220kV输电线路反击故障分析及防雷保护研究 电气工程专业

摘要雷电灾害严重影响人们的正常生活，从设施损坏到发生大面积的停电事故，因此防雷电灾害依然是电力系统安全稳定运行的关键。根据调查显示，雷击事故会产生严重的后果，比如说造成输电线路杆塔的单相闪络，严重的情况下甚至会产生两回同跳的严重跳闸事故。本文根据十堰山区的特殊地形与地貌﹑复杂线路结构等因素，采雷电事故频繁发生，当地电力系统的稳定受到严重威胁。在过去的五年中，该地区220kV线路多次发生雷击闪络事故，造成事故的原因多数为雷电所引起的杆塔反击跳闸，这严重影响了十堰地区电力系统的安全和可持续运行。本文研究并重现了该地区的两条220kV输电线路的故障。并对该地区的反击耐雷性能进行评估，采取差异化防雷为防雷准则，制定防雷策略，可以有效减少该地区杆塔的跳闸率，促进电力系统的安全稳定运行。本文对防雷评估过程中所做的工作包括输电线路杆塔上雷电感应电压的计算、雷电主要参数的详细分析、Bergeron算法的介绍以及电磁暂态软件EMTP中的典型模块进行详细阐述，为十堰地区的220kV输电线路反击事故的分析与建模提供了研究方向和依据。利用EMTP电磁暂态软件建立220kV单回与双回输电线路雷电反击模型，并以数据验证该模型的理论可靠性，用于计算输电线路的反击耐雷水平。仿真结果表明，工频电压相位直接决定了导线的闪络顺序。影响塔架防雷水平的最关键因素是接地电阻的大小。根据测试数据，同塔双回输电线路的着陆电阻最佳水平是低于10Ω。高度平衡的绝缘层还可以显着提高塔筒反击的抗雷水平，使用不平衡的绝缘层可以防止同时发生双回路闭合事故。关键词：220kV输电线路，杆塔，雷击，防雷保护

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章绪论1.1课题研究的背景和意义近随着国民生活质量的提高与社会经济效益的日益加强，电力系统的装机容量需增加以满足需求，同时，国家电网设备的规模也在增加，因此电气系统的稳定运行是至关重要的一步。高压输电线路的运行稳定性和安全性是非常重要的因素，关乎到整个电力系统的运作。从目前来看，在操作中，高电压传输线的作用主要与自然条件，如线冰由风和雪在冬季引起的，防止雷电直接撞击塔架或绕过避雷线击中输电线等，其中雷击事故占比和影响最大。随着因雷击现象导致母线跳闸事故的逐渐增多，此类问题已成为国内外电力工作者关心和讨论的重要话题。据国家电网有关部门统计，2013年间因雷击导致的线路跳闸次数约高达606次，占总事故百分比的46.3%，2015年至2018年间因雷击导致的线路跳闸次数约占总事故百分比的36.2%。更严重的是，在输电过程中，基于对输电线路传输的高效性，相线电压不断升高，并受到架空输电线路地形环境的限制，相应的塔高也在增加，线路的走廊受到雷电活动的影响。这些因素逐渐增加，增加了输电线路的雷击风险，对其造成危害，而一旦输电线路因雷击造成跳闸事故时，并且重合闸无效，只能被迫停电，这将对国民生活造成不可逆的经济损失。而且输电线路的检修工作也会因天气而滞后，造成停电时间长，对经济的损失进一步的加重。甚至可能出现雷电损坏电气设备的情况，还会威胁到护卫人员的人身安全。中国拥有14亿人口，并且正从小康社会逐步建设社会主义强国，社会的各方各面都在努力维护着每个人的生命财产安全，因此，电力的稳定供应是电网相关部门需要尽力努力维护，减少因雷击造成的事故危害。作为湖北省西北部的主要城市之一，十堰市地处山区，具有非常复杂的地势和地貌，同时具有气候多变的特点。由于热条件和空气对流，其雷电活动相对频繁。从2015年6月到2020年6月，垸当线和十悬线共发生6次雷击事故，大部分为反击事件。垸当线与十悬线经测量总长度为98千米，根据这几年的统计计算其雷击跳闸率高达1.02次/（100km·a），这与国家标准规定的跳闸率足足高了3倍多。同一铁塔上的220kV双回线增加了铁塔的高度并增加了线路走廊面积，致使单回路线更容易遭受雷击。双回输电路线比单回输电线路的雷击跳闸率高，非常大的威胁到系统。由于雷击闪络对系统的安全稳定运行造成较大的影响，必须分析十堰市山区220kV单、双回输电线路雷击跳闸机制就显得尤为重要。研究其防雷击性能和电气特性，然后采取针对性的措施进行反击防雷保护，低反击跳闸率，以提高十堰山区输电线路的安全性和稳定性。防雷是对输电线路的雷击风险进行评估，并根据风险评估结果完成相关的改进计划。区别雷击保护是根据各种绝缘因素（例如绝缘配置和雷电密度）评估整个线路塔的风险等级，找出最容易遭受雷击的塔，并进行有针对性的雷电保护。目前，这种防雷方法已经在中国大部分地区推广，并取得了优异的效果。1.2国内外研究现状关于雷电的研究，其实早在1752年，富兰克林就对雷电的产生展开了研究，后来随着用电设备的增多，电力系统不断的扩大，人们才开始注意到雷电的危害有多严重，学者们开始系统的研究，开始时，对于电力系统电压等级低，防雷设备稍加改进就可以应对，但是社会不断发展，电力系统逐步向高电压，跨区域的方向发展，其对防雷的研究也在逐渐深入，国内外越来越多的科学家从事了防雷研究的工作，研究的难度也在逐渐增加，而关于高压输电线路的防雷，无外乎从防绕击与反击雷电，而防反击雷一直是研究双回输电线路的热点问题，也是研究的主要内容。李嵩在2019年提出，雷电破坏严重影响输电线路供电可靠性。输电线路的防雷性能主要由线路的抗雷程度和雷电传播速度来衡量。他利用ATP-EMTP软件对福建省福州市的一条220kV单回路线路进行了仿真，建立了传输线仿真模型。详细的分析了横担波阻抗的变化、杆塔接地电阻的变化、雷电过电压的相位变化、避雷器的装设、杆塔高度、绝缘子片数、输电线路档距、雷电流波头长度以及耦合地线与导线间的距离S对输电线路的耐雷水平的影响。张恒志，扎西曲达，杨浩，吴晓睿，刘泽辉等人（2020）通过对雷击跳闸研究发现，雷击是影响输电线路稳定运行的最重要因素之一。他们根据当前的西藏电网帆船赛，研究了220kV线路雷电线路下的铁塔类型，宽度，接地电阻和其他驱动因素。以拉萨市220kV环网为例，对常见的防雷措施进行了逐一讨论。本文的研究成果可以为改造防雷线和降低雷电传播速度提供有用的参考。宋凯，陈佳佳在2020年提出，以鲁中山的220kV输电线路为研究对象。根据电流参数，采用铁塔的多波电阻模型模拟雷电流，输电线路，铁塔，绝缘子。线和雷电，然后在传输线上进行雷击模拟。在模型中。本文基于ATP-EMTP瞬态电磁分析程序，研究了线路连接和接地电阻接头安装对传输线雷电水平的影响。仿真结果显示:输电线路按策略分相组合加装避雷器和降低杆塔的接地电阻可以有效保护输电线路的安全，提升电网的安全经济效益。熊雷提出一个观点，防雷系统在输配电过程中起着举足轻重的作用，由于可以合理配置防雷系统的配电，许多电网公司的防雷措施是一个令人担忧和困扰的问题。