220kv输电线路防雷研究学位论文

220KV输电线路防雷研究1绪论雷电在自然生活中常有发生，不管是下雨天还是晴朗的天空，都会发生雷击现象，这是一种很简单的自然现象。雷击放电电压一般会非常巨大，达到数百万伏特的电压以及数十万安培的电流，因此，虽然雷击放电的时间非常非常短暂，仅约001秒，但雷电放电时它所放出的能量是相当惊人的。雷电的危害主要有以下几方面1、电流雷电放电时产生的冲击电压非常巨大，达到几万甚至几十万伏特，当这么大的瞬态雷击电压冲击电气设备时，会造成电气设备绝缘损坏甚至电气设备内部线路短路等现象，甚至由此引起电气设备发生爆炸。2、电流产生的大量的热能，其发生热效应时放出的电流达几十甚至上千安培的电流，该热导致金属熔化，并造成危害事故。3、雷电流机械效应造成的危害很大，如果物体被雷击到会发色很难过分裂、坍塌、扭曲甚至爆炸等现象，从而造成大量的财产损失和人员伤亡。4、雷电流会产生静电感应现象，会引起相邻导体产生与雷电流性质相反的电荷，当这些导体感应出电荷并当其来不及消散事，会产生高压放电现象，从而引起火灾。5、雷击时将会产生电磁感应，在雷击点感应出超强的交变磁场，由交变磁场感生出的电流会导致某些电气设备过热从而损坏电气设备，并影响供电的稳定以及安全性。11输电线路防雷设计的重要意义传输线路在电力系统中占据着最重要的作用，它的最大也最突出的作用就是把发电厂发出的电能输送到各个地方，全国各地每个地方都需要用电，它把各个地区的变电站及各个地方所有用电用户联系起来。输电线路的安全运行在电网中有着不可替代的重要作用，它能否安全运行直接影响着用电用户能否获得电能质量较高的用电以及电网能否稳定的运行。如果要实现“强电强网”的需要，尽最大可能的满足社会生产和广大人民生活的需要，这是就要保证电力系统输电线路的稳定性及安全运行。12输电线路防雷设计方法的研究现状目前，输电线路雷电主要从以下几个方面的设计1、架设避雷线避雷线的架设在电力系统输电线路中最为常用，它是输电防雷的最主要手段，避雷线的架设最主要的作用就是为防止当发生雷击现象时输电线路遭受绕击影响，其他最用也有很多，如（1）耦合作用（2）屏蔽作用（3）分流作用，2、降低杆塔接地电阻；1）降低杆塔的接地电阻有助于提高线路的耐雷水平，当输电线路遭到雷击时，随着接地电阻的较少，杆塔的电位也会随之减少，从而使得绝缘子两端的电压减少。3、在部分地段装设避雷器；在防雷保护的各种措施中，还有一种最为常用的保护措施就是安装线路避雷器。安装线路避雷器可以有效的抑制当发生雷击时产生的反击或者绕击效应亦或者由其产生的过电压现象。当避雷器两端电压达到其动作电压时，这时线路避雷器相当于导线，使其泄放到大地，从而使输电线路过电压降低，保障线路的安全4、提高线路整体绝缘水平。输电线路防雷的主要措施还包括提高线路的整体绝缘性能，当输电线路的绝缘性能提高时，当雷击避开避雷线发生绕击现象时，由于线路的绝缘水平提高，则输电线路的耐雷水平也将提高。在选择输电线路的设计防雷设施时，应根据所研究地方的雷电活动情况，应以依据很多各项不同的条件进行综合考虑包括输电线路的绝缘情况、有无自动重合闸或备用自投装置、负荷的重要程度等，并按照技术程度、经济程度进行比较，作出最合适的方案。2220KV输电线路雷电过电压的计算及理论分析21雷电产生的机理雷击地面物体时，由于带电云层对地放电其初始电位很高易击穿空气产生先导通道2223，此时被击物体的初始电位可以定义为雷电流和被击物体与大地间电阻的乘积。事实上，我们可以将雷云对地间产生的放电看作一个电流源。从防雷保护工程与被击物体地面上的实际效果角度考虑，雷云对地放电物理过程可以简化为向地传播的电磁波过程，其传播通道有稳定波阻抗，故有如图如图21的计算模型02I0ZCZI图21雷电流源的计算模型人们在雷云对地放电的过程中仅能测出雷击地面物体时流过物体的电流，I根据图21可以推出的计算公式如下式I2102CZI由上式可知与有关，当0时，实际情况下不可能为零，ICZCICZ但是当时，可以近似认为0。所以当接地的电阻非常小时，国际上0C对雷电流是这样规定的，雷电流即为流过被击物体本身泄入大地的电流。工程上，我们通常用耐雷水平及雷击跳闸率两个标准来衡量输电线路的防雷性能的好坏。