摘要：为分析冲击电晕对1000KV特高压交流输电线路耐雷水平的影响，针对现有电磁暂态仿真软件并无电晕模块、且只建立相导线上电晕模型而忽略避雷线上的电晕所存在的不足，基于电晕库一伏特性，采用ATP-EMTP软件分别建立了避雷线与相导线的电晕等值电路模型，并与Jmarti线路相结合，仿真分析了1000KV交流输电线路反击与绕击耐雷水平。结果表明，不论考虑工作电压与否，与不计电晕相比，计及电晕可使1000KV交流输电线路的反击耐雷水平提高近21%，绕击耐雷水平提高40%以上，为1000KV特高压交流输电线路防雷设计提供了参考。
关键词：冲击电晕；1000交流输电
1 前言
电力生产是国民经济发展的关键，随着电网建设规模与传输容量的增大，而可用架空输电线路走廊日趋紧张，采用多回线路同塔并架技术已成为超高压主干网架发展的必然趋势。目前日本，美国，西欧等超高压电网中同塔双回输电线路比较普遍，我国三峡电站及江浙等地也建设了数条超高压同塔双回输电线路。国家电网公司输电系统规划设计中指出，至2020年，我国1000kV交流输电线路将大量采用同塔双回线路架设。由于1000kV同塔双回线路杆塔增高，引雷面积增大而使雷电跳闸率升高，且存在雷电引起绝缘子双回同时闪络跳闸的情况，严重影响电力系统的稳定运行，因此对我国特高压电网中广泛推广的同塔双回线路进行耐雷性能分析具有重要的工程实践意义。
2 仿真模型的建立
2.1雷电流和输电线路模型
常用典型的雷电流模型有双指数函数模型、Heidler函数和脉冲函数模型。双指数函数模型是目前最常用的雷电流数学模型，但是模型中各参量的物理意义以及与雷电流的主要参数关系不明确。Heidler函数相对其他两类函数模型与实际测量结果更符合，当进行大冲击电流试验或需高精度反映雷电流波实际发展规律的试验时，它能很好反映雷电流的特征值，所以应优先选择Heidler函数模型。
2.2电晕的库—伏（ｑｕ）特性
冲击电晕的ｑ－ｕ特性是研究、计算行波衰减与变形的基础。在波的传播过程中，线路上的冲击电压瞬时值ｕ与线路上及其周围电晕套内的总电荷ｑ的关系为ｑ＝ｆ（ｕ）。
2.3电晕等值电路模型
冲击电晕增大了导线的对地电容和电导，陈梁金等指出在雷电冲击下，对地电导参数的影响甚微可被忽略，完全可用对地动态电容模拟电晕效应。
3 电晕参数计算
3.1电晕起始电压
当雷击线路时，冲击电压幅值相当高，致使导线表面的电位梯度增大，超过周围空气的击穿场强时线路就发生冲击电晕。
4 仿真各元件模型的建立
4.1计及电晕的输电线路模型
采用ATP－EMTP自带的架空线路LCC／JMArTi模型，该模型不仅考虑输电线路参数的频变特性，且自身已计算了导线和避雷线的几何参数，提高了计算精度。将线路分成若干段，每段线路（导线和避雷线）的两端均插入的电晕等值电路，且近似认为每段线路的电晕附加电容在一定线路长度的范围内不变。CArnEiroSJr等研究表明当线段长度由200M变为100M时，对计算结果有影响；当线段长度从100M变化为50M时，对计算结果几乎无影响，则本文线路采用50M分段。
4.2绝缘子闪络模型
采用压控开关来模拟绝缘子串，绝缘子串Ｕ50％的放电电压取4MV。当绝缘子串两端的过电压波超过绝缘子串Ｕ50％的放电电压，绝缘子串被击穿。
4.3杆塔模型
采用iSｈii提出的基于EMTP的多波阻抗模型，包括一单相无损线，阻尼电阻r和阻尼电感L并联为支路，用于修正波形。
4.4雷电流模型