有效地保护线路的安全和输配电的稳定性，以及配电网的防雷保护，这与电网的安全性和稳定性息息相关。因此，本文首先介绍了当前配电网技术资源的技术状况，然后研究了雷击的类型和防雷技术，并进行了研究，并探讨了防雷网络系统的措施，并且在工作方面也能对员工给与一定的建议和支持。1.2.1反击问题研究现状近些年来，国内外相关科研工作者在研究衡量反击的跳闸水平时，所计算的反击跳闸率的方法也在不断的发展，具体的计算方法如下：（1）《行标》法类似于计算雷击线路跳闸率，我们已经在国家标准文件DL/T620-1997中了解了用于计算过电压偏差程度和协调电气设备绝缘的公式。该公式是根据实际操作经验得出的。这是易于理解和易于计算的。另一方面，由于该方法过于简洁，因此仅将杆塔视为等效电感器。雷电进入地面时，无法反映塔上传输的各种反射，不计入工作电压，因此仅适用于低电压。具有标称高度的电路的线路的防雷计算与当前的操作经验具有不一致性。（2）行波法该方法避免了行标法作为简单等效电感的缺点，并将其视为分布参数。将分布参数进一步线性化为集总参数，以形成多波阻抗模型。该方法将电力系统设备视为等效模型，在该模型中，电阻和电感并联，并且电气参数与时间相关，而在行波法计算方法中，每个节点的电压幅值都是与时间紧密相联系的，将这种变化的关系绘制在图中，用于表示绝缘子串的击穿特性，也就是其伏秒特性，通过这种比较方法，可以对绝缘子串是否闪络的问题作出判断。整个计算和仿真过程基本上恢复了雷电瞬态电压波在杆塔上的传播过程。上述方法是从传输线的Bergeron数学模型导出的，因此它也被称为贝杰龙方法。（3）电磁暂态模型（EMTP）法美国科研学者研究的电磁暂态程序（EMTP）是电气模拟领域中用于电力系统暂态过程研究最广泛的程序。EMTP通过分析直线的Bergeron数学模型，将用于求解分布参数线波动过程的特征线方法与用于解决集总参数电路的瞬态过程的梯形方法相结合，基于这种大规模的数值计算方法，制定出来一款应用程序。最初的EMTP是由哥伦比亚大学的Dommel教授于1968年在BPA完成的，大约有5000条语句。一段时间后，WScottMeyer博士开始了EMTP的管理和开发。十多年来，他多次被来自美国，日本，欧洲，加拿大和南美一些国家的教授和著名的工程技术人员进行修订和完善。经过这些国家许多相关部门的长期实践，他将其汇编到现在的程序。具有超过70，000条语句的大型通用程序。（4）IEEEFlash程序该程序是基于J.G.安德森理论。1993年，IEEE防雷工作组于作出了首先开发了几个版本的计划，这个计算使Flash程序变成了反击跳闸率的计算软件，通过该程序建立模型，将输电线路的杆塔等效为单波阻抗模型，而雷电流的模型可以使用其数值波形，利用该软件计算时间分别在2µs和6µs的时候，该模型中输电线路杆塔和绝缘子串的电压幅值，并计算出导线此时的相位，计算出导线电压。横担中的电势与连接导线的原理相结合，以计算导线中产生的电压。比较这两个电压之间的差是绝缘子链的电压大小。考虑到电压等于绝缘电缆的电阻，则模拟的雷电流是面对反击水平耐雷水平值。（5）其他方法通过查询大量文献，作者发现一些学者提出了杆塔的防雷响应电磁场分析方法。代表性的例子是Wagner提出的抵消场方法和Lundholm提出的回路方法。偏移场方法使用数字离散化来解决边界条件，也就是说，束缚电荷是可以产生电场和电流的，这种电场和电流会干扰束缚电荷的工作，对其电流和电场有干扰的作用，而这种功能实际上是为了在电场方向上的轴向分量。沿着闭环的电场的边界条件为零，并且分析了由雷电流确定的绝缘子串两端的电压。通过比较可以看出，应用电路的方法去分析远没有使用电磁场论的分析方法深奥，所以在学者们的研究中如果考虑了其他各种因素，会麻烦得多，通常都予以忽略。通过研究发现，输电线路绝缘子的闪络判据，在线工频电压和杆塔位置对着陆位置电阻的影响是影响行进速度的主要因素。如今，基于解决输电线路雷电错误的多年经验，该程序化方法是我国输电线路雷击鼓掌最全面使用最多的方法之一。由于其相对便利的应用条件，因此数据分析具有大量的数据建模应用程序。基于国内中压及以上反击雷电反击耐雷分析和防雷设计，包括一些超高压输电线路，这种方法也存在缺点，就是计算结果有时会产生比较大的误差，这种误差主要体现在雷电流的建模上，计算时为了方便通常忽略了雷电流在杆塔上的波过程，而且在雷电对线路的感应电压计算方面也不够准确，无法模拟出真实的数值，这就导致计算的误差所在。1.2.2同塔双回线路雷击同跳研究现状在同塔多回输电线路研究领域，国外应用已经发展到了非常成熟的阶段。例如，在美国220kV线路所占的比例是47％，澳大利亚甚至达到64％，日本的土地面积较小，可以节省空间并建立四回甚至更多回输电线路。根据研究调查显示，雷电是引发日本出行事故的最主要原因，发生多回同跳的情况高达20-30％。近年来，在中国的某些地区，包括江苏和广东，在同一座铁塔上设置双回线路也变得很普遍。江苏电力公司率先发展了同塔双回输电线路的建设，从从鸿山到荆同的220kV四回输电线路，线路全长5公里，具有跨时代的意义。同一座塔架还在中国的世界范围内建造了一条500kV的四回路输电线路。传输线的总长度约为77公里，从西安市东南部的利港起。建立相同的四回路塔式输电线路可节省大量表面积并减少管道。因此，传输线，特别是高压线的容量主要占用同一塔中的双回路或同一塔中的多回路。据统计，2011年以来，仅广东就有787条220kV线路。在这些线路中，约77％是在同一塔中具有双回路或在同一塔中具有多回路的线路。而对于超高压等级的500kV输电线路，占比也高达56%左右。根据研究数据分析得出，同塔双回、多回输电线路具有非常大的潜力，应该作为电力建设发展的方向。而随着这种多回电力杆塔的建设，对雷击的预防更是增加了难度，且由于杆塔高度高，跨度长，雷击的次数也在明显增多。根据报告，在2007年广东地区的110kV的输电线路上，同跳事故在跳闸总数为645次中占比达到18%左右；而到了2008年，这一比例有多所增加，在雷击总数为650次中，同跳的次数占比了高达约21%的大小，从数据中不难看出，同跳的次数是有所增多的，在我国的其他地区也是扮演着相同的结果。放眼整个电力系统，高电压等级是发展趋势，跨区域、长距离和多山区输电也在加大对电网公司部门的考验，而由雷击同跳引起的危害也在不断攀升。如今，即使在我国的500kV超高压输电线路中，也投入了更多的资金来建造塔架电线杆本身，并且绝缘水平比这更高，并且由于事故而发生的雷击同跳不会轻易发生。而真正受威胁的是220kV与110kV的输电线路，对于地区来说经常发生跳闸事故对检修部门以及电力系统造成很大的危害，解决此问题已经迫在眉睫。