DOI:10.16545/j.cnki.cmet.2013.01.011 2013 年第 1 期 煤 矿 机 电 ·17· 基于 ATP-EMTP 的输电线路防雷仿真 ( 1． 潞安环能股份公司 余吾煤业公司，山西 长治 046103 ; 2． 中国矿业大学 信息与电气工程学院，江苏 徐州 ) 221008 冯亮1，梁沛然2 摘 要: 介绍输电线路的防雷措施，使用 ATP-EMTP 电磁暂态分析软件，以矿区常用的 110 kV 级 输电线路作为研究对象，针对雷电直击输电线路的两种主要形式: 一是雷击杆塔塔顶及其附近避雷 线; 二是雷绕击导线，仿真研究接地电阻大小的变化对耐雷水平的影响、加装与不加装线路避雷器 和增强线路绝缘能力对耐雷水平的影响。 关键词: 防雷; 煤矿输电线路; 跳闸率; 耐雷水平 中图分类号: 文章编号: 1001 － 0874( 2013) 01 － 0071 － 03 文献标识码: TM862 + ． 1 B Lightning Protection Simulation of Transmission Line Based on ATP - EMTP ( 1． Yuwu Coal Mine of Lu’an Mine Industry Group Co． Changzhi 046103 Feng Liang1， Liang Peiran2 ， ; ， China ， ， China ) 2． School of Information and Electrical Engineering China University of Mining and Technology Xuzhou 221008 Abstract Introduces lightning protection measures for transmission line． Taking the commonly used in the mining areas line of 110 kV level as the object of study analyzed transmission line by ATP-EMTP software． And aims at the two forms of direct lightning protection striking at the tower top or nearby lightning wire and lightning around the line． Simulation is carried out to analyze the influence of grounding resistance lighting conductor and insulation ， ， ， ， : : Keywords 0 引言 level of the line on the lightning-resisting level of the transmission line． lightning protection transmission line of coal mine tripping rate ; ; lightning resisting level 。 长期以来，电力系统以提高线路耐雷水平 降低 、 雷击跳闸率为目的，开展了大量的输电线路防雷研 究和技术改造工作，取得了显著的成效 但是，在输 电线路的设计与运行中，常常由于对雷电活动特征 掌握不够全面，对输电线路结构及地形地貌特征未 能全面考虑，使得一些厂矿目前的防雷设计及措施 改造还处于简单粗放的状态，缺乏针对性，技术经济 性不强 线路防雷问题是一个综合的技术经济问 题，为更好地做好线路防雷，首先应研究输电线路的 雷害规律，分析雷害的性质，才能采取合适的防雷措 施 。 。 1 输电线路防雷措施 输电线路分布面广，雷击容易引起线路跳闸并 ; 1 。 