)順序的重要因素。如果在感應(yīng)電壓和工頻電壓下，絕緣子兩端電壓差被忽略，只計(jì)算工頻電壓相位對(duì)絕緣子閃絡(luò)現(xiàn)象的影響時(shí)，絕緣子閃絡(luò)的順序會(huì)根據(jù)三相電壓的波形改變，如下圖所示。圖4-2三相導(dǎo)線的工頻電壓由三相正弦波形圖可知，但僅考慮工頻電壓分量時(shí)，工頻電壓幅值最高的一相導(dǎo)線，其絕緣子率先發(fā)生閃絡(luò)，在以60°劃分的6個(gè)周期內(nèi)，每相閃絡(luò)的次數(shù)占整個(gè)過(guò)程的三分之一。表4-1單相閃絡(luò)順序隨相位變化情況工頻相位角30-90°90-150°150-210°210-270°270-330°330-30°閃絡(luò)相A相B相C相當(dāng)傳輸電流極大時(shí)，將導(dǎo)致雙回線路產(chǎn)生兩相、三相、四相對(duì)地短路。第三章通過(guò)仿真復(fù)現(xiàn)結(jié)果可知：在220kV的雙回線路，會(huì)發(fā)生兩相閃絡(luò)。例工頻初始相位為0時(shí)，十懸線135號(hào)桿塔率先發(fā)生閃絡(luò)的為2C和1C；而出現(xiàn)多相對(duì)地閃絡(luò)現(xiàn)象時(shí)，閃絡(luò)導(dǎo)線仍為同名相。因此仍需探究在忽略感應(yīng)電壓和絕緣子兩端電壓差后，雙回線路的多相閃絡(luò)順序和周期性工頻電壓之間的聯(lián)系，仿真結(jié)果如下表所示：表4-3導(dǎo)線多想閃絡(luò)順序工頻相位角30-90°90-150°150-210°210-270°270-330°330-30°閃絡(luò)相1A相B相C相閃絡(luò)相2A-CA-BB-AB-CC-BC-A其中，閃絡(luò)相1為單相對(duì)地閃絡(luò)；閃絡(luò)相2為三相或四相閃絡(luò)。例如，工頻相角在30-90°之間時(shí)，先是兩回線路中A相導(dǎo)線閃絡(luò)，當(dāng)相位增大時(shí)，閃絡(luò)相轉(zhuǎn)移至C相，相位繼續(xù)增大到150°時(shí)，則由A-C相閃絡(luò)逐漸變?yōu)锳-B相閃絡(luò)。依據(jù)上表可在忽略導(dǎo)線高度差時(shí)，準(zhǔn)確判斷實(shí)際線路的雷擊閃絡(luò)規(guī)律，分析得到不同電壓相位下的故障閃絡(luò)相。4.2.3雙回同跳分析以135號(hào)桿塔為例，假設(shè)接地電阻等于15Ω，利用前文所述模型對(duì)0-360°范圍內(nèi)共12種相位下的耐雷水平和閃絡(luò)相進(jìn)行分析，結(jié)果如下所示：表4-4工頻相位角/°0306090120150180210240270300330閃絡(luò)相（單相）2C2A2B2C閃絡(luò)相（兩相）1C2C1V2A1A2A1A2B1B2A1B2B1C2C圖4-3工頻相位和耐雷水平的關(guān)系圖4-4三種導(dǎo)線相序排列方式由仿真結(jié)果可知：（1）耐雷水平的波動(dòng)和工頻相位存在一定的關(guān)系，單相和兩相在發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象時(shí)，耐雷水平的變化規(guī)律具有周期性，就兩相的變化趨勢(shì)而言，其并沒(méi)有單相明顯，究其原因主要是，導(dǎo)線的閃絡(luò)順序隨工頻相位的變化而變化，組合種類也不同；（2）兩相閃絡(luò)時(shí)的結(jié)果與上述閃絡(luò)順序不同。在雷擊過(guò)程中由于中下層相線距離避雷線的幾何位置較遠(yuǎn)，耦合能力弱進(jìn)而導(dǎo)致感應(yīng)電壓較低，增大了絕緣子兩端的電勢(shì)差，提高了被擊穿的風(fēng)險(xiǎn)，所以兩相閃絡(luò)時(shí)一般為中下層相線，仿真結(jié)果仍需進(jìn)一步校對(duì)。