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摘要：通过对110kV东门同塔四回线路防雷水平计算分析，同而提出了110kV同塔四回线路防雷设计建议，为多回同塔高压线路防雷设计积累经验。
关键词：110kV同塔四回线路；防雷计算；防雷建议
1 线路反击耐雷水平与跳闸率计算
1.1 线路条件
为了对线路的雷击跳闸率做出比较科学的分析，对不同塔型在各种地形条件下的雷击跳闸率进行分别计算，进而通过按比例加权的方法求得该线路总体的雷击跳闸率。
台山供电局110kV东门同塔四回线路共36基杆塔，这36基杆塔主要由一种角钢四回耐张塔JGUS5，一种普通直线塔ZGUS5，两种钢管四回耐张塔DJ3412、DJ3413，一种钢管四回直线塔DZ3411以及一种角钢两回塔SJD335组成。计算中，我们研究的重点是两种普通四回杆塔JGUS5、ZGUS5。
钢管杆由于构成中钢管半径较小，不适合用杆塔的多波阻抗模型进行计算，若使用集中电感模型计算则有一定偏差，因此这里未作计算。
1.2 接地电阻配置建议
各种杆塔的反击跳闸率都随接地电阻的增大而明显增高，并且高度越高的杆塔跳闸率越高。降低杆塔接地电阻能够有效降低反击跳闸率。
各杆塔反击耐雷水平及跳闸率随接地电阻变化：
设计中接地电阻值为20Ω，计算中冲击接地电阻取为15Ω，为做比较，另外计算了冲击接地电阻为7Ω时的反击耐雷水平和反击跳闸率。
JGUS5反击耐雷水平和跳闸率随接地电阻的变化如表1.2，杆塔呼高取21m
表1.2. JGUS5反击耐雷水平和跳闸率随接地电阻的变化
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ZGUS5反击耐雷水平和跳闸率随接地电阻的变化如表1.3所示，杆塔呼高取24m。
表1.3. ZGUS5反击耐雷水平和跳闸率随接地电阻的变化
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从上述计算结果我们可以看到，在杆塔接地电阻取20Ω，冲击接地电阻取15Ω时，两种转角塔的跳闸率高达1.73次/100公里年，而直线塔ZGUS5的跳闸率更是高达3.18次/100公里年，大大地超过了限值。在上述两种塔型中，在冲击接地电阻降到7Ω时，JGUS5的跳闸率降到了0.60次/100公里年，ZGUS5的跳闸率降到了1.46次/100公里年。两种转角塔的耐雷水平在冲击接地电阻降到7Ω时都降到了较低水平，只有直线塔ZGUS5仍不能满足要求。
ZGUS5型杆塔，在冲击接地电阻取为7Ω时，反击跳闸率依然较高，因此又计算了冲击接地电阻取5Ω时杆塔的反击耐雷水平和跳闸率。
表1.4. ZGUS5型杆塔冲击接地电阻取5Ω时杆塔反击耐雷水平和跳闸率
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线路总跳闸率随着杆塔接地电阻的减小明显降低，因此在杆塔设计中，建议将杆塔的冲击接地电阻降到7Ω以下。
接地电阻配置建议：
杆塔反击耐雷水平和跳闸率随着接地电阻的变化有着明显的变化，接地电阻的减小对改善杆塔反击跳闸率有着十分明显的效果。对于转角塔JGUS5，建议将冲击接地电阻降到7Ω，即将杆塔接地电阻降到10Ω以下。对于直线塔ZGUS5，由于杆塔高度较高，而且直线塔采用的是合成绝缘子，绝缘长度相对较短，因此跳闸率较高，建议将接地电阻降到7Ω以下，冲击接地电阻降到5Ω以下。
2 杆塔呼高对反击耐雷水平和跳闸率的影响
杆塔呼高变化可以改变杆塔波阻抗模型中波阻抗的长度，影响雷电流波过程传到地面折反射的时间；还能改变线路的等值受雷宽度，因此杆塔的反击跳闸率会随着杆塔呼高的变化而变化。