1.2.3防雷保护研究现状在国内外研究人员经过了一段时期的探索，在输电线路防雷中取得了一定的进展，在其发展道路上，大致分为以下几个部分：在1930年之前，当时电力系统所建的输电电网电压等级较低，而对于系统来说主要的危害就是感应雷电所引起的跳闸，科学家在研究中为防止雷电所采取的主要解决方案是在传输线下方增加一条接地线，以将其连接至传输线，以降低由雷电引起的感应电压;在1930年之前，当时电力系统所建的输电电网电压等级较低，而对于系统来说主要的危害就是感应雷电所引起的跳闸，研究人员为避免雷电引起的雷电的主要解决方案是在传输线下方增加一根接地线，以匹配雷电引起的电压降低，以降低由雷电引起的感应电压。在1930年到1950年左右是防雷发展的第二阶段，在这一阶段，科研学者对防雷相关的参数进行了统一整理，开始定位110kV，220kV和更高电压等级的高风险输电线路的危害，并研究更安全，更可靠的防雷方法；第三阶段始于1950年代，在此期间，美国电网接管了345kV高压输电线路，并发生了快速跳闸，这促使科学研究进入了防雷统计领域，防雷的工作得到了进一步的发展，有关防雷的分析与计算进一步改善；从1992年到今天，伴随着计算机网络的高速发展，将现场数据与建模计算相结合是未来防雷的发展趋势。现今阶段，对于防雷的准则在科学界达到了认同，主要方法为安装线路避雷针、采取以下措施：增加绝缘子的数量，减小接地电阻，增加用于线路连接的地线以及安装线路避雷针。所有这些在降低塔架阻力方面都起着重要作用。降低塔架的接地电阻是提高线路的抗雷击能力的最重要工具之一。特别是在高土壤阻力地区，降低土壤电阻力非常重要和有效的方法，但会降低基极的电阻。结果是基极的电阻不会有太大变化。单个减小的基极电阻可能无法解决问题，但是多种措施的组合可以提高防雷线路的耐雷水平。常见的组合，比如安装线路的耦合地线或者增加绝缘子串的数量，对于防雷有很好的效果，但是缺点也非常明显，一是成本问题，而是增加的杆塔的尺寸，通常不建议。对于安装线路避雷器，国外有过先行尝试，在1980年左右，AEP和GE共同研发了适用于杆塔的避雷器，在实际的实验中取得了非常好的效果，日本也研发了适用于66kV的悬挂式绝缘子，用于防雷，效果也非常显著。近些年来，中国也在开发适用于各种电压等级的线路避雷装置，线路的ZnO避雷器，得到了国内玩研究人员的认可，如果是在复杂地形的山区，安装输电线路时配备防雷装置会起到非常重要的放雷作用，从整个防雷体系的研发来看，我国都是采取了发生事故后进行修理的办法，这对于输电线路的危害非常大，且浪费了很多人力物力，并且在实际中取得的效果也是反响平平。在开始的研究中，我国关于雷电的研究起步较晚，在科学技术上的局限性非常明显，数据不全面。但是现今阶段，计算机飞速发展，科研学者们可以实时共享着数据，为科研的进步增添了新阶梯。在2008年，我国电力部门提出了一项重要的防雷策略，即差异化的防雷措施。当前的雷电传输工作已经发展到了新的阶段。汪翔（2019）指出，随着我国电力事业不断发展，对于社会发展，日常生活等多个方面产生了极其重要的影响。在电力工业不断发展的同时，变电站也起着重要的作用。它的主要功能是增加发电机的电力，并将其返回高压电网。110kV变电站是我国电网中最主要的构成部分，在日常供电时，不仅能够满足日常用电需求，同时也能保证用电安全。并且从重要性角度来看，在电力事业中有着其他设备难以替代的重要性。如果发生故障或问题，它将在整个电网中造成重大损失，并在能耗过程中造成不稳定或安全隐患。因此在设计过程中必须保证其具有合理性，同时还需要有效的防控外部因素所带来的影响。本文主要是对于变电站的应用情况进行简单的阐述，随后在这个基础上分析出110kV变电站在工作过程中，如何采用有效的措施，提高其防雷电能力，并且谈一谈应当加强设计规范雷电保护等主要措施，希望将来能够为变电站的可持续发展提供标准。刘镜新（2019）表明，随着现代化的不断发展，粮食供应对人们越来越重要，因此确保配电网线路的安全性和可靠性非常重要。我们在供电方面遇到了一些困难。最明显的是自然对能源供应的影响。雷电就是其中不可避免的原因之一。截止目前为止，保护雷电不受配电网影响一直是头等大事。由于配电网线路快如闪电，配电网快如闪电，因此长时间停电频繁发生造成了许多经济损失；因此，本文探讨了如何防止配电网中的防雷和防雷系统。1.3雷电的形成雷电的过程指的是:雷暴云是暴风雨期间出现的一种乌云。当带不同电荷的云受到产生雷电和闪电影响的云时，通常是一个通用术语。当云中的水滴爆炸形成隔板时，较大的水滴带正电，而较小的水滴带负电。测量数据表明，正电荷通常分布在云层的顶部，负电荷分布在云层的底部，正电荷和负电荷的混合区域位于云层的中间。暴风雨的平均电场强度是连续降雨之前，暴风雨来临时之前，在40V/cm之前的最大电场强度。释放地面风暴通常涉及几个重复的排放过程，每个排放可分为两个阶段：先导放电与主放电。暴风雨过后，它的负载会累积在多个带电中心，并且它们之间的负载数量也存在一定的不同。由于长气体真空中的热电离过程，发射通道后方的先导发射在发射通道后方形成了一个高速移动传导通道。当在某个点不再有电荷时，并且在足以达到破坏空气绝缘作用力的电场的旁边，分离开始的空气，即原始的绝缘状态，以进行更改过程的这一部分导管的导体不间断。使这一部分由原来的绝缘状态变为导电性的通道的过程，这是分阶段进行的。每个试验阶段的开发速度都很快，但平均速度却较慢，约为光速的1/1000。因为它每次发展到一定长度时都会发展出平均间隔。分层引燃是因为引燃管中的空气不是很强并且电导率相对较差。雷雨要花一些时间才能减轻。当管道的水头负荷增加并且电场超过地面中的自由空气时，先导将持续运行下去。雷电先导的发展与一定的高度有关。地面上的目标会创建一个先导，该先导会上升并由雷电先导开始定位过程。感应电荷出现在地面上食物主体的上部，这会增加局部电场。运河试验的发展将继续成为所产生费用的重点。发展之间。因此，排放通道的发展是有方向的，即闪电是有选择性的。使球通道具有方向特性的上述高度称为定向高度。当先导通道的头部与符号相反的焦点之间的距离太小时，引燃通道的一端可能会产生地面雷暴云，而另一端可能会产生地面电势，剩余的空气间隙中会产生极强的电场，导致空气间隙立刻游离，分离后产生的正电荷和负电荷将分别向上和向下移动，中和先导通道与被击物的电荷，然后开始第二个放电阶段，即主放电阶段。放电阶段的主要时间非常短，大约为50-100μs，移动速度是光速的1/20-1/2，在主要放电中，电流可以达到数千安培，最大可以达到200。-300kA。当主下载到达云时，这意味着主下载阶段已完成。当残留在雷云中的电荷继续下降到主放电通道时，称为亮度后的放电阶段。亮度放电可持续长达0.03-0.15秒，电流仅为几百安培。由于雷暴云中可能有多个负载中心，因此有许多云排放，并且沿着原始排放通道，此时不对驾驶员进行评估，但它会不断发展。雷电电压和雷电电流的产生。