耐雷水平指输电线路遭受雷击时，绝缘子不会闪络的雷电流的最大幅值。雷击跳闸率是指规定长度的输电线路和规定雷暴日情况下，雷击事故产生的跳闸次数。我国将雷击跳闸率定义为每100公里线路每年在规定雷暴日下雷击引起的线路跳闸次数，它是看线路防雷性能好坏的重要参数。因此评估线路的耐雷性能，可以看其耐雷水平及雷击跳闸率的大小。从雷电过电压28产生的角度来看，其有以下两种类型，如图22所示（1）感应雷过电压，是雷击线路附近大地（A）、雷击杆塔（B）、雷击避雷线（D）。（2）直击雷过电压分为反击即为雷电击杆塔（B）、雷击避雷线（D），还分为绕击即雷击导线引起的线路过电压（C）。ABDC地面图22输电线路雷击情况图示22感应过电压的计算分析221无避雷线时感应过电压计算当输电线路周围的地面遭受雷击时，输电线路上的导线中就会有感应过电压出现，它包括电磁感应分量和静电感应分量。由电磁场和电磁波的理论知识可知，若雷电流的波形是直角波，我们可以通过图23来计算离雷击点最近导线上某处的感应过电压的静电分量一、雷击输电线路附近地面（200LN122DDHUS2）把代入上式，I（202DIHKS3）式中。012K考虑到电磁分量的存在，与导线上电流波的叠加效果，还要乘以两个修正系数，。12这时总的感应过电压为，GU（212DDIHKS4）实际线路中实测25。并且对于一般杆塔当M时，没有时，K652DSH（22125LN1DGHUS5）二、雷击杆塔大多数情况下，当满足，式（26）可为，2DH（215LN5LN125DDGHIUII6）对于大多数情况下出于计算方便，H一般可取65M，则式（26）变为，（226GDIUHA7）其中感应过电压系数，数值为雷电流的平均值，为/26LDIKASTDH导线的高度。222有避雷线时感应过电压计算在架空线路存在避雷线的情况下，由于其屏蔽作用，三相导线上产生的感应过电压减小。在避雷线不接地的情况下，三相导线和避雷线上的感应过电压分别为（2BUAHD8）式中A为系数，为避雷线高度，为导线高度可得出BHD（2BBH9）工程上避雷线都会接地，其等同在避雷线上加一个相应的电压从而使避雷线上电位为零，同时导线上会出一极性相反的电压（2“DBUK10）此时，感应过电压变为（2“1BDDBDDDHUKKU11）雷击避雷线与杆塔时的；DDU雷击附近地面时的。25IHS23雷击导线引起的线路过电压线路过电压有两种类型输电线路有时没有避雷线，雷电直接击在输电线路上产生的，或者有时由于地形，杆塔等因素雷电绕过杆塔避雷线直接击在导线上而产生的过电压。231耐雷水平的计算当雷击于无限长导线于A点，此时雷电流波接触到的是两侧导线的波阻抗的并联（），由于，可以近似认为此时的A点没有折射发生，可得到2Z02ZA点的雷电过电压为224AIZU12）此时当时将发生绝缘子串闪络。可得出雷击导线时的耐雷水平为50AUU（25024UIZ13）工程上近似雷击导线中央的计算公式为（25021I14）232雷击跳闸率计算50公里一年的雷击次数N计算公式如下（210HTH15）参数一个雷暴日内一平方公里产生雷电次数的平均数，我国取；015线路的平均高度，单位M；H雷暴日。T有避雷线的情况下，雷击在导线上有一定的绕击率，绕击率，其分为平P原与山区两种情况，下式计算平原线路（29386LGHP16）山区线路（23586LGHP17）雷击导线不一定会产生跳闸，只有冲击闪络转变为稳定工频电弧才会产生跳闸。冲击闪络转变成稳定的工频电弧的概率叫建弧率（2275014E18）E绝缘子串的平均运行电位梯度，单位KV/M。中性点直接接地（23JELUE19）式中为线路额定电压单位KV，为绝缘子串闪络距离单位M；EUJ中性点非直接接地（22EJELU20）式中为线电压单位KV，为相间绝缘子串长度单位M。EUJ为雷电流幅值超过绕击耐雷水平的概率，其计算公式为2P（2810LG52UP21）这时雷击导线的跳闸率计算为（2AKM/22NN22）24雷击杆塔和避雷线引起的线路过电压241耐雷水平计算一、雷击档距中央雷击避雷线中央时，会产生很大的过电压。这时被击点处的电位为（22BBLDIUT23）半档距避雷线的电感，单位UH；BL雷电流的陡度。