4.3導(dǎo)線布置方式圖4-4所示的雙回輸電線路的導(dǎo)線相序有三種排列方式，(其中方式一為雙回全對(duì)稱的同相序排列方式)，以接地電阻等于10Ω時(shí)為例，在考慮工作電壓相位角的前提下，對(duì)三種導(dǎo)線布置進(jìn)行了仿真。雖然各導(dǎo)線參數(shù)和塔型高度的不同使電壓分量有一定差異，仿真結(jié)果和第三章結(jié)論有略微不同，但不難發(fā)現(xiàn)導(dǎo)線相序的排列方式是決定絕緣子兩端電壓分量大小的重要因素，它不但影響絕緣子的閃絡(luò)順序，也決定了輸電線路的耐雷水平。下面以十懸線135號(hào)桿塔為研究對(duì)象，分析雙回輸電線路相序排列方式與耐雷水平、閃絡(luò)相之間的影響，如表4-7至4-9所示，分別在同一坐標(biāo)軸內(nèi)繪制三種方式在單相和兩相閃絡(luò)時(shí)的耐雷水平曲線，如圖4-5、4-6所示。表4-5方式1下的仿真結(jié)果工頻相位角/°0306090120150180210240270300330閃絡(luò)相（單相）1C1A1B1C閃絡(luò)相（兩相）1C2C1A2A1A2B1B2A1B2B1C2C表4-6方式2下的仿真結(jié)果工頻相位角/°0306090120150180210240270300330閃絡(luò)相（單相）2C2A2B2C閃絡(luò)相（兩相）1A2A1C2A1A2A1A2B1B2A1B2B1C2C表4-7方式3下的仿真結(jié)果工頻相位角/°0306090120150180210240270300330閃絡(luò)相（單相）1C1A2A2B1B1C閃絡(luò)相（兩相）1C2C1A2A1B2B1C2C1B2C1C2C圖4-5三種排列方式下單向閃絡(luò)時(shí)耐雷水平表4-8三種排列方式下的耐雷水平值排列方式最大值最小值平均值單向閃絡(luò)兩相閃絡(luò)單向閃絡(luò)兩相閃絡(luò)單向閃絡(luò)兩相閃絡(luò)110910510111410511021151071041161091123113105103114108114由上表可知：（1）135號(hào)桿塔在三種相序排列方式下發(fā)生閃絡(luò)時(shí)，單相、兩相的耐雷水平，不論是最大值，最小值還是平均值均維持恒定，可知相序排列方式對(duì)耐雷水平影響不大，可忽略其影響因素；（2）相序排列方式的不同對(duì)閃絡(luò)造成的影響不同，例如工頻相位角等于270°，三種模式下塔架的閃絡(luò)相分別為1c2c、1c2b和1b2c，這是由于避雷線及率先發(fā)生閃絡(luò)的那一相會(huì)與其他非故障相之間進(jìn)行耦合作用，進(jìn)而導(dǎo)致導(dǎo)線的閃絡(luò)順序存在差異。下表和條形圖反映了在一個(gè)周期內(nèi)，三種排列方式下各層橫擔(dān)上層導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)的次數(shù)及總反擊跳閘率與雙回同跳之間的聯(lián)系，在相同周期內(nèi)，兩相閃絡(luò)平均出現(xiàn)八次，總共二十四次。圖4-712種相位下的閃絡(luò)次數(shù)表4-9三種方式下的反擊跳閘率排列方式總反擊跳閘率雙回同跳率比例％10.02730.007226.420.02840.00712530.02820.007325.94.4安裝并聯(lián)間隙安裝這個(gè)并聯(lián)間隙是很需要技巧的，它主要的原理就是要用一對(duì)金屬屬性的電極（又稱招弧角或引弧角），將它并聯(lián)在一個(gè)絕緣子串的兩端，就可以了構(gòu)成一個(gè)保護(hù)的間隙。