从研究其影响的角度来看，雷电现象可以认为是通过风道插入雷击点的客波，在碰到电线后向左分裂。并沿着正确的道路继续前进。除了电流浪涌，还有一些电压波传播者会形成电磁波，并以接近光速的速度传播。当雷电击中塔顶时，塔脚的接地电阻非常低，因此会发生反射现象。如果电阻为0，则塔顶不会出现对地电压。在这一点上，电压行波改变其极性，然后从原始通道反射，并且正负偏移以确保塔顶处的零电位状态。与此相反，反射的行进电压波会产生一个移动波，捕获正电流并返回负电流，其结果相当于使电流增加一倍。于是他从电塔上跳下来，关掉了电压，电流翻了一番。当然，由于接地电阻不会为零，因此这种转换可能并不完美，并且此时整个R上的电压降接地电阻也会导致潜在的避雷针相对于地面接地，因此行进电压波出现，同时带有一个电流行波。但是，由于接地电阻R通常只有1-20Ω，因此，在该避雷针中产生的实际行波是非常微乎其微的。因此，我们通常在塔架顶部或使用雷电电磁棒测量的雷电流已经包含了该理论反射，因此，我们测量的雷电流通常是常用的雷电流。1.4本论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几个方面：（1）使用ATP-EMTP瞬态仿真程序创建模型，并分析了模型仿真系统，以对十堰油田典型的220kV输电线路进行反击仿真，并在数据上计算了该输电线路的耐雷等级。（2）对建立完善的仿真模型对十堰地区的垸当线输电线路与十悬线输电线路的事故进行系统分析，整合数据，并根据数据对发生了事故的杆塔进行事故复现。（3）检查影响输电线路防雷性能的因素。接地电阻，相序调整和其他因素都会对反击耐雷性能产生影响。并根据不同的故障制定了不同的防雷措施。（4）十堰地区山区线路结构复杂，结合电力公司提供的数据，对垸当线与十悬线输电线路全线杆塔的反击耐雷效果进行风险评估，结合电网公司提出的差异化防雷保护策略，制定了不同的改造方案。

第2章反击计算模型和方法2.1反击计算模型中典型模块2.1.1雷电流模型下图2-1所示的双指数具体表现了标准雷电电流波形，在图中如图示，T1为波前时间，T2也半峰值时间。对于T1和T2这两个参数，测量结果是一致的。波头长度近似取2μs-2.5μs，防雷的波前时间建议取2.6μs，波长取为50μs。陡度可以认为是I/2.6。.图2-1雷电波形图雷电电流的表达式如公式（2-1）所示，由A，a和b代表雷电流的波形可确定三个常数。 （2-1）在表达式中，IL为雷电流峰值，kA。2.1.2杆塔模型反击可以理解为，雷电电流击中塔架顶部以增加塔架顶部的电势，并且随着绝缘线两端电压的升高，雷电波向下传播并最终引起闪络。结果表明，准确模拟雷电流在输电线路反击计算中非常重要，因此更精准的模拟杆塔模型就显得至关重要，对其计算结果的影响举足轻重。除了杆塔模型外，还有一个重要因素就是雷电流波在杆塔中的传播速度，雷电流传播过程中受到杆塔的横杆和支架的影响，光速大于雷电波在塔架纵向方向上的表观传播速度。同时，该模型考虑了横担和支架的支撑，并且光速可以用来代替塔中的雷电速度。此外，无论流经塔架的雷电流所消耗的能量如何，都可以简化计算模型。在本文档中，无损分布参数线段用于模拟塔架支撑线。模拟过程中不考虑参数的频率特性，并且将特性阻抗替换为常数，Bergeron方法的适用性可以通过该方法进行编程实现。图2-2所示的杆塔计算模型即是采用多波阻抗无损分布参数计算的。杆塔用横担Z、主干Z和支架Z三个部分的分布参数来表示，Rch为杆塔的冲击接地电阻，图2-3所示即为杆塔的结构等效模型。图2-2杆塔计算模型图2-3杆塔结构等效图横担波阻抗的计算为： （k=1，2，3） （2-2）式中，hk为横担高度；rAK为横担等值半径。主干波阻抗的计算公式表达为：（k=1，2，3） （2-3）公式中的计算表示为： （2-4）电流波塔通过导体整个时间较长，因此将配电线段支架的长度设置为干线长度的1.5倍，以此反映电流波在杆塔结构中的传播延迟性，支架之间的等效波阻抗计算如下：（k=1，2，3） （2-5） 2.1.3输电线路模型由于雷击发生时间极短，且雷电具有具有随机性的特点，因此往往需要根据分析对雷击的计算做出针对性的假设。对于单相导线而言更容易在雷电发生时与下行先导连接，并且该相导线感应电压在其他相上进行相比较低，因此分析雷电击中的某一相即可。等效传输线电路模型具有连续换位模型（Clarke）和非换位线模型（KCLee）。在此计算中，传输线采用单相无损模型（JMarti）。模拟滤波技术的应用在于固定变频传输线的本质。取决于线路参数的变化，该模式可以随频率的变化而反映出来，这又会影响电磁瞬变过程。雷击瞬间产生的电晕损耗将导致雷电波的衰减和变形，然后，随着过电压的降低，电晕逐渐消失但是没有模型可以精确地模拟电晕对传输线的影响。在计算本文的模型时，无论电晕受到何种影响，计算结果对于传输线的安全运行都是有用的。2.1.4绝缘子串模型在生活中，雷电流75%~90%为负极性雷。当负雷击电流击中塔，一个大的负电荷将在雷电通道，这将很快在中央杆塔进行中和生成，并在土地正电荷的雷击。在电波作用下，由于避雷针之间的连接，铁塔的高电位迅速上升，并且线电压也增加。当电压增加时，导线中也会出现极性与耦合电压相反的感应过电压。因此，不能忽略电线极性的工作电压本身对绝缘线两端的过电压的影响，绝缘线的闪络是由这些电压分量的共同作用引起的，这增加了绝缘线两端的电压。因此，在塔顶的冲击中，绝缘子过电压包括四个分量：横臂过载分量，导线耦合电压分量，导线感应过电压分量和工频过载分量。当使用交叉臂电压和耦合电压选择Bergeron的等效电路时，可以得出结论，过电压的这四个分量迅速将绝缘线的电压达到最高值，然后迅速下降，继续振荡直到雷击结束。同一塔和塔中的双回路传输线可能同时发生双回路事故。必须记录绝缘子链的闪络电压和闪络时间以及其他参数。（1）杆塔绝缘子串闪络原理杆塔绝缘子串过电压计算公式表达为： （2-6）该公式中：Vins(t)为绝缘子串过电压分量，kV；Vcr(t)为横担电压分量，kV；Vpf(t)为工频电压分量，kV；Vi(t)为感应电压分量，kV；Vco(t)为耦合电压分量，kV；以相交法用作确定绝缘子链是否在闪络标准。方法指的是当以伏秒曲线的特性切断隔离链的过电压的波形时，可以判断为闪络。通过这种方法获得的结果已经通过操作经验进行了验证，并且与当前情况基本一致。图2-4是用于确定绝缘子串的闪络示意图，时间t2是绝缘子串发生闪络的时间。图2-4闪络时刻判定（2）杆塔绝缘子串闪络模型图2-5显示了本文中使用的模块。TACS是EMTP程序的时域仿真模块。它可以用作控制系统，以输入电流断路器，断路器状态，市电电压源和市电模型中的一些内部变量，然后将TACS输出信号用作电压源，也可以用来打开或关闭控制设备。