此时，导线与避雷线间的空气绝缘所受电压（2112BKBLUK24）可以得出不闪络的条件（25012BUK25）导线与地线间为S（M）时，此时，507SKV（212BLK26）此时取K025，波阻350欧姆，波速V075C225M/US，于BZ是为档距，单位为M，取50KA/US,代入（221）0782BZLLL（22SL27）我国,在档距中央，导线、地线间的距离S可按（21L28）但这样计算值依然很可靠。二、雷击杆塔波头部分（2LGTI29）分流系数，雷电流经杆塔分流。杆塔分流系数可由图24电路计算出来。为杆塔两侧相邻档避雷线的电感0并联值，。一避雷线电感并联值为档距的067倍，两避雷线电感并联HL值为档距的042倍。为杆塔电感，。为杆塔冲击接地电阻，单位。LTLHIR图24计算杆塔分流系数的电路图假设雷电流波头取做斜角波，那么杆塔中的雷电流波头也同样可以取做斜角波，则杆塔的分流系数为（2210TITLR30）式中雷电流波头长度，取26。TS对一般长度的档距，可参照表21所列数值。表21分流系数TABLE21CURRENTDIVIDERCOEFFICIENT额定电压避雷线根数分流系数10901102086109222020883302088塔顶电位等值电路图如图25所示TDU图25等值电路图（2/26GTLTDCHGTLCHGTCHGTDIDIURIIRR31）避雷线耦合到导线上的电位，这时避雷线与塔顶电位相同。1TDUKU雷击塔顶时雷电先导在导线上的的感应电位（22DH32）U2为负的理由雷电先导在导线上产生感应过电压的极性（感应出正电荷）与流入杆塔中的电流极性相反。此时导线电位为（2121DTDUUKUHK33）绝缘子串的电位（2JTDTD34）把代入234式LI/2BI/2BIGTI2BLBLGTLCDRIAGTLGTICHRBIL（2126GTDJLCHUIRK35）只要时，绝缘子串就会发生闪络。可得出50JUU（2501012626GATCITIHHLKRKK36）式中HT杆塔高度，M；HA横担对地高度，M；HG避雷线对地平均高度，M；HC导线平均高度，M；杆塔分流系数；K导线和避雷线间的耦合系数；K0导线和避雷线间的几何耦合系数；RI杆塔冲击接地电阻，。242雷击跳闸率计算雷击跳闸率只考虑雷击杆塔顶部时，（237）1NGPNAKM/式中N每年每一百里雷击的总次数；G击杆率；雷电流幅值大于雷击杆塔的耐雷水平的概率值；1P建弧率。的计算式（221LG8IP38）为雷击塔顶时耐雷水平。2I规程中给出了G一般取值如表22避雷线根数012平原1/21/41/6山丘11/31/43220KV输电线路各项防雷措施效果分析这些年来,因为雷击而造成跳闸故障的频频发生,这对于系统的正常运行造成了很严重的影响事实上，当针对不一样结构的杆塔处于不同地形、地貌时，我们会采用不一样的应对方法。现在这些防雷的方法大部分是用来应对雷电的绕击和反击,现在用下面的计算来揭示多种应对方法带来的影响。31降低接地电阻的效果分析根据我们一些分析得到的结果,得出的反击跳闸率和接地电阻之间的关系如下图31。能从图中得出接地电阻的增加，会导致因雷电反击导致的跳闸率的显著增加,而反击跳闸率也会随着杆塔高度的增加而增加我们发现,对于长度一样的杆塔,猫头塔的因遭受反击导致的跳闸率比耐张塔的要高一些。32安装线路避雷器的效果分析关于在输电线路上加设避雷器,对于减少输电线路因遭受雷击导致的跳闸率，提高输电线路能够承受雷电的水平有着很显著的作用。线路避雷器一般是为了保证安装的相位和杆塔不受到雷击的损坏,而它的保护效果对于它旁边的杆塔是很小的。33加强线路绝缘水平的效果分析线路绝缘水平所引用的设计准则随着地域的不同就有所不同。一般时候,220KV输电线路规定不可以少于13片绝缘子,有一些地区采用的是较高的准则,绝缘子片的数量可能较多，而有些地区采用的配置准则比较低，绝缘子片数较少。所以我们能够改造绝缘子，用这个方式保护因遭受雷击而跳闸的线路。331加强绝缘对反击跳闸率的影响如图33，它描述了220KV同杆双回塔的增多绝缘对于跳闸率产生的作用。从图中可以看出,在呼高同为30米时,绝缘子片数为15的绝缘子串比绝缘子片数为14的绝缘子串反击跳闸率低，也就是说，增强绝缘可以减少杆塔的反击跳闸率。