选择2.6／50μS双指数波形，当线路发生反击时，雷电通道波阻抗取300Ω；当发生绕击时，雷电通道波阻抗取800Ω。
5 仿真分析
5.1建立仿真电路
建立有7基杆塔线路，档距为800M，每50M线路两端均加有电晕模型。图1为雷电击中档距中央附近的部分线路ATP－EMTP仿真电路图。图中：1雷电击中A相线；2雷电击中避雷线；3雷电流；4雷电通道波阻抗；5工频电压；6输电线路；7避雷线上电晕模型；8导线上电晕模型；9压控开关；10杆塔；11接地电阻。
5.2冲击电晕对雷电波的衰减与变形的影响
当雷电击中避雷线（反击）时，由于避雷线与导线的耦合作用，将在相导线上出现冲击波。200ｋA雷电流击中避雷线时不计电晕与计电晕两种情况下距雷击点400M处A相导线上的过电压波形。40ｋA雷电流直击A相导线（绕击）时不计电晕与计电晕两种情况下距雷击点400M雷击处A相导线上的过电压波形。①不论是雷电反击还是绕击线路，冲击电晕均严重削减过电压波形幅值。②不论是雷电反击还是绕击，线路上的过电压波在传播过程中，计及电晕时波形达到峰值的时间明显延迟于不计电晕时波形达到峰值的时间。③计及电晕时，过电压波在波尾出现振荡，可能由于输电线分成多段，线路间的电压波折、反射引起。④正因为冲击电晕引起波形幅值严重衰减，从而提高输电线路的耐雷水平。
5.3冲击电晕对1000ｋV交流输电线路反击耐雷水平的影响
随着电压等级的上升，工作电压对输电线路的耐雷水平的影响不可忽略。为考虑工作电压与不考虑工作电压两种情况下冲击电晕对1000ｋV交流输电线路反击耐雷水平的影响。可看出：①考虑工作电压下，计电晕比不计电晕时反击耐雷水平高27.1ｋA（19.2％）；不考虑工作电压下，计电晕比不计电晕时反击耐雷水平高31.0ｋA（19.4％）。②计电晕时，考虑工作电压比不考虑工作电压反击耐雷水平低22.0ｋA（11.5％）；不计电晕时，考虑工作电压比不考虑工作电压反击耐雷水平低18.1ｋA（11.3％）。③冲击电晕与工作电压对1000ｋV特高压交流输电线路反击耐雷水平均有显著的影响。考虑／不考虑工作电压情况下，与不计电晕时相比，计及冲击电晕均可提高1000ｋV交流输电线路的反击耐雷水平近20％；计／不计电晕情况下，与不考虑工作电压相比，考虑工作电压均降低1000ｋV交流输电线路反击耐雷水平11％左右。由此可知冲击电晕对其反击耐雷水平的影响大于工作电压对反击耐雷水平的影响。
6 结束语
基于ATP－EMTP建立电晕等值电路模型，并与JMArTi线路相结合分析了冲击电晕对1000ｋV交流输电线路耐雷水平的影响。结果表明：冲击电晕引起过电压波的严重衰减与变形，可显著提高1000ｋV特高压交流输电线路耐雷水平；工作电压增大了导线表面场强，明显降低了1000ｋV特高压交流输电线路的耐雷水平；冲击电晕比工作电压对1000ｋV特高压交流输电线路耐雷水平的影响更大。实际线路遭受雷击后产生强烈的冲击电晕是防雷设计的有利因素。
参考文献
[1]伏进.特高压直流输电线路耐雷性能分析方法研究[D].重庆大学,2009.
[2]杨利彬.考虑冲击电晕的输电线路耐雷性能研究[D].重庆大学,2009.
[3]文艺.特高压交流输电线路绕击耐雷性能及其防雷措施研究[D].西华大学,2014.
论文作者:李子巍,常彬
论文发表刊物:《基层建设》2017年第24期
论文发表时间:2017/11/16
标签：电晕论文; 线路论文; 雷电论文; 电压论文; 模型论文; 过电压论文; 导线论文; 《基层建设》2017年第24期论文;