图2-5EMTP中TACS部分主要组件（3）模拟杆塔绝缘子串闪络图2-6显示了由TACS开关组合表示的绝缘子串闪络模型。当从TACS接收到的雷电波超过某个值时，52号电平动作控制开关闭合，模拟绝缘子串闪络，并将结果输出为正。此时，64号最小/最大跟踪器将保持该值，如果保持不变，则TACS开关可以在闭合后保持断开状态，以模拟绝缘线过程中其他相的精确闪络。图2-6绝缘子串闪络模型在本文中，绝缘子串闪络判定准则是基于IEC60071-4推荐的相交方法。如图2-7所示曲线为绝缘子串的伏秒特性经归一化处理所得，通过函数拟合220kV绝缘子串正放电的伏秒特性的指数函数公式（2-7）实现。 （2-7）图2-7绝缘子串伏秒特性归一化曲线2.2雷电感应过电压计算方法感应过电压的研究在世界范围内尚已成熟，研究者们对感应过电压是如何产生的机理的认知也基本统一。当塔顶被雷击时，感应的过电压将出现在导体中。感应过电压由静电和电磁成分组成。电磁成分的影响微弱且可忽略，而静电成分的影响大。在雷电的下行先导发展阶段，由于电线处于雷电下行先导通道和大地形成的混合电场中，当雷电流为负时，下行先导的发展过程推动了正向。在引导通道周围产生连接的负载，并且导线上的负电荷被与闪电电极相同的电压拉动，并且电压波在两侧移动并最终流向地面。雷电波的传播过程非常快，因此电压幅值很高，该电压波是感应电压的静电成分。发生主放电的上部和下部的导频下降后，使正和负电荷被迅速中和，围绕所述排放通道的磁场，从而改变完全，并且所述磁场穿过导体和接地电路。将在顶部产生一个高度感应的电动势，这又将产生强制性的电磁过电压分量，该电磁分量较静电分量，只有约后者的1/5，一般情况下可忽略。同一电磁场的突然变化将产生感应过电压，并且产生的感应过电压将具有两个分量，即静电分量和电磁分量，并且出现点的时间不同。在正常情况下，可以认为主放电通道和导线彼此垂直，耦合很弱，产生的电磁感应也很弱，因此可以忽略感应过电压的电磁成分。本文介绍了这四种忽略计算中电磁成分的方法。2.2.1国外关于感应电压的计算方法我们设杆塔、避雷线、导线的高分别为h，hg和hc，导线中心到杆塔的长度为a。因为感应过电压基本不会影响杆塔的等效半径ri，所以我们可以看成杆塔较薄处半径。分裂导线的处理首先要进行集中和重新分散。如式（2-8）所示，方波电流的速度为βc（c为光速），时间从圆柱坐标的原点（即上行先导的前端）向上传播。我们可以使用镜像分析法，对大地进行建模，将其看成一个无限的平面。上行先导长度是击距的一半，rs为击距取6.72I，如果该点在实际电流范围内，则产生的电势为： （2-8）在镜像电流的作用范围内，P点的电位表达式为： （2-9）P点如果处于实电流波与镜像电流波的共同范围之内，那么产生的电位则是前两者的和。使用平均电位法就可得出其电位 （2-10）式中：，，。运用这种方式，我们就可以计算出避雷线的电位为 （2-11）式中：，由于实际输电线路中，避雷线雷线和杆塔都接地，与大地相连接电位为零，并且在下行先导趋于地面的整个过程中都会产生感应电荷，在耦合作用下，感应电荷产生新的电压，并作用在导线上。可以知道避雷线与导线间的耦合系数Cg，通过校正系数，可以算出杆塔与导线的耦合效应，具体为：单根避雷线计算公式表达为 （2-12）双根避雷线计算公式表达为 （2-13）作用于绝缘子的雷电波电流电压为： （15）根据之前求得的雷电波感应电压，可以通过卷积分获得任意雷电波形的感应电压，其中，雷电波形有两个斜角波表示，设波前时间和半峰时间分别为tf、th，则雷电流斜角波表达式为： （2-16）式中：，。雷电波相应则为 （1-17）因此，设雷电电流波感应电压为v(t)，则有： （2-18）图2-8杆塔模型及参数2.2.2武汉大学感应电压方法经过武汉大学与武高的共同研究，得出这样一个公式： （2-19）式中：I为雷电流幅值；hc、hg分别为导线与避雷线对地的平均高度；k0为导、地线间的耦合系数。2.2.3国家标准推荐的感应电压方法国标推荐感应电压分量为： （2-20）式中：，，则是表示为反击时的感应电压分量（kV）；i为雷电流瞬时值（kA）；a为雷电流陡度（kA/μs）；kβ为主放电速度与光速c的比值；hT为地线在杆塔处的悬挂高度（m）；hc。t为导线在杆塔处的悬挂高度；hc。av为导线对地平均高度（m）；ht。ac为地线对地平均高度（m）；dT为雷击杆塔时迎面先导的长度（m）；k0为地线和导线间的耦合系数。2.3导线耦合过电压计算方法我们可以对避雷线和导线进行建模，将其当作一个多导体系统，由多根平行导线组成。在闪电击中杆塔的瞬间，闪电带来的电流将沿着避雷针方向，而避雷线感受到电流后，感应电压随即发生变化。在导线的耦合作用下，将出现耦合电压分量。由于导线的闪络，导线绝缘子的闪络会对其他导线产生耦合电压分量。根据Maxwell的方程组，由建模后的多导体系统，令每根导线都与地面平行，设它们的电位为V1,V2…Vn，在每根导体上流过的电流为i1、i2、…in，他们之间的计算关系如下：我们可以令两根避雷线感应的电势分别是v1,v2，则其相线通过的电流则为i1、i2，在Bergeron等效模型中，可以计算出一个值，在不受工作电流的作用时，即未闪络的导体电流记录为0，下面将详细描述用于解决闪络相线的电势和电流的方法。因此，在等式（2-23）中，电流是唯一的未知量，并且可以容易地获得。可以通过将电流矢量代入公式（2-23）来获得耦合电位。可以计算出导线i的自波阻抗和导线i与相线j的互波阻抗，具体见公式2-24与2-25 （2-24） （2-25）式中：是第i根导线的平均高度；是第i根导、地线的半径与等效半径，当导线i为n分裂导线时，我们可以通过此公式来计算等效半径，其中，R表示分裂导线的外接圆半径，r表示子导线半径；Dij表示向导线i与j的镜像距离；dij表示向导线i与j的距离。2.4本章小结本章介绍了双指数函数雷电电流模型、铁塔等效波阻抗的计算方法和使用EMTP软件计算输电线路雷电过电压与耐雷水平的计算方法。通过对emtp中经典模块的研究，并通过建模，得到杆塔反击耐雷性能的模型。对国标、武汉大学等有关雷电感应过电压的算法，以及导线与相线的过电压耦合电压的计算。