332加强绝缘对绕击跳闸率的影响对于玻璃绝缘子和合成绝缘子，我们可以通过分别增多其个数和其长度来提高输电线路的能够承受雷电的水平，一是增多绝缘子的片数，也就增强了绝缘子抵抗雷电的作用，从而增加了其抵抗雷电过电压的本事，二是通过加大绝缘子的长度来降低保护角，有助于避雷线的屏蔽保护。34加装侧向避雷针等措施的效果分析减小杆塔接地电阻、增强绝缘和安装线路避雷器对于提高输电线路的耐雷水平有很好的效果,除此之外，要增强输电线的能够承受雷电的水平，以下三项措施也是较为常见的，他们分别是加装耦合地线、减小避雷线保护角和装设侧向避雷针。4线路防雷仿真模型建立及分析当电力系统输电线路发生雷击现象时，输电线路会出现暂态过电压，它一般通过杆塔和导线中传播，其传播方式一般被认为是认为是电磁过程的一种，所以可以采用电磁法来研究杆塔与导线的电位值，但用电磁场的方法是相对繁琐和不易的，于此同时还需要人为指定许多不符合真实情况的参数，因此必然导致计算结果误差较大。本文我们利用ATPEMTP仿真系统26，收集并测试各类系统防雷参数，寻找最合适的参数，最后建立了直击雷仿真模型，开发成中I回220KV线路、东成I回220KV线路仿真模型，并依据测量数据完成仿真模型验证。我们通过仿真模型输出的结果分析所研究地方输电线路的防雷薄弱点，并研究了输电线路改革的优化方案，并通过直击雷仿真模型验证了各种防雷措施是否真正的达到标准及其有效性。41仿真模型建立（ESTABLISHMENTOFDAMINGCOALSIMULATIONMODEL）411输电线路模型目前ATPEMTP软件提供五种输电线路模型包括JMARTI、BERGERON、NODA、PI、SEMLYEN。本文采取JMARTI模型，因为与其他模型相比，JMARTI模型的精度更高一些，因为当采用JMARTI28时我们一般都会考虑雷电流频率与杆塔的不均匀阻抗等特性，基于这些具体的特性计算出来的精度会更准确一些。ATP中点选JMARTI线路模型，如图41所示，根据测量线路实际情况，输入对应的线路参数。可以通过选择使用五线架空线模型来模拟出双避雷线和三相导线的模型。图41输电线路仿真模型412杆塔模型输电线路杆塔的模型2933常用有三种一是集中电感模型，二是单一的波阻抗模型，三是多波阻抗模型。第一种是集中电感模型。集中电感模型是通过单回架空线路运行统计总结和理论研究得出的结果，集中电感模型的计算方法一般在我国规程的防雷中常常使用。这种模型适合于小于30米杆塔的仿真应用。该模型的基本原理如图42所示绝缘子串绝缘子串绝缘子串1INU2I3IN1P23PTOPIT3ILT4TLIR3/2LZ/S图42杆塔集中电感模型原理图TOPU图中，杆塔顶部电压；PU为杆塔横担电压；INU为绝缘子两端电压；3L为相导线上的电压；T为杆塔等效电感SL为避雷线等效电感；I为第三条相导线流过的电流；3LZ为导线的波阻抗。第二种是单一的波阻抗模型。这种模型一般都把杆塔看作均匀参数，通过不同杆塔的结构来设定其计算时的参数值，但是在现阶段杆塔高度各有不同的情况下，用均匀参数取值是不准确的，这样的单一波阻抗模型也常见，比较著名的为CIGRE提出的模型，如图43所示1R2R3R1H图43杆塔的等效半径竖直杆塔的波阻抗可用下式表示（4106LNCOT05A/VZRH1）式中杆塔高度；H杆塔平均高度。AVR并且，式中，的含义见1212312/RHRH1R231H2图2所示，水平横担的波阻抗可用下式表示（437/2LN/PZHR2）式中导线对地的平均高度；H导体半径。RYAMADA和ISHII提出了多波阻抗模型。多波阻抗模型的原理充分考虑了杆塔本身的结构和以及发生雷击现象时雷电波在杆塔上行进的问题，它把导体分成四个部分，通过杆塔的高度和半径的大小来决定仿真模型中多波阻抗值的大小，其计算公式如下（43/260LNTHZR3）由于本文所研究的线路就是220KV输电线路，基于输电线路过程中杆塔高度均小于40米，所以我们采用了精度比较高结构比较简单的集中电感模型。如图44所示，（A）是110DSN15实物图，（B）为它的集中电感仿真模型。