给电力设备带来危害 闸率衡量输电线路的耐雷性能 绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值 一规定为每年 件下，雷击引起线路跳闸的次数［ 工程中用耐雷水平和雷击跳 耐雷水平是指线路 雷击跳闸率统 线路长度的条 个雷暴日和 100 km 。 。 40 1-2 ］ 必须根据线路电压等级 雷电活 、 动强度和线路运行经验等具体情况，进行技术与经 济分析，因地制宜地采取防雷措施 输电线路防雷 措施一般有以下几种［ 供电重要程度 、 。 ］ 3 。 。 ) 沿线架设避雷线和装避雷针，在某些情况下 可改用电缆线路，使输电线路免受直接雷击 。 2 ) 降低杆塔接地电阻，增大耦合系数，适当加 强线路绝缘，在杆塔上装避雷器等，提高线路耐雷水 平，减少绝缘闪络 ) 适当增加绝缘子片数，降低绝缘子串的工频 电场强度; 电网不接地或中心点经消弧线圈接地，消 3 。 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

·27· 除工频电弧 。 ) 采用自动重合闸 双回路 、 环网供电等措施， 、 4 即使线路跳闸，也不中断供电 。 2 接地电阻对耐雷水平影响的仿真分析 使用 ATP-EMTP 电磁暂态分析软件进行仿真分 煤 矿 机 电 2013 年第 1 期 ］ 4-5 。 仿真输电线路见图 析［ 通过改变输电线路 杆塔的接地电阻值，观察输电线路上绝缘子串电压 波形的变化以及它的耐雷水平 点击 1。 进行仿真 。 。 仿真结束后，调用 “ATP = \ run 中的 ATP-EMTP ATP” PlotXY 程序绘制电压波形 。 图 1 仿真输电线路图 50 Ω 由仿真得到，在接地电阻分别为 时，输电线路耐雷水平分别为 和 和 输电线路杆塔接地电阻越大，受到雷击时， 36 kV。 作用于线路绝缘子串两端的电位差就越大，线路的 耐雷水平因此降低［ 95 kV、53 kV 10 Ω、30 Ω 6-10 ］ 。 3 绝缘子串对输电线路耐雷水平仿真分析的影响 当绝缘子串两端电压超过绝缘子串的雷电冲击 耐受电压时，绝缘子串发生闪络，输电线路将由闪络 电弧通道经杆塔接地，并在线路上形成雷电侵入波 型合成绝缘子串 仿真分析采用 、 玻璃 8 绝缘子能较好地耐电弧和不易老化，自洁性能良好 和零值自爆，质地均匀，烧伤后形成光滑的玻璃体表 面，仍具有足够的绝缘性能 N 型悬式玻璃绝缘子串 LXHY4-70 -110170 FXBW 片和 片 。 。 9 ( ) ( ) FXBW N -110170 型合成绝缘子串的 电电压为 式玻璃绝缘子串，但它具备下列优点: 550 000 V 片的 ，低于 8、9 LXHY4-70 U50% 放 型悬 1 ) 机械性能优越: 心棒由环氧玻璃纤维制成， 倍，轴向 其扩张强度为普通钢 拉力强，并具有较强吸振能力，抗震阻尼性能很高， 倍，高强瓷 3 ～ 4 1． 5 。 为瓷绝缘子 1 /7 ～ 1 /10。 2 ) 抗污闪性能好: 合成绝缘子具有憎水性，下 雨时呈水珠状滴落，合成绝缘子伞形波纹表面不会 沾湿形成水膜，不易构成导电通道，其污闪电压为瓷 绝缘子的 倍 3 。 4． 5 kV 3 ) 耐电蚀性优异: 绝缘子表面漏电闪络形成不 级 可逆性劣变起痕现象，一般标准为不低于 ( 即 ) ，而合成绝缘子为 4． 5 级 6 ～ 7 。 4 ) 抗老化性能好: 经 年使用，合成绝缘子表 面不沾湿性及耐电蚀起痕性均无变化，抗老化性能 良好，仅颜色略变深，介电常数和介质损失角稍有增 加 10 5 ) 结构稳定性好: 合成绝缘子为外胶装配结 构，其内心为实心棒绝缘材料，不存劣化合击穿，不 会出现零值绝缘子 。 。 6 4 ～ 5 ) 线路运行效率高: 合成绝缘子自洁性好，可 年清扫检查一次，缩短检修 停电时间 、 。 ) 重量轻: 合成绝缘子重量轻，可大大减轻运 每 输 7 施工人员劳动强度 、 按相同接地电阻 ) 已知 1 LXHY4-70 。 10 Ω 进行仿真分析: 型悬式玻璃绝缘子单片长 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net

