基于atp―emtp的绝缘子串闪络模型研究

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1、基于ATP―EMTP的绝缘子串闪络模型研究摘要：在