（A）（B）图44110DSN15杆塔仿真模型412雷电流模型波形主要有HEIDLER、双指数波和斜角波三种模型3437。HEIDLER函数（4012,0,/EXP/,NTITITT4）其中为峰值修正因，由调整和可分别函数11/NNTT2EXP/T的上升沿和衰减程度，可通过调节该式中的各个参数得到不同峰值等不同特征的雷电流。脉冲函数（4012,0,EXP,NTITIT5）是峰值修正因子，。12/NAT1/AT双指数函数（40,0,EXP,TITIT6）其中为峰值修正因子，。改变EXPPTTLN/PT和可分别改变函数的衰减程度和上升沿。T在IEC推荐中，它一般推荐我们使用函数形式为HEIDLER，这是因为在工程实际测量中我们所测到的真实雷电流的波形和由于实际所测到的真实雷电流的波形特征和HEIDLER函数的波形特征特别相似，如波形的上升沿，HEIDLER函数相对于双指数函数和脉冲函数上升速度比较缓慢，并且降到最小值的时间稍长，与实测结果相近。本文中我们模拟雷电流就是通过使用ATPDRAW程序中自带的HEIDLERTYPE电流源来模拟，其输出电流波形与模型如图45所示。图45雷电流模型与波形图FILEEXA_9PL4XVARTCLIGHTTOP0510152025US020406080100120KA413绝缘子串模型目前，我们常搭建绝缘子长的模型有两种压控伏秒特性模型与开关模型。这两种模型的搭建都是通过绝缘子串固有的性质来设定的。压控开关模型，是指开关两端的电压决定开关的闭合，随着开关两端电压达到动作电压时，开关闭合，这时压控开关相当于导线。因此，当我们采用压控开关模型来模拟绝缘子串时，绝缘子串的50闪络电压就是压控开关的动作电压，所以当绝缘子串两端的电压过高甚至超过压控开关的动作电压时，采用压控开关模型就会产生动作，其开关就会闭合，从而是绝缘子串发生闪络现象，如图46所示的T1时刻。绝缘子闪络电压与放电时间具有一定的关系，这种关系是通过绝缘子串伏秒特性模型38反映了出来，如图46所示的伏秒特性曲线，通过该曲线我们可以比较同时刻时绝缘子伏秒特性曲线与绝缘子串两端电压的大小，当结果是如果前者大于后者时，绝缘子就会反生闪络现象，如图46中的T2时刻之后，此时雷电流会产生过电压。因此当我们需要更精确的计算结果时，我们应该选取绝缘子伏秒特性模型，这样我们所描绘的更有说服力。绝缘上的电压波形50U1T电压时间2绝缘伏秒特性曲线图46绝缘子串仿真模型对比曲线本论文设计中，绝缘子串闪络模型是通过MODEL与TACSSWIT控制开关组合成的，如图47所示，绝缘子伏秒特性曲线由公式来表示，其中表示绝缘子串的闪络电压。/INF0INFTUTEINFU50U判断绝缘子闪络流程图如图48，输入雷电流计算绝缘子串两端电压输出耐雷水平是否闪络是否每次增加1KA图47绝缘子串仿真模型图48判断绝缘子闪络流程图414避雷器模型MOA具有非常好的非线性伏安特性，正是基于MOA的这种良好特性，本文就已MOA模型来作为研究对象。当其两端电压达到动作电压时，电流增大，这时其等效为低阻值电阻；如果当MOA模型两端的电压是工作电压时，因为流过它的电流非常小，所以这时我们就把它当作绝缘来看待。因此，金属氧化锌避雷器的电压与电流的相互关系可以采用指数函数形式（4QREFUIP7）式中P和Q表示设备独特的特性为常数，Q通常取30，其中为参考电REFU压，从理论上说，其选择是任意的，这样的主要原因就是为了使方程规格化，防止数字溢出，通常我们选取电压值时要达到或接近其额定电压的两倍。本文仿真中使用的线路避雷器就是通过ATPEMTP的MOV模型去模拟的。选取P1，Q30，220000V，代入式（47）可得避雷器伏安特性，将其输REFU入到非线性电阻的属性中其用于模拟避雷器，得到避雷器的伏安特性曲线。如图49所示。图49避雷器仿真模型图410避雷器的伏秒特性FIGURE49ARRESTERSIMULATIONMODELFIGURE410VOLTSECONDCHARACTERISTICSOFSURGEARRESTER42输电线路危险点影响耐雷水平因素的仿真分析电力系统高压输电线路可靠运行严重受到雷电灾害的影响，故采取防雷措施预防与减少雷电灾害对高压输电线路的威胁非常必要。