以杆塔ZGUS5型杆塔为例，计算杆塔呼高对于反击耐雷水平和跳闸率的影响。杆塔呼高分别取24m和30m，杆塔冲击接地电阻取7Ω，杆塔反击耐雷水平和跳闸率如表1.6所示。
表1.6. 杆塔ZGUS5反击耐雷水平和跳闸率随杆塔呼高的变化
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可以看到，同样的塔型，呼高越高的杆塔，其反击耐雷水平越低，反击跳闸率越高。对于同样塔型中呼高较高的杆塔，为了将其反击跳闸率降到较低水平，需要采取更多的措施，接地电阻降得更低，绝缘水平增加得更多，乃至于安装线路避雷器等。
3 差绝缘措施研究
对两种塔型分别进行差绝缘的计算研究。
3.1 JGUS5
杆塔接地电阻取7Ω，呼高取21m
先在杆塔上层右侧增加两片绝缘子，下层增加一片绝缘子。
表1.11. JGUS5杆塔上层右侧增加两片绝缘子下层增加一片绝缘子时反击跳闸率.png)
在杆塔上层右侧增加两片绝缘子，下层增加两片绝缘子。
表1.12. JGUS5杆塔上层右侧和下层均增加两片绝缘子时反击跳闸率
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3.2 ZGUS5
杆塔接地电阻取7Ω，呼高取27m。
先在杆塔上层右侧增加两片绝缘子，下层增加一片绝缘子
表1.13. ZGUS5杆塔上层右侧增加两片绝缘子下层增加一片绝缘子时反击跳闸率
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在杆塔上层右侧增加两片绝缘子，下层增加两片绝缘子
表1.14. ZGUS5杆塔上层右侧和下层均增加两片绝缘子时反击跳闸率.png)
表1.15. ZGUS5杆塔上层右侧和下层均增加两片绝缘子冲击接地电阻取5Ω时反击跳闸率.png)
3.3 差绝缘配置方法建议
综合以上各塔型的各差绝缘措施的效果，对于两种塔型的差绝缘配置建议如下：
对于转角塔JGUS5，建议在杆塔上层右侧和下层均增加两片绝缘子。在采取这种差绝缘方式下单回跳闸率为0.59次/100公里年，双回同时跳闸率降为0.15次/100公里年，三回同时跳闸率降为0.12次/100公里年。
对于直线塔ZGUS5，建议在杆塔上层右侧和下层均增加两片绝缘子，杆塔冲击接地电阻取为7Ω时，单回跳闸率为1.60次/100公里年，双回同时跳闸率降为0.58次/100公里年，三回同时跳闸率降为0.48次/100公里年；杆塔冲击接地电阻取为5Ω时，单回跳闸率为1.25次/100公里年，双回同时跳闸率降为0.33次/100公里年，三回同时跳闸率降为0.25次/100公里年。
4 避雷器安装方法
若线路对跳闸率要求很高，最好能够采用安装线路避雷器的方法。线路避雷器优先安装在上层的一回线路上，这样由于线路避雷器的泄流和保护作用，线路的单回和多回耐雷水平都会得到有效地提高。以JGUS5为例进行避雷器安装方法的计算，杆塔冲击接地电阻取为7Ω，杆塔呼高取为21m。
表1.16. JGUS5上层右侧A相安装线路避雷器，杆塔反击跳闸率.png)
表1.17. JGUS5上层右侧及下层右侧A相安装线路避雷器，杆塔反击跳闸率.png)
表1.18. JGUS5上层右侧及下层两回A相安装线路避雷器，杆塔反击跳闸率
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从上述各表的计算结果来看，安装线路避雷器后，在杆塔遭受雷击时，雷电流大部分从避雷器再经杆塔入地，绝缘子两端的过电压大大降低。避雷器并非只降低了安装串两端的电压，对旁边的其他绝缘子串上的电压也有着一定的降低作用。因此，将避雷器分散安装到杆塔上的方案能够最有效地提高线路的耐雷水平，降低反击跳闸率。
