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1、基于PSCADEMTDC輸電線路繞擊耐雷水平仿真研究（廣州電力設(shè)計(jì)院廣東廣州510610）摘要：如何減少輸電線路的雷害事故是電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的一項(xiàng)重要課題,介紹了輸電線路繞擊耐雷水平的計(jì)算方法并分析比較其優(yōu)缺點(diǎn)，采用電氣幾何模型中的暴露距離法對(duì)輸電線路進(jìn)行屏蔽計(jì)算，結(jié)果顯示隨著雷電流的增加，暴露弧段越小，當(dāng)增加到一定程度時(shí)，導(dǎo)線完全被屏蔽，不發(fā)生繞擊，表明幅值小的雷電流容易出現(xiàn)繞擊。利用PSCAD/EMTDC軟件搭建220kV單回輸電線路模型、雷電流模型及絕緣子串閃絡(luò)模型，進(jìn)行繞擊耐雷性能分析，仿真結(jié)果同樣表明,幅值較小的雷電流比
2、較容易引起線路繞擊跳閘，通過(guò)改變線路的接地電阻，接地電阻阻值大小對(duì)繞擊跳閘率的影響不大。改變地面傾斜角從0º增加到30º,繞擊跳閘率從0次/100km/a增加到0.6342次/100km/a,繞擊跳閘率隨著地面傾斜角的增大而增大，當(dāng)傾斜角很小時(shí)對(duì)繞擊跳閘率的影響不大，當(dāng)?shù)孛鎯A斜角較大時(shí)，影響越明顯。關(guān)鍵詞：220kV輸電線路；繞擊耐雷水平；雷電流；電氣幾何模型；PSCAD/EMTDC0引言從國(guó)內(nèi)外高壓、超高壓輸電線路多年的實(shí)際運(yùn)行情況表明，雷擊是造成線路跳閘停電事故的主要原因[1-4],其中，各國(guó)數(shù)十年的雷擊跳閘情
3、況表明，220kV及以上線路雷擊跳閘主要是由繞擊引起的，對(duì)于國(guó)內(nèi)500kV及以下電壓等級(jí)輸電線路，雷擊跳閘事故占總跳閘事故的50%,而對(duì)于特高壓輸電線路，這一比例提高到了75%~90%,繞擊防護(hù)成為線路防雷保護(hù)的主要工作。因此，準(zhǔn)確的計(jì)算和評(píng)價(jià)輸電線路的繞擊耐雷水平和繞擊跳閘率對(duì)電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行、提高供電可靠性，顯得尤為重要。木文以220kV單回輸電線路為研究對(duì)象分析輸電線路的繞擊耐雷水平,利用PSCAD/EMTDC仿真軟件構(gòu)建繞擊耐雷性能數(shù)值仿真模型，通過(guò)所建立的繞擊模型進(jìn)行理論分析與仿真計(jì)算，得出220kV單回輸電線路的繞擊
4、雷電性能，并分析其影響因素。主要工作包含：(1)通過(guò)電氣幾何模型法進(jìn)行220kV單冋輸電線的繞擊率、最大繞擊電流、雷電流幅值概率密度函數(shù)和地閃密度Ng計(jì)算；(2)分析輸電線路繞擊耐雷水平的計(jì)算方法，針對(duì)數(shù)值計(jì)算方法開(kāi)展繞擊雷電流、桿塔模型、線路模型和絕緣子閃絡(luò)判據(jù)等模型的研究；(3)針對(duì)220RV單冋輸電線路，仿真分析其繞擊耐雷水平，并分析其影響因素及計(jì)算繞擊跳閘率。1輸電線路繞擊分析方法1.1電氣幾何模型法本文采用暴露距離法對(duì)輸電線路進(jìn)行屏蔽保護(hù)計(jì)算，如圖1所示，通過(guò)暴靂距離這一物理量來(lái)描述線路屏蔽失效的現(xiàn)象。雷電先導(dǎo)定位位置為曲線
5、CiBiAiDi,弧段CiBi和BiAi分別是以避雷線和導(dǎo)線為圓心，以導(dǎo)線擊距ri為半徑的弧線，AiDi為平行于地面、高度為地面擊距rgi的直線?；《蜝iAi為輸電線路的暴露弧段，定位于BiAi上的落雷將擊中導(dǎo)線，De是導(dǎo)線的暴露距離，為Ai、Bi兩點(diǎn)的水平距離。用暴露距離來(lái)描述屏蔽失效，是假設(shè)雷電先導(dǎo)通道均是垂直于地面向下發(fā)展，忽略了先導(dǎo)發(fā)展的隨機(jī)性，根據(jù)暴露距離的概念，當(dāng)雷電先導(dǎo)落入暴露距離范圍內(nèi)，導(dǎo)線將被擊中，如果先導(dǎo)落入其他范圍，導(dǎo)線將會(huì)被有效的屏蔽。隨著雷電流的增加，暴露弧段越來(lái)越小，當(dāng)增大到一定程度時(shí)，Ai和Bi重合，暴露
6、弧為零，如圖所示，對(duì)應(yīng)于曲線Cm(Bm)AmDm的雷電流為可發(fā)生繞擊的最大雷電流Imax,對(duì)應(yīng)的擊距為最大擊距，此時(shí)導(dǎo)線被完全屏蔽，不發(fā)生繞擊。記發(fā)生繞擊的最小雷電流、發(fā)生繞擊跳閘的臨界雷電流、發(fā)生繞擊的最大雷電流。繞擊率公式：發(fā)生繞擊的最小雷電流一般為2?3kA,發(fā)生繞擊跳閘的臨界雷電流一般取輸電線路的繞擊耐雷水平，最大雷電流Im由線路的最大擊距來(lái)決定，即導(dǎo)線被完全屏蔽吋最大擊距對(duì)應(yīng)的雷電流幅值。由表4可看出，在桿塔高度和保護(hù)角相同的情況下，繞擊跳閘率隨地面傾斜角的增大而增大。在地面傾角為20º時(shí)比地面傾角為0º
7、（平地）時(shí)的繞擊跳閘率增大了5.28%；地面傾角為30º比地面傾角為20º時(shí)增大了58.14%,由此可見(jiàn)，當(dāng)傾角較小時(shí)，地面傾斜角對(duì)繞擊跳閘率影響不明顯；當(dāng)?shù)孛鎯A角較人，影響增人，也說(shuō)山區(qū)線路的繞擊跳閘率比平原線路的高。4總結(jié)本論以220kV單冋輸電線路為研究對(duì)象，利用PSCAD仿真軟件構(gòu)建了七基桿塔的輸電線路繞擊仿真模型，通過(guò)模擬雷電產(chǎn)生過(guò)電壓波在輸電線路中的傳播過(guò)程，分析了雷電繞擊導(dǎo)線，絕緣子串兩端雷電過(guò)電壓的特征，以電氣幾何模型的暴露距離計(jì)算方法為例對(duì)擊距、最大繞擊電流進(jìn)行了計(jì)算。通過(guò)暴露距離法計(jì)算結(jié)果可知，
8、雷電繞擊導(dǎo)線的概率會(huì)隨著隨著雷電流的增加而減小。仿真結(jié)果表明，雷電流幅值較小時(shí)線路容易發(fā)生繞擊；不同電壓相位角，繞擊耐雷水平不同；接地電阻對(duì)線路繞擊耐雷水平的影響不明顯，因此可以忽略接地電阻的影響。通過(guò)計(jì)算得到線路的最人