但如果防雷措施使用不当，就出现线路耐雷水平降低，相应雷击跳闸率升高等问题。这时当绝缘子两端的电压大于其冲击耐受电压时，绝缘子就会发生闪络现象。进一步了解大名架空输电线路的危险点与线路耐雷水平之间3945的关系，从大名输电线路的危险点处杆塔接地电阻、线路绝缘水平、线路避雷器、避雷线等四方面的防雷措施以及相邻杆塔之间相互影响出发，进行分析。建立大名输电线路的仿真模型，进行分析和验证防雷措施。421接地电阻和输电线路耐雷水平的关系使用大名下属的成中I回仿真系统，选取53杆塔为例进行仿真分析，部分仿真模型图如图411所示。图411成中I回部分仿真模型图当雷击于53杆塔塔顶，雷电流大小为20KA时，这时52、53、54的接地电阻分别为15、40、69即为测量值，本基杆塔及相邻杆塔5254绝缘子串两端电压波形图分别如图412所示。FILECHENGZHONGPL4XVARTVCZU52CZD52BVCZU53CZD53BVCZU54CZD54B01020304050US5050150250350450550KV图41252、53、54杆塔绝缘子串电压波形图当雷击于53杆塔塔顶，雷电流大小为19KA时本基杆塔及相邻杆塔5254绝缘子串两端电压波形图分别如图413所示这时可以看出53杆塔绝缘子发生闪络。这时就是其耐雷水平。FILECHENGZHONGPL4XVARTVCZU52CZD52BVCZU53CZD53BVCZU54CZD54B01020304050US4002000200400600KV图41252、53、54绝缘子串两端电压波形图FIGURE41252,53,54ONBOTHENDSOFTHEINSULATORSTRINGVOLTAGEWAVEFORMINFIGURE同样的可以得出当53杆塔的接地电阻为5，10，15，20，25，30，35，45，50时的耐雷水平见表41。表41不同接地对应耐雷水平TABLE41DIFFERENTGROUNDINGLIGHTNINGRESISTINGLEVELOFCORRESPONDENCE工频接地电阻值/雷击杆塔时耐雷水平/KA554104115342029252630233521401945185017由表41的数据得出，杆塔工频接地电阻越大，雷击杆塔时耐雷水平越小。进一步验证杆塔工频接地电阻与雷击杆塔耐雷水平之间的关系，同时也为大名输电线路杆塔接地电阻的整改给出了仿真依据。由于53杆塔安规程规定要40KA因此，其接地电阻要降到10以下才能满足其条件。从表41可以得出每降低5时，耐雷水平降低的百分比见表42。表42耐雷水平降低的百分比TABLE42LIGHTNINGRESISTINGLEVELLOWERPERCENTAGE工频接地电阻/耐雷水平降低百分比5升为10237410升为15178115升为20139920升为25114125升为3095430升为3580935升为4069640升为4560945升为50538由表42的数据可以看出，在5升为10时耐雷降的百分比最高，45升为50时耐雷降的百分比最小，可以得出接地电阻越低，影响耐雷水平的效果越明显。成中I回的研究结果10以下接地的变化对耐雷水平有很大的影响。大名的土壤电阻率100M，因此要求大名的接地电阻降为10，对于大跨越档距与易击段降为5以下。422线路绝缘配置对耐雷水平的影响耐雷水平与杆塔绝缘子串的50冲击闪络电压有关，同样以成中I回50U53杆塔为例进行仿真，得出当绝缘子片数为8、9、10片时的耐雷水平。加强绝缘以后，输电线路耐雷水平的变化如表43所示。表43加强绝缘后耐雷水平TABLE43REINFORCEDINSULATIONAFTERLIGHTNINGRESISTINGLEVEL绝缘子片数耐雷水平KA（接地电阻40）7198229251028表44给出每增加1片、2片、3片时耐雷水平的升高的百分比。表44增加绝缘子的耐雷水平的变化百分比TABLE44INCREASELIGHTNINGRESISTINGLEVELOFINSULATOROFPERCENTAGECHANGE增加片数升高百分比111502230033450对于220KV线路来说，其绝缘子片数一般为710片，表43给出了成中I回53杆塔接地电阻为40时的，绝缘子为710片的耐雷水平，可以看出随着绝缘子片数的增加耐雷水平增加；表44给出每增加1片、2片、3片时耐雷水平增加的百分比，可以看出每增加一片大约增加10。