线路雷击钳位保护器接地方式与不接地方式仿真分析

代立君，汪博文，李 晨，杨 霞

（1.国网陕西省电力公司安康供电公司，陕西 安康 725000；2.武汉克雷盾科技有限公司，湖北 武汉43000）

输电线路中用到的雷击钳位保护器与线路绝缘子串并联安装，钳位保护器的接地一般采用2 种接地方式：不接地和单独设立接地装置。不接地指钳位保护器低压端安装到横担上后不接地处理，试验研究表明，针对安康35 kV 的架空钢筋混泥土电杆钢筋对横担的雷电冲击放电电压约为60～180 kV，钳位保护器动作后，一部分电流通过保护器脉冲电容，另外一部分电流很容易沿着钢筋泄入大地，电杆的钢筋实际上充当了钳位保护器接地引下线和接地体的作用；单独设置接地体接地，是指在横担采用金属引下线沿着这电杆底引入大地中，或直接利用电杆中钢筋混泥土与钳位保护器低压端相连，如图1所示，2种接地体方式对钳位保护器效果的影响体现在接地电阻大小不同，一般情况下单独设置接地体的接地电阻要小于自然接地电阻。

图1 接地方式

从理论分析证明，在钳位保护器动作前，导线上的过电压传播过程与钳位保护器是否接地无关，雷电过电压超过了钳位保护器的动作电压后，进行高幅值削波，其余部分的残流继续沿着导线传播，如图2 所示，假设1#杆C 相钳位保护器动作，由于钳位保护器与绝缘子并联安装，绝缘子承受的过电压始终位钳位保护器的残压，只要保证了钳位保护器的残压低于绝缘子的击穿闪络电压，钳位保护器可以保护绝缘子不闪络，但是钳位保护器接地电阻大，显然不利于雷电能量的释放，负面的影响是：一方面对导线上的雷电过电压的限制效果较差，残流继续沿着导线传播的雷电过电压波幅值较大，可能还高于线路绝缘水平，引起相邻的杆塔的绝缘子闪络，如图2 所示2#杆C 相所示绝缘子闪络，另一方面引起电杆顶部A 相、C 相电位抬升较高，过电压可能高于线路绝缘水平，引起本基电杆其他相反相击穿闪络，为了验证上述分析结论采用ATP-EMTP仿真分析。

2 采用ATP-EMTP仿真分析钳位保护器

以线路遭受直击雷为例，仿真研究钳位保护器采用不同的接地方式对雷击过电压的限制效果影响，仿真采用ATP-EMTP 软件，仿真模型如图3 所示；设置6 基电杆，两侧进行阻抗匹配，从左向右电杆依次排列10#、11#、12#、13#、14#，15#；假设雷击到12#电杆与13#电杆中间B相。

图2 钳位保护器动作后残流沿着线路传播过程

图3 钳位保护器动作后残流沿着线路传播过程

2.1 仿真采用的元件参数余下

线路雷击钳位保护器带串联固定球间隙结构，则钳位保护器U50%(-)=405 kV，U50%(+)=270 kV，钳位保护器额定电压UN=51 kV，则钳位保护器本体动作伏安特性曲线如图4所示。

图4 钳位保护器本体动作伏安特性曲线

线路中相高度19 m，A 相高度16 m，C 相高度16 m，等边三角排列，A 相、C 相各偏离电杆轴线0.85 m，线路档距150 m，导线标称截面积185 mm2。

自然接地电阻取100 Ω；单独设计接地电阻取值为4 Ω，电杆波阻抗取250 Ω。

雷电流峰值取10 kA，雷电通道波阻抗取1000 Ω，雷电波形取2.6/50 μs，三角波函数。

线路绝缘子雷电冲击放电电压为U50%(-)=405 kV，U50%(+)=270 kV。

图5、图6、给出了部分典型的仿真结果。

图5 2种接地方式下被保护绝缘子承受的过电压比较

由图5 所知，仿真结果可见，2 种接地方式下，被保护绝缘子承受的电压都等于钳位保护器动作后的残压，接地方式并不会影响钳位保护器对绝缘子的保护效果。

由图5所知，仿真结果可见，采用自然接地式，钳位保护器动作后点杆顶部电位明显高于采用单独设置接地体的情况，导致本基电杆其他两相绝缘子反击闪络的概率增加。

图6 2种接地方式下线路B相导线雷电过电压比较

由图6所知，2种接地方式下12#和13#电杆中相的过电压均达到钳位保护器动作电压动，采用单独设置接地体是11#和14#电杆中相的过电压均没有达到钳位保护器动作电压动，而自然接地是12#和13#电杆中相的过电压则达到了钳位保护器动作电压动。

3 结束语

基于上述仿真研究可以得出，线路雷击钳位保护器无论采用自然接地方式还是采用单独设置接地方式，在保护与之并联的绝缘子效果是一样的，不同之处在于，自然接地比起单独设立接地装置是：自然接地是本基电杆其他相以及相邻电杆的绝缘子闪络概率有所增加，所以工程中进行每相安装一支雷击钳位保护器；每基电杆每相绝缘子均由钳位保护器保护，因此钳位保护器不用接地方式，既简化安装又可降低造成本。