當(dāng)雷擊到了桿塔的時(shí)候，此時(shí)沖擊所釋放的電壓，他是要小于那個(gè)絕緣子串所釋放的電壓的；而且率先放電的還是并聯(lián)間隙，在電動(dòng)力和熱浮力等外界環(huán)境的影響下，進(jìn)而就會(huì)產(chǎn)生短路，會(huì)釋放電壓的電弧，同時(shí)它會(huì)沿著距離絕緣子串越來(lái)越遠(yuǎn)的方向進(jìn)行不斷偏移，最終在并聯(lián)間隙的電擊棒端部停止下來(lái)，并還會(huì)充分的燃燒，直至跳閘，才完全的熄滅。由于存在這個(gè)并聯(lián)間隙，這樣就使處于絕緣子處的電弧從近端流向遠(yuǎn)處，也就避免了它會(huì)損壞的情況，同時(shí)還可以保證系統(tǒng)在重合閘的時(shí)候的成功率；這樣就減小重大事故的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，也提高了整個(gè)輸電線路的水平，這個(gè)針對(duì)的是抗雷方面。把并聯(lián)間隙這個(gè)東西分別加裝在單線回路、雙線回路和第二回線路相上；然后通過(guò)仿真就可以得到220kV的同塔雙回輸電線路反擊閃絡(luò)相以及耐雷水平。如表4-10和柱形圖所示。表4-10三種并列間隙安裝方式下發(fā)生不同相閃絡(luò)的結(jié)果安裝方式閃絡(luò)相單相兩相三相四相未添加避雷器C2C2，C1C1，C2，A1C1，C2，A2，A1在單回路率先閃絡(luò)的相上安裝一個(gè)并聯(lián)間隙C2C2，A1C1，C2，A1C2，C1，A2，B1在雙回路率先閃絡(luò)的相上安裝一個(gè)并聯(lián)間隙C2C2，C1C1，C2，A1C1，C2，A2，A1在第二回線路各相加裝并聯(lián)間隙C2C2，A2C2，A2，A1C2，A2，A1，CI圖4-8在單回路率先閃絡(luò)的相上安裝一個(gè)并聯(lián)間隙時(shí)的耐雷水平圖4-9在雙回路率先閃絡(luò)的相上安裝一個(gè)并聯(lián)間隙時(shí)的耐雷水平通過(guò)圖和表，對(duì)這個(gè)進(jìn)一步分析并比較，得出了安裝不同組數(shù)的并聯(lián)間隙就會(huì)有不同的耐雷水平，說(shuō)明并聯(lián)間隙和雙回電路的耐雷水平有關(guān)。并且利用前文所用到的仿真模型，就可以得到其對(duì)應(yīng)的反擊的耐雷水平。如柱形圖4-9所示?？梢钥闯觯涸谠O(shè)備上加裝一個(gè)并聯(lián)間隙就會(huì)使安裝的相的耐雷水平，就可以得到非常有效的降低，且可以使該相預(yù)先進(jìn)行閃絡(luò)，此閃絡(luò)相與其余健全相之間的耦合能力就會(huì)變?nèi)?，降低絕緣子兩端的實(shí)際電壓差，其余的幾相的耐雷水平，也會(huì)會(huì)有非常明顯的提高。但反擊耐雷水平并不是和并聯(lián)間隙的安裝組數(shù)成正比，有一定局限性，且不是越多越好，而是視實(shí)際情況而定。圖4-10在第2回線路的各相上夾裝上安裝一個(gè)并聯(lián)間隙時(shí)的耐雷水平圖4-11四種不同的安裝方式對(duì)反擊耐雷水平的影響4.5本章小結(jié)在本章中，是以垸當(dāng)線桿塔和十懸線作為研究的對(duì)象。并且利用EMTP這個(gè)方法，對(duì)影響耐雷水平的四個(gè)因素進(jìn)行有效的分析，通過(guò)改變桿塔的條件，其中有是否加裝并聯(lián)間隙、接地電阻、工頻相位角、工作電壓等條件，來(lái)對(duì)不同情況下，線路發(fā)生閃絡(luò)的作用結(jié)果，對(duì)這個(gè)結(jié)果進(jìn)行相關(guān)的討論，得出以下結(jié)論：（1）閃絡(luò)雷電流會(huì)隨著桿塔的接地電阻變化而變化，若接地的電阻增加，那么閃絡(luò)雷電流就會(huì)減小，他們是一個(gè)負(fù)相關(guān)的關(guān)系。