第3章220kV输电线路事故分析及复现十堰市是湖北省的一个地级市，地势和地貌复杂，山区气候多变。由于热条件和空气对流，其雷电活动相对频繁。近几年来雷击事故频繁发生，据十堰供电公司统计近几年十堰市220kV线路设备雷击事件，如表3-1。本章主要对2020年事故杆塔，包括垸当线34号杆塔，十悬线135号和136号杆塔发生的事故进行分析，搜集杆塔数据以及发生雷击时的雷击电流等资料，并用电磁暂态软件EMTP进行仿真分析，对事故进行复现，已达到理论和实际的统一结合。表3-1十堰市220kV线路设备雷击事故跳闸统计年份201520162017201820192020次数2044043.1故障杆塔信息及事故情况概述3.1.1垸当线故障基本情况在2015至2020年期间，垸当线所属线路共发生3次雷击故障，其所属杆塔为34#、26#、55#。（1）34号杆塔故障情况时间为2017年6月23日，垸当输电线路34号杆塔雷击故障电流为135.5kA，发生故障相为下、中同跳。图3-1-134号杆塔放电痕迹（2）26号杆塔故障情况时间为2017年7月4日，垸当线A、B相双回输电线路双套差保护动作，开关自动跳闸，未自动重合，经过现场探查，在A、B相的绝缘子发现了放电印迹。（3）55号杆塔故障情况时间为2017年11月4日，垸当线55号杆塔发生跳闸事故，经查询，故障雷电流为95.2kA。3.1.2十悬线故障基本情况在2015年至2020年，十悬线一共发生3次雷击故障，雷害杆塔分别为3#、135#和136#。（1）3号杆塔故障情况2015年7月23日，十悬线的3#发生雷击故障，经过计算，故障电流为94.6kA，故障为线路下相。（2）135号杆塔故障情况时间为2017年7月3日，十悬线135号杆塔C相发生雷击故障，造成绝缘子串闪络，在雷电定位系统的检测下，发现雷击点位于山顶，导致跳闸发生的主要原因为绝缘不合格。图3-1-2135号杆塔放电痕迹（3）136号杆塔故障情况时间为2020年6月17日，十悬线136号杆塔在雷电流为119.4kA下发生闪络故障，闪络相为上、下两相。3.2杆塔塔形及参数表3-2杆塔塔形及参数塔号塔型塔质杆型塔高（m）档距(m)地形地貌接地电阻测量值（Ω）接地电阻设计要求值Ω垸当线34号ZM2铁塔直线塔42.5308山地1810十悬线135号SZ2铁塔直线塔45407山地1711十悬线136号SZ2铁塔直线塔37352山地1610十堰供电公司所属垸当线34号杆塔和十悬线135、136号杆塔一些主要参数如表3-2所示，LGJ300/40导线，材质为钢芯铝绞线，是双分裂导线，最大破坏张力的24%取为实际运行的张力；JLB40/150避雷线，取实际运行张力为破坏张力最高值的0.18；接地体材质为圆钢，采用放射式排列方式。接地体按照规定的接地电阻运行，使用螺栓与输电线路杆塔连接。3.3故障仿真分析及仿真结果在雷雨天时，若闪电击中，塔架相导体雷击引起的输电线路过电压可引起单相、双回单相甚至多相导体绝缘子闪络事故，为准确分析垸当线以及十悬线的雷击闪络事故，对事故杆塔需采取事故复现，在现有的杆塔数据以及供电公司所提供的雷电流大小，结合电磁暂态软件EMTP计算杆塔的反击耐雷水平。3.3.1垸当线34号杆塔仿真研究垸当34号杆塔，塔型ZM2，导线相序为bac，杆塔和实地拍摄如下图。图3-2杆塔结构图图3-3杆塔两侧通道使用atp-emtp软件，通过建模，得到单回输电路的模型，如图3-4，并在此过程中，使用精确的数据以便于减小误差。出现故障时，34号杆塔导线相位为330°，根据得出的模型，当传输电流为97000A时，将造成C相闪络，波形图见3-5；当传输电流增至134000A时，将造成BC两相一起闪络，波形图见3-6；而传输电流增至171000A时，将ABC三相共同发生闪络，综上所述，我们可以得出34号杆塔反击耐雷水平，单向为97000A，两相为134000A，三相为171000A。图3-4单回线路反击仿真模型图3-5图3-634号杆塔在134kA雷电电流下两相闪络3.3.2十悬线135号杆塔仿真研究十悬线其135号杆塔，塔型为SZ2，I回导线相序为BAC，II回相序为BAC，杆塔施工图，现场实拍图如3-7、3-8、3-9所示。图3-7SZ2杆塔结构图图3-8杆塔现场图图3-9杆塔两侧通道使用软件进行拟合，双回输电线路如下图所示：图3-10双回线路反击仿真模型在EMTP软件中通过设置雷电流的大小进行仿真分析，十悬线135号杆塔在遭雷击时刻导线相位为0°，其所遭受的单回以及双回跳闸事故如3-11，3-12所示。通过分析，可以得出得到下表传输电流I=105000AI回输电路C相发生闪络传输电流I=119000AI回C相遇II回C相都发生闪络因此，我们可以135号杆塔的耐雷水平，单相为104000A，双相为118000A。a135号杆塔I回C相闪络b135号杆塔II回不闪络图3-11135号杆塔在105kA雷电流下发生单相闪络a135号杆塔I回C相闪络b135号杆塔II回C相闪络3-12135号杆塔在119kA雷电流下发生两相闪络3.3.3十悬线136号杆塔仿真研究结合EMTP软件进行事故复现，仿真的结果如图3-13，根据仿真过程分析得到下表：a136号杆塔I回AB相闪络b136号杆塔II回AB相闪络图3-13136号杆塔117kA雷电留下发生双回四相闪络3.4本章小结本章使用atp-emtp软件，通过建模，得到单双回输电路的模型，并对十堰地区垸当线34号杆塔单回输电线路故障情况和十悬线135号杆塔以及136号杆塔双回输电线路故障发生情况进行仿真分析与事故复现，最终得到在闪电击中时，杆塔的反击耐雷水平，有如下结论：（1）34号杆塔在导线相位为330°，接地电阻为18Ω，当传输电流为97000A时，将造成C相闪络；当传输电流增至134000A时，将造成BC两相一起闪络：电流继续增至171000A时，ABC三相发生闪络。（2）135号杆塔在导线相位为0°，接地电阻为17Ω，传输电流为105000A时造成I回C相闪络；传输电流增至119000A，将造成I回C相II回C相同时闪络。（3）136号杆塔在接地电阻为16Ω，当传输电流为117000A时，I回输电线路AB两相II回AB相发生闪络事故。

第4章雷击220kV线路杆塔闪络影响因素分析本章会继续对垸当线、十悬线杆塔进行分析，通过atp-emtp软件进行建模，并探究影响输电线路耐雷水平的4个因素，即杆塔接地电阻、工频电压分量、导线相序的排列顺序、安装并联间隙，从而分析这四个条件对绝缘子串闪络时雷电流的幅值和闪络相的影响。4.1杆塔接地电阻在上述4个影响因素当中，杆塔接地电阻的影响程度最大。当雷击中杆塔后，避雷线和相导线分流能力较弱，等效波阻抗远大于杆塔接地电阻，因此绝大部分电流经杆塔散流入地。然而，极大的瞬时电流作用于杆塔的接地电阻，而产生极大的电势差，这将提高杆塔上的横担电位，进而作用于绝缘子，使其两端电压剧增。因此，为了研究线路的耐雷水平，我们还需要考虑接地电阻的影响。以十悬线135号同塔双回线路采取垂直同名BAC的排列方式作为研究对象，得出不同杆塔接地电阻对应的线路耐雷水平，仿真结果如图4-1所示。图4-1由上图可知：（1）杆塔接地电阻与输电线路反击耐雷水平反相关，杆塔接地电阻越大时，输电线路的耐雷水平越低；杆塔接地电阻越小时，输电线路耐雷水平越高。当接地电阻从5Ω增至20Ω时，单相、两相、三相的耐雷水平都降低了约50%。接地电阻持续增大时，曲线斜率降低，耐雷水平的降速逐渐减缓。