（山西元工电力工程设计有限公司 030009）
摘要：输电线路塔杆是用来支撑高压线路，确保输电线路能够正常运行，其需要具备良好的防雷功能，这需要在设计阶段充分的考虑塔杆的防雷性能，以确保输电线路运输的稳定性，但目前我国在塔杆线路防雷性能研究方面，存在着较大的分歧。本文笔者从传输线杆塔模型与计算基本原理等方面，对输电线路塔杆防雷性能指标，做了简单的论述。
关键词：输电线路；塔杆；防雷指标
输电线路塔杆防雷性能评估，作为输电线路设计的主要内容，其主要的防雷指标包括：线路耐雷水平、雷击跳闸率、线路同时跳闸率等，就以往的输电线路来看，雷电直击架空导线的机率较小，雷击主要发生在塔杆顶部，若在此处发生雷击，则雷电流可能会进入大地，使得塔杆电位升高，出现闪络情况。
一、输电线路塔杆防雷性能指标计算模型
目前，我国线性的防雷性能指标计算，主要采取的是塔杆电感模型，其是基于单回输电线路理论与运行统计得出的，但是其计算结果相对保守，且投资建设的成本相对较大。
武汉高压所曾研究测量过高塔波阻抗，但是未能达成有效共识形成标准，而且按照杆塔波阻模型，不仅计算出来的耐雷水平低，同时也不符合国家标准。基于电感模型与波阻抗模型，从基本原理、计算方法、存在的问题等方面，对其做简单的讨论与分析，意在推动防雷性能指标计算方法研究。
二、塔杆电感模型与波阻模型基本原理与计算过程
（一）电感模型计算原理与过程
基于构建原理的电感模型结构：电感模型如图1所示，其中Ri代表塔杆冲击接地电阻，其中LT是等效电感，L3指的是避雷线等效电感；Ic是相导线流通的电流，Zc是导线波阻抗；Up是塔杆横担电压，而Utop是杆塔顶部电压，Uin是绝缘子两端的电压，其中Uc3指的是相导线3电压。
电感模型计算过程：首先要计算出塔杆电流，利用计算公式iT=bi=bat，其中iT指的是过塔杆电流，b指的是塔杆分流系数，将通过避雷线的分流记为is，再利用分压原理，计算出塔杆横担电压（Up），利用计算公式Up=RiiT+L0hp，是用冲击接地电阻与其是横担高度电感上的电压之和，其中L0指的是塔杆单位长度电感值，hp指的是横担高度最后计算出Uc即雷击塔杆导线上的电压，计算公式为：Uc=KUtop-ahc（1-k0），其中k指的是耦合系数，而Utop指的是杆塔顶部电压，其计算公式为Utop=RiiT+L0hp，其中hT指的是塔杆高度。绝缘子串电压Uin=Up-Uc。
（二）波阻抗模型的基本原理与计算过程
基本原理：雷电流经过输电线路塔杆的接地电阻与波阻抗的避雷线时，会产生初始塔顶电压分量；在经过两倍档距传播后，由邻近探杆传输的反射波，会影响塔杆电压，使得塔顶的电压被降低，但是在实际计算中，反射波可以忽略不计；避雷线和导线相互耦合，会给导线引入电压分量，若避雷线没有出现电晕时，则耦合系数一般为互阻抗和自阻抗之间的比值，将电晕条件看作是需要修正的偏差。
计算过程：首先计算Utop即塔顶电压，利用计算公式Utop（t）=i（t）Z0，其中Z0指的是塔顶波阻抗，t为时间，接着计算冲击电阻电压UR（t+τ）=αi（t）Z0，以及反射回塔顶的电压波U`R（t+τ）=（1-α）i（t）Z0。
其次计算经过2t时间后，塔顶处电压Utop（t+2τ）=[i（t+2τ）-（1-α）i（t）]Z0，再将发射系数设定为β，经过反复折射后，则任意时间塔底电压计算公式为：Utop（t）=i（t）Z0-Z0，其中N为最大反射数，N≤t/2τ，而Ak则由塔底与塔顶反射系数来决定。
最后，计算横担电压Upn（t）=（1-）UR（t+τ）+Utop（t），在公式中hpn指的是计算相横担高度，而相导线电压则为Uc（t）=k0Utop（t），最终计算得出绝缘子两端电压，利用公式Uin（t）=Upn（t）-k0Utop（t）。
三、两种模型存在的问题对比分析
（一）基于计算可靠性角度分析
输电线路塔杆防雷性能指标计算模型，电感模型与阻波抗模型采取是时域解析法，其中塔杆电感模型中，绝缘子两端的电压计算结果，主要是计算时刻所输入的雷电流有关系，利用电感模型计算时刻总储能形式，进而体现雷电流输入的影响。
通过塔杆波阻抗模型，计算绝缘子两端的电压，其计算结果与计算时刻所输入的雷电流值有关，且和计算前输入的电流也存在关系，主要是2nt时刻，所输入的雷电流函数，该模型计算前，雷电流是以反射波的形式，影响塔顶电压的，所以该模型计算值与电感模型计算值相比要小，进而降低了绝缘字串反击电压，因此在实际计算过程中，在不考虑电压的条件下，波阻抗模型计算的塔杆防雷性能，与电感模型计算的可靠性要高。
（二）基于解析算法操作性角度分析
在实际计算的过程中，电感模型计算方法相对清晰，且计算方法简单，只需要使用常用计算器便可以计算，具有较强的便利性，尤其是工程计算。而波阻抗模型计算需要经过反复的折射与反射计算，在计算不同时刻电压时，均需要把计算前雷电流的影响输入进去，在塔顶电压与横担电压计算公式中，含有长串比级数，而且波阻抗模型解析计算，需要规定计算的时间，譬如：计算雷击2μs时以及6μs时的绝缘子两端电压，其计算结果相互比较，取较大值当作耐雷水平值，因此利用该模型制定时刻计算，其计算结果未必是绝缘子两端电压最大时刻值，基于解析算法角度，则波阻抗模型计算误差要大一些。
结语：
综上所述，输电线路塔杆防雷指标计算中，文中论述的两种模型均有一定的局限性，经过塔杆防雷性能指标计算模型实际应用，从两种计算模型中的计算方法应用结果，能够发现垂直雷击线路时同时跳闸，当侧击雷击中线路时，则多发生单回路跳闸。两种模型在实际应用中，都各有优势，但同时也具有相应的局限性，因此需要加强计算模型研究，进而提高塔杆防雷性能指标计算的准确性。
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论文作者:高敏
论文发表刊物:《电力设备》2016年第18期
论文发表时间:2016/12/2
标签：电压论文; 模型论文; 防雷论文; 电感论文; 线路论文; 阻抗论文; 塔顶论文; 《电力设备》2016年第18期论文;