當(dāng)把接地的電阻從5Ω增加至20Ω的時(shí)候，發(fā)生的單相閃絡(luò)的平均的雷電流降低了48%；發(fā)生的雙相閃絡(luò)的平均的雷電流降低了46%；發(fā)生的三相閃絡(luò)的平均的雷電流降低了47%。因此，表明在接地的電阻上，形成的電壓降得越大，則會(huì)抬高各個(gè)橫擔(dān)的電位，增加了絕緣子的兩端電壓，也增加了閃絡(luò)被擊穿的風(fēng)險(xiǎn)。（2）工頻電壓的大小與導(dǎo)線閃絡(luò)的順序有關(guān)，并且還是主要的決定因素，雖然在三者之中，工頻電壓所占的比例不大，但由于工頻電壓相位為周期變化致使其中兩相間的差值最大超過(guò)300kV，在很大程度上影響了絕緣子閃絡(luò)的順序。（3）相的順序的排列方式，這幾乎對(duì)耐雷水平?jīng)]有影響，所以幾乎可以完全的忽略其的影響；但相序排列方式仍會(huì)對(duì)具體閃絡(luò)相產(chǎn)生影響，這是由于避雷線及率先發(fā)生閃絡(luò)的那一相會(huì)與其他非故障相之間進(jìn)行耦合作用，通過(guò)這個(gè)進(jìn)而會(huì)導(dǎo)致一些問(wèn)題，其中最重要的就是導(dǎo)線的閃絡(luò)順序是存在一定的差異。（4）在相上加裝避雷器，會(huì)使得安裝相的時(shí)候，其的耐雷水平會(huì)明顯的升高，以此避免了安裝相時(shí)發(fā)生閃絡(luò)，同時(shí)也使得其他的相，在絕緣子的兩端電壓，會(huì)有不同程度上的降低，因此耐雷水平也會(huì)有一定的提升。但并聯(lián)間隙的安裝組數(shù)有一定局限性，且不是越多越好，而是視實(shí)際情況而定。

第5章輸電線路的反擊防雷的改造方案與風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估十堰地區(qū)近幾年事故嚴(yán)重，需對(duì)其實(shí)施防雷改造措施，以加強(qiáng)輸電線路的耐能性能，減少雷擊事故的發(fā)生。本章節(jié)將結(jié)合該地區(qū)輸電線路信息、導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)、絕緣性能、地閃密度和雷電活動(dòng)，以此來(lái)計(jì)算出電路的反擊耐雷的水平，并且依據(jù)每一個(gè)基桿塔，來(lái)進(jìn)行對(duì)其的防雷性能的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估。把差異化的防雷作為改造的依據(jù)，以此來(lái)對(duì)需要改造的線路，制定相應(yīng)有效的規(guī)則，并且進(jìn)行分析其的實(shí)際的效果。5.1改造方案目前防雷改造方案主要應(yīng)對(duì)不同的桿塔針對(duì)其耐雷性能不同采取差異化的技術(shù)進(jìn)行改造。差異化技術(shù)可以有效的對(duì)雷電活動(dòng)不同，輸電線路信息差異，桿塔絕緣配置不同等因素采取不同的應(yīng)對(duì)策略。具體的措施為，對(duì)十堰地區(qū)五條輸電線路計(jì)算其反擊跳閘率，根據(jù)反擊閃絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估方法確定，每基桿塔的風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)，采取差異化改造措施，這樣的方法既保證了輸電線路的安全穩(wěn)定性，又很大程度上節(jié)約了改造成本。防雷改造方案的具體步驟為：1）對(duì)輸電線路的信息進(jìn)行整理，包括桿塔信息，