这是因为暂态雷电流在接地电阻较大时形成电压降，电压降越大则会抬高各横担电位，从而增加绝缘子两端电压，闪络现象更容易发生；（2）由图4-1的三条曲线可知，在相同接地电阻的条件下，三相耐雷水平最高，其次是两相耐雷水平，最后是单相耐雷水平。当接地电阻为5Ω时，三相耐雷水平为240kA，两相耐雷水平为200kA，单相耐雷水平为176kA。因此，杆塔接地电阻对耐雷水平的影响狠大，可以降低接地电阻，从而提高耐雷水平。同时在同塔单回的电路传输过程中，为了避免山顶、塔型较高或两侧档距较大的杆塔遭受雷击，应使杆塔接地电阻尽量小于10Ω。4.2工频电压4.2.1工频电压分析在雷电灾害过程中，线路的雷击闪络情况主要是受雷击瞬间的工频电压分量和导线相序排列方式两个因素决定，本章从此切入，研究工频电压改变时，双回输电线路耐雷水平及绝缘子的闪络顺序有何变化，并对工频电压进行分析，解决怎样影响线路累计闪络这一问题。闪电击中导线时，绝缘子端电压由三部分构成；（1）雷电沿导线分流产生的电势差。雷击杆塔后电流沿杆塔和接地电阻散流入地，易在横担上产生较大的过电压，与大地零电势构成电压差；（2）感应电压分量。在放电的瞬间，输电线路将感应到与闪电极性相反的电荷，从而构成感应电压分量；（3）工频电压分量。工频电压与电压的极性和相位有关。当雷电流极性取为负时，绝缘子横担侧电压会低于导线侧，同时感应电压与雷云极性相反为正极性。分析闪电的降落过程，在闪电击中杆塔时，绝缘子两端的实际电压=∑电压分量。为进一步分析反击过程中工频电压对导线闪络的影响程度，以垸当线34号杆塔作为对象，分别进行如下计算：绝缘子两端电压，其余三种电压分量，并对绝缘子冲击耐压水平进行比较，其结果如表4-1所示。表4-1雷击杆塔时各电压分量的大小电压分量忽略感应和工频电压时绝缘子两端电压差（A）/kV感应电压（B）/kV工频电压（C）/kV绝缘子两端的实际电压值/kV绝缘子冲击耐压水平/kV上相B1156238-1641175中相A1178192013481630下相C12011431641453最大差值4595328277据表可知：（1）雷电流幅值等于100000A时，C相导线绝缘子两端的实际电压是1453000V，为三者中最大值，最接近绝缘子的冲击耐压（即闪络电压）1630kV。冲击雷电流等于120000A时，先是下相C两端的绝缘子出现闪络；（2）在三个电压分量中，沿导线并联引起的电位差是影响绝缘子闪络的重要因素。当闪电击中杆塔时，电流沿着接地电阻流向地面，当接地电阻较大时，经常会造成横担上较大过电压的情况，与大地零电势构成电压差，其值占绝缘子冲击耐压值的75%以上；（3）决定导线闪络顺序的主要因素是什么呢？答案是工频电压值的大小，及时工频电压在三者之中占的比重很小，但由于工频电压相位为周期变化的原因，导致三相中两相间的差最大超过了300kV，这将作用于绝缘子的闪络顺序。例如，当相位为90°时，A相导线的工频电压为正弦波峰的峰值，继而会导致中相代替下相导线率先发生闪络。（4）三相中上相导线和雷云距离相近，故感应电压分量最大，这也是上相导线更易发生闪络现象的原因。4.2.2工频相位分析上述仿真结果说明，导线闪络的先后顺序是随相位发生周期性的变化，雷击发生瞬间工频电压相位是影响导线闪络顺序的重要因素。如果在感应电压和工频电压下，绝缘子两端电压差被忽略，只计算工频电压相位对绝缘子闪络现象的影响时，绝缘子闪络的顺序会根据三相电压的波形改变，如下图所示。图4-2三相导线的工频电压由三相正弦波形图可知，但仅考虑工频电压分量时，工频电压幅值最高的一相导线，其绝缘子率先发生闪络，在以60°划分的6个周期内，每相闪络的次数占整个过程的三分之一。表4-1单相闪络顺序随相位变化情况工频相位角30-90°90-150°150-210°210-270°270-330°330-30°闪络相A相B相C相当传输电流极大时，将导致双回线路产生两相、三相、四相对地短路。第三章通过仿真复现结果可知：在220kV的双回线路，会发生两相闪络。例工频初始相位为0时，十悬线135号杆塔率先发生闪络的为2C和1C；而出现多相对地闪络现象时，闪络导线仍为同名相。因此仍需探究在忽略感应电压和绝缘子两端电压差后，双回线路的多相闪络顺序和周期性工频电压之间的联系，仿真结果如下表所示：表4-3导线多想闪络顺序工频相位角30-90°90-150°150-210°210-270°270-330°330-30°闪络相1A相B相C相闪络相2A-CA-BB-AB-CC-BC-A其中，闪络相1为单相对地闪络；闪络相2为三相或四相闪络。例如，工频相角在30-90°之间时，先是两回线路中A相导线闪络，当相位增大时，闪络相转移至C相，相位继续增大到150°时，则由A-C相闪络逐渐变为A-B相闪络。依据上表可在忽略导线高度差时，准确判断实际线路的雷击闪络规律，分析得到不同电压相位下的故障闪络相。4.2.3双回同跳分析以135号杆塔为例，假设接地电阻等于15Ω，利用前文所述模型对0-360°范围内共12种相位下的耐雷水平和闪络相进行分析，结果如下所示：表4-4工频相位角/°0306090120150180210240270300330闪络相（单相）2C2A2B2C闪络相（两相）1C2C1V2A1A2A1A2B1B2A1B2B1C2C图4-3工频相位和耐雷水平的关系图4-4三种导线相序排列方式由仿真结果可知：（1）耐雷水平的波动和工频相位存在一定的关系，单相和两相在发生闪络现象时，耐雷水平的变化规律具有周期性，就两相的变化趋势而言，其并没有单相明显，究其原因主要是，导线的闪络顺序随工频相位的变化而变化，组合种类也不同；（2）两相闪络时的结果与上述闪络顺序不同。在雷击过程中由于中下层相线距离避雷线的几何位置较远，耦合能力弱进而导致感应电压较低，增大了绝缘子两端的电势差，提高了被击穿的风险，所以两相闪络时一般为中下层相线，仿真结果仍需进一步校对。4.3导线布置方式图4-4所示的双回输电线路的导线相序有三种排列方式，(其中方式一为双回全对称的同相序排列方式)，以接地电阻等于10Ω时为例，在考虑工作电压相位角的前提下，对三种导线布置进行了仿真。虽然各导线参数和塔型高度的不同使电压分量有一定差异，仿真结果和第三章结论有略微不同，但不难发现导线相序的排列方式是决定绝缘子两端电压分量大小的重要因素，它不但影响绝缘子的闪络顺序，也决定了输电线路的耐雷水平。下面以十悬线135号杆塔为研究对象，分析双回输电线路相序排列方式与耐雷水平、闪络相之间的影响，如表4-7至4-9所示，分别在同一坐标轴内绘制三种方式在单相和两相闪络时的耐雷水平曲线，如图4-5、4-6所示。