经过计算比较，我们认为最佳的避雷器安装方式为在上层右侧和下层两回线路的某相绝缘子上安装线路避雷器，在此方案下，线路的单回跳闸率从0.60次/（100km年）降到了0.20次/（100km年），双回同时跳闸率从0.60次/（100km年）降到了0.11次/（100km年），三回同时跳闸率从0.48次/（100km年）降到了0.09次次/（100km年），效果十分明显。
若想同时进一步降低单回跳闸率，则可以采用四回导线同时在最上相安装线路避雷器的方案。
5 台山110kV东门同塔四回线路各种杆塔防雷措施总结
5.1 降低接地电阻
两种塔型各选取一种，比较降低接地电阻前后的反击跳闸率如表2.1所示。
表2.1. 降低接地电阻前后各杆塔反击跳闸率
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降低接地电阻对降低反击跳闸率的作用明显。可见对于转角塔JGUS5，建议将冲击接地电阻降到7Ω，即将杆塔接地电阻降到10Ω以下。对于直线塔ZGUS5，建议将冲击接地电阻降到5Ω，即将杆塔接地电阻降到7Ω以下。在高土壤接地电阻率地区，接地电阻难以达到这样的要求，则需要采取其他措施，如增强绝缘、安装耦合地线、安装线路避雷器等。
5.2 采取差绝缘
比较采取差绝缘措施前后杆塔反击跳闸率的值，结果如表2.2所示。
表2.2. 采取差绝缘措施前后杆塔反击跳闸率比较
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110kV与其他电压等级杆塔相比，杆塔较低，几回导线之间的高度也十分接近，上层和下层的线路的耐雷水平也较为接近，因此在为110kV同塔四回线路采取差绝缘措施时，除了牺牲掉的一回之外，其他三回增加差绝缘时均衡地增加效果较好。两种塔型都建议在杆塔上层右侧和下层均增加两片绝缘子。
5.3 避雷器安装方法
比较安装线路避雷器前后杆塔反击跳闸率的值，结果如表2.3所示。
表2.3. 安装线路避雷器前后杆塔反击跳闸率比较
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经过计算比较，我们发现在同塔四回杆塔其中一回的某相安装避雷器后技能起到较好的效果。增加避雷器的数量效果进一步提高。最佳的避雷器安装方式为在上层右侧和下层两回线路的某相绝缘子上安装线路避雷器，在此方案下，线路的单回跳闸率从0.60次/（100km年）降到了0.20次/（100km年），双回同时跳闸率从0.60次/（100km年）降到了0.11次/（100km年），三回同时跳闸率从0.48次/（100km年）降到了0.09次次/（100km年），效果十分明显。
5.4 其它措施
采用不同类型的绝缘子混合使用同样可以起到差绝缘的效果。若杆塔所处地区不是重污染地区，则可以考虑使用玻璃绝缘子和合成绝缘子混用的方法降低杆塔多回同时跳闸率。比较有效地使用方法是与差绝缘方法同时使用。需要加强绝缘的线路采用玻璃绝缘子，随后再根据需要增加绝缘子片数。
对于导线的横向三角排列方式，虽然这样排列能够有效地降低双回和多回同时调整率，但这种排列方式会大大地增加停电检修的成本，因此这种排列方式不推荐。
杆塔左右两回线路的相位排列最好不要相同。在不平衡电流的校核计算中，我们也发现，左右两回路相位不相同时，整个回路的不平衡电流较小，左右两侧有一定相差对于双回和多回同时跳闸率的限制有明显作用。
参考文献：
[1]《广东同塔多回雷击跳闸与差异化防雷研究》广东电力科学研究院，2011（9）
作者简介：李广荣，男，广西玉林人，工程师，从事高压线路设计和研究工作。
论文作者:李广荣
论文发表刊物:《电力设备》2019年第19期
论文发表时间:2020/1/15
标签：杆塔论文; 电阻论文; 绝缘子论文; 避雷器论文; 线路论文; 下层论文; 两片论文; 《电力设备》2019年第19期论文;