423避雷器对耐雷水平的影响线路避雷器一般与杆塔绝缘子并联，选避雷器的原则是其残压要低于绝缘子的两侧电压的50，当发生雷击时，过电压使得线路避雷器保护动作，这时线路避雷器产生泄流的作用，把雷电流分到导线上，相应的提高了导线的电位，这时绝缘子串两端电压即杆塔塔顶电位与导线的电位差也减少，保护绝缘子串不发生闪络现象。从而达到抑制线路上的雷电过电压，有效减小输电线路跳闸的概率。为验证避雷器在防雷工程中的这些作用，本文的研究建立了避雷器仿真模型，仿真分析避雷器的特性，并探究了避雷器安装与否及安装密度对耐雷水平的影响，以及降低接地电阻与避雷器的配合应用对线路防雷的重要性。本次仿真选用东成I回31、32、33杆塔作为研究对象。有无线路避雷器两种情况下耐雷水平的对比，（1）不装设避雷器时仿真模型部分截图见下图所示图413不装设避雷器时仿真模型部分截图FIGURE413NOTINSTALLEDLIGHTNINGARRESTERSIMULATIONMODELISPARTOFTHESCREENSHOT当雷电流为47KA时，各基杆塔绝缘子两端电压波形如图23所示，其中红色为31，绿色为32，蓝色为33。FILEDONGCHENGPL4XVARTVDCU31DCD31BVDCU32DCD32BVDCU33DCD33B01020304050US1000100200300400500600KV图414雷电流值为47KA时杆塔电压波形、由图414知道这三基杆塔绝缘子串均未闪络。当雷电流为48KA，各基杆塔绝缘子串两端电压波形如图415所示。FILEDONGCHENGPL4XVARTVDCU31DCD31BVDCU32DCD32BVDCU33DCD33B01020304050US6004002000200400600KV图415雷电流值为48KA时杆塔电压波形FIGURE415RAYWHENTHECURRENTVALUEOF48KATOWERVOLTAGEWAVEFORM由图415可以看出当雷电流为48KA时，绿色线的杆塔即32的绝缘子闪络了，而其他两个相邻杆塔上的绝缘子没有闪络。由耐雷水平的定义可以知道当线路上未安装避雷线时，32杆塔（绿色）的临界雷电流幅值47KA即是其的耐雷水平。（2）装设一组避雷器未安装线路避雷线时，32杆塔的耐雷水平就是47KA。现在在32杆塔上装设避雷器，部分仿真图如下图所示图41632杆塔上装设避雷器部分仿真图将雷电流值增大到66KA。此时，各基杆塔绝缘子串两端电压波形如图417所示。FILEDONGCHENGPL4XVARTVDCU31DCD31BVDCU32DCD32BVDCU33DCD33B01020304050US6004503001500150300KV图417雷电流值为66KA时杆塔电压波形由波形图417得，绝缘子串都没有发生闪络现象。将雷电流的值改为67KA。各基杆塔绝缘子串两端电压波形如图418所示。FILEDONGCHENGPL4XVARTVDCU31DCD31BVDCU32DCD32BVDCU33DCD33B01020304050US6004503001500150300KV图418雷电流值为67KA时各基杆塔电压波形由图418可以看到，31杆塔的绝缘子串出现闪络。32杆塔和33杆塔的绝缘子串都没有出现闪络。将雷电流值增大至156KA时，各基杆塔绝缘子串两端电压波形如图419所示。FILEDONGCHENGPL4XVARTVDCU31DCD31BVDCU32DCD32BVDCU33DCD33B01020304050US8006004002000200400600KV图419雷电流值增大到156KA时各基杆塔电压波形分析图419可得，31杆塔和33杆塔的绝缘子串分别有闪络的现象出现，而32杆塔的绝缘子串始终没有闪络出现。由仿真图417、图418、图419得出，在32杆塔安装线路避雷器，当雷电流为66KA时雷击32杆塔，此时32杆塔线路绝缘子串未出现闪络，因为此时的雷电流大部分入地，使得32杆塔的绝缘子串两端电压减小，从而绝缘子未闪络。