2013 年第 1 期 煤 矿 机 电 ·37· 度为 146 mm ，绝缘子串的 U50% 放电电压为: ( ) 1 绝缘子串的长度， U50% = 533Lx + 132 mm。 片绝缘子串的长度 放电电压约为 1． 168 m ，求得绝缘子 8 型悬式玻璃绝缘子串输电线路耐雷水 754 kV。 仿真得知，使用 式中: Lx——— 由 8 U50% 串的 片 平约为 LXHY4-70 86 kV。 1 2 ) 由( 璃绝缘子串 用 路耐雷水平约为 U50% 片 9 LXHY4-70 片 ) 式可算出， 9 放电电压为 LXHY4-70 型悬式玻 仿真得知，使 型悬式玻璃绝缘子串时，输电线 832 kV。 95 kV。 ) 将放电电压为 的 ( ) 3 -110170 型合成绝缘子串进行仿真实验，得到输电线路耐雷 水平约为 550 kV FXBW N 63 kV。 因此可得出这样的结论: 在接地电阻等条件不 变的情况下，增强线路绝缘可以提高输电线路的耐 雷水平 。 4 避雷器对输电线路耐雷水平影响的仿真分析 线路型避雷器能使输电线路遭受雷击时，一部 分雷电流从避雷线经导线传入相邻杆塔，一部分经 塔体入地，当雷击电流超过一定值后，避雷器动作加 线路型避雷器与绝缘子串并联，其冲击放 入分流 电电压和残压均低于绝缘子串的放电电压 。 仿真设计选用高度非线性电阻的 将避雷器并联至第三级杆塔( 图 线图如图 所示 1 2 。 ZnO ) 的绝缘子串 。 避雷器 。 接 。 图 2 加装避雷器后的仿真输电线路图 和 保持接地电阻为 ，使用 ( ) 50 Ω -110170 仿真得到不加避雷器和加装避雷 FXBW N 型合成绝缘子串 器时的输电线路耐雷水平分别为 。 23 kV 加装避雷器输电线路耐雷水平有一定提高 33 kV。 但 需根据避雷器的特性，对相邻杆塔绝缘子串的耐雷 情况进行综合考虑 型避雷器安装维护 费用高，可选择易击段易击杆塔进行安装 参考文献: ［ ］ 周泽存，沈其工，方瑜，等 1 北京: 中国电力 高电压技术［ 由于 ZnO ］ ． 。 。 。 M ． 出版社， 2007． ［ ］ 杨保初，刘晓波，戴玉松 2 高电压技术［ M ］ ． ． 重庆: 重庆大学出 版社， ． ［ ］ 林伟 3 ］ ( 加) ［ 4 论［ M 2002． 浅谈输电线路防雷措施［ ］ J ． 著，李永庄译 ． 北京: 水利电力出版社， Dommel H． W ］ ． 1991． 广东科技 电力系统电磁暂态计算理 ． 2009 7 ． ( ) ］ 徐政 ［ 免费使用的电磁暂态分析程序 ． 5 绍［ ］ ． Z ］ 雷电防护接地电阻降低方法及应用［ ［ ］ 李密 J ． 6 ． ( 万方数据， 1999． ) ———ATP-EMTP 2009 12 ． 程序介 气象科技， ［ ］ 贺建国，李凡，施围 7 ． 110kV ］ 线路型避雷器［ J ． 电瓷避雷器， ( ) : 4 2000 37-41． 线路型避雷器在输电线路防雷中 ］ 陈新岗，袁涛，陈渝光，等 ［ ． 8 高电压技术， ［ ］ 梁小华 9 ］ 的应用［ J ． 合理利用消雷器降低线路跳闸率［ ］ J ． ， 6 17-19． 44-45． 2003 ) : 3 ( ． 报， ) : ］ 沈红莲，汪朝军 2004 3 ( ［ 10 ］ 浅谈架空线路遭雷击原因及防雷措施［ J ． ． 黄山学院学 重庆电力高等专科学校学报， 2009 ( ) 8 ． 作者简介: 冯亮( 学，研究方向为电气工程，发表论文 10 篇。 1974 － ) ，男，工程师。1995 年毕业于中国矿业大 ( 收稿日期: 2012 － 10 － 17 ; 责任编辑: 陶驰东) 中国煤炭期刊网 www.chinacaj.net