表4-5方式1下的仿真结果工频相位角/°0306090120150180210240270300330闪络相（单相）1C1A1B1C闪络相（两相）1C2C1A2A1A2B1B2A1B2B1C2C表4-6方式2下的仿真结果工频相位角/°0306090120150180210240270300330闪络相（单相）2C2A2B2C闪络相（两相）1A2A1C2A1A2A1A2B1B2A1B2B1C2C表4-7方式3下的仿真结果工频相位角/°0306090120150180210240270300330闪络相（单相）1C1A2A2B1B1C闪络相（两相）1C2C1A2A1B2B1C2C1B2C1C2C图4-5三种排列方式下单向闪络时耐雷水平表4-8三种排列方式下的耐雷水平值排列方式最大值最小值平均值单向闪络两相闪络单向闪络两相闪络单向闪络两相闪络110910510111410511021151071041161091123113105103114108114由上表可知：（1）135号杆塔在三种相序排列方式下发生闪络时，单相、两相的耐雷水平，不论是最大值，最小值还是平均值均维持恒定，可知相序排列方式对耐雷水平影响不大，可忽略其影响因素；（2）相序排列方式的不同对闪络造成的影响不同，例如工频相位角等于270°，三种模式下塔架的闪络相分别为1c2c、1c2b和1b2c，这是由于避雷线及率先发生闪络的那一相会与其他非故障相之间进行耦合作用，进而导致导线的闪络顺序存在差异。下表和条形图反映了在一个周期内，三种排列方式下各层横担上层导线发生闪络的次数及总反击跳闸率与双回同跳之间的联系，在相同周期内，两相闪络平均出现八次，总共二十四次。图4-712种相位下的闪络次数表4-9三种方式下的反击跳闸率排列方式总反击跳闸率双回同跳率比例％10.02730.007226.420.02840.00712530.02820.007325.94.4安装并联间隙安装这个并联间隙是很需要技巧的，它主要的原理就是要用一对金属属性的电极（又称招弧角或引弧角），将它并联在一个绝缘子串的两端，就可以了构成一个保护的间隙。当雷击到了杆塔的时候，此时冲击所释放的电压，他是要小于那个绝缘子串所释放的电压的；而且率先放电的还是并联间隙，在电动力和热浮力等外界环境的影响下，进而就会产生短路，会释放电压的电弧，同时它会沿着距离绝缘子串越来越远的方向进行不断偏移，最终在并联间隙的电击棒端部停止下来，并还会充分的燃烧，直至跳闸，才完全的熄灭。由于存在这个并联间隙，这样就使处于绝缘子处的电弧从近端流向远处，也就避免了它会损坏的情况，同时还可以保证系统在重合闸的时候的成功率；这样就减小重大事故的发生风险，也提高了整个输电线路的水平，这个针对的是抗雷方面。把并联间隙这个东西分别加装在单线回路、双线回路和第二回线路相上；然后通过仿真就可以得到220kV的同塔双回输电线路反击闪络相以及耐雷水平。如表4-10和柱形图所示。表4-10三种并列间隙安装方式下发生不同相闪络的结果安装方式闪络相单相两相三相四相未添加避雷器C2C2，C1C1，C2，A1C1，C2，A2，A1在单回路率先闪络的相上安装一个并联间隙C2C2，A1C1，C2，A1C2，C1，A2，B1在双回路率先闪络的相上安装一个并联间隙C2C2，C1C1，C2，A1C1，C2，A2，A1在第二回线路各相加装并联间隙C2C2，A2C2，A2，A1C2，A2，A1，CI图4-8在单回路率先闪络的相上安装一个并联间隙时的耐雷水平图4-9在双回路率先闪络的相上安装一个并联间隙时的耐雷水平通过图和表，对这个进一步分析并比较，得出了安装不同组数的并联间隙就会有不同的耐雷水平，说明并联间隙和双回电路的耐雷水平有关。并且利用前文所用到的仿真模型，就可以得到其对应的反击的耐雷水平。如柱形图4-9所示。可以看出：在设备上加装一个并联间隙就会使安装的相的耐雷水平，就可以得到非常有效的降低，且可以使该相预先进行闪络，此闪络相与其余健全相之间的耦合能力就会变弱，降低绝缘子两端的实际电压差，其余的几相的耐雷水平，也会会有非常明显的提高。但反击耐雷水平并不是和并联间隙的安装组数成正比，有一定局限性，且不是越多越好，而是视实际情况而定。图4-10在第2回线路的各相上夹装上安装一个并联间隙时的耐雷水平图4-11四种不同的安装方式对反击耐雷水平的影响4.5本章小结在本章中，是以垸当线杆塔和十悬线作为研究的对象。并且利用EMTP这个方法，对影响耐雷水平的四个因素进行有效的分析，通过改变杆塔的条件，其中有是否加装并联间隙、接地电阻、工频相位角、工作电压等条件，来对不同情况下，线路发生闪络的作用结果，对这个结果进行相关的讨论，得出以下结论：（1）闪络雷电流会随着杆塔的接地电阻变化而变化，若接地的电阻增加，那么闪络雷电流就会减小，他们是一个负相关的关系。当把接地的电阻从5Ω增加至20Ω的时候，发生的单相闪络的平均的雷电流降低了48%；发生的双相闪络的平均的雷电流降低了46%；发生的三相闪络的平均的雷电流降低了47%。因此，表明在接地的电阻上，形成的电压降得越大，则会抬高各个横担的电位，增加了绝缘子的两端电压，也增加了闪络被击穿的风险。（2）工频电压的大小与导线闪络的顺序有关，并且还是主要的决定因素，虽然在三者之中，工频电压所占的比例不大，但由于工频电压相位为周期变化致使其中两相间的差值最大超过300kV，在很大程度上影响了绝缘子闪络的顺序。（3）相的顺序的排列方式，这几乎对耐雷水平没有影响，所以几乎可以完全的忽略其的影响；但相序排列方式仍会对具体闪络相产生影响，这是由于避雷线及率先发生闪络的那一相会与其他非故障相之间进行耦合作用，通过这个进而会导致一些问题，其中最重要的就是导线的闪络顺序是存在一定的差异。（4）在相上加装避雷器，会使得安装相的时候，其的耐雷水平会明显的升高，以此避免了安装相时发生闪络，同时也使得其他的相，在绝缘子的两端电压，会有不同程度上的降低，因此耐雷水平也会有一定的提升。但并联间隙的安装组数有一定局限性，且不是越多越好，而是视实际情况而定。

第5章输电线路的反击防雷的改造方案与风险评估十堰地区近几年事故严重，需对其实施防雷改造措施，以加强输电线路的耐能性能，减少雷击事故的发生。本章节将结合该地区输电线路信息、导线的结构、绝缘性能、地闪密度和雷电活动，以此来计算出电路的反击耐雷的水平，并且依据每一个基杆塔，来进行对其的防雷性能的风险评估。把差异化的防雷作为改造的依据，以此来对需要改造的线路，制定相应有效的规则，并且进行分析其的实际的效果。5.1改造方案目前防雷改造方案主要应对不同的杆塔针对其耐雷性能不同采取差异化的技术进行改造。差异化技术可以有效的对雷电活动不同，输电线路信息差异，杆塔绝缘配置不同等因素采取不同的应对策略。具体的措施为，对十堰地区五条输电线路计算其反击跳闸率，根据反击闪络的风险评估方法确定，每基杆塔的风险等级，采取差异化改造措施，这样的方法既保证了输电线路的安全稳定性，又很大程度上节约了改造成本。防雷改造方案的具体步骤为：1）对输电线路的信息进行整理，包括杆塔信息，