雷电流为67KA，31（红色）绝缘子闪络，即是现在32线路耐雷水平为66KA。此时32杆塔的耐雷水平由未安装避雷器的31杆塔决定的。进一步可以得出避雷器的装设只是针对装设杆塔本身提高耐雷水平。为使得输电线路的耐雷水平有更大的提升，可在31杆塔上安装一组避雷器同样也在33杆塔上安装一组避雷器之后再仿真。当雷电流值幅值为160KA，31、32、33杆塔绝缘子串两端电压波形如图420所示。FILEDONGCHENGPL4XVARTVDCU31DCD31BVDCU32DCD32BVDCU33DCD33B01020304050US20015010050050100150200KV图420雷电流值为160KA时杆塔电压波形由图420知这三基杆塔的绝缘子串受雷击时都没有发生闪络。由此得出结论在31和33号杆塔上分别安装一组避雷器时，雷电流幅值为160KA时，雷击32杆塔，此时32与其相邻两个杆塔上的绝缘子均未闪络。由以上一组仿真可以得出（1）220KV架空线路32杆塔在装设线路型避雷器后，其耐雷水平得到了极大的增强，比如在本次仿真中32杆塔耐雷水平由未装避雷器时的47KA提高到66KA。（2）线路避雷器有一个非常重要的特点，即其只能保证装设有避雷器的杆塔本身的绝缘子串不会发生雷击闪络，其不具有外延保护，因此，相邻杆塔的防雷措施也要做好。FILECHENGZHONG1PL4XVARTVCZU2CZD2BVCZU5CZD5BVCZU6CZD6B01020304050US9006003000300600KV图4212、5和6杆塔绝缘子串两端电压波形424避雷线对耐雷水平的影响通过仿真对比绕击导线和直击避雷线时绝缘两端电压，并通过仿真波形计算分流系数和耦合系数，与公式计算结果对比，同时验证仿真模型的正确性。一、220KV输电线路绕击仿真1、本仿真选用成中I回24、25、26杆塔及中间线路作为研究对象，绕击仿真线路图如图422，雷电流设置为10KA。图422绕击仿真线路图仿真结果如图423FILERAOJI1PL4XVARTVSDXAVBLXCXX0191SDXA01020304050US100100300500700900103、图423输电线路与避雷线电压波形FILERAOJI1PL4XVARTVXX0125SDXB01020304050US8006004002000200400600800KV图42425杆塔绝缘子两端电压波形2、雷击杆塔或附近避雷线仿真线路图如图425，雷电流设置为30KA图425雷击杆塔或附近避雷线仿真线路图仿真结果如图426所示FILERAOJIPL4XVARTVSDXAVBLXCXX0279LDL01020304050US1000100200300400500600700103、图426输电线路与避雷线电压波形FILERAOJIPL4XVARTVXX0159SDXB01020304050US50050100150200250300KV、图427绝缘子两端电压波形3、结论分析（1）图423与图426对比可以看出输电线路上的雷过电压在绕击发生时比较大，而这时的雷电流相比雷击附近避雷线或者杆塔时要小的多，可以得出发生绕击即使雷电流很小也会造成很大的危害，由图424可看出此时的绝缘子已经闪络。由图426可以看出避雷线的对导线的保护作用，从而进一步验证了架设避雷线防止绕击发生的有效性与重要性。（2）从图423与图426中可得出遭受雷击时，输电线路电压迅速的达到最大值，对线路安全运行有很大影响。同时指出了输电线路防雷保护的必要性与重要性。二、杆塔分流系数仿真避雷线的架设之所以能使得杆塔分流系数减小。仿真线图路如图428图428分流系数仿真线路图仿真结果如图429FILENONAMEPL4XVARTCXX0283XX0239CXX0239XX0273CXX0239XX0289CXX0239XX02950153045607590US5413223140KA雷电流（红）、杆塔（绿）图429分流系数仿真波形图1、仿真模拟计算由图429可知，当雷电流（红色）为365KA时，从杆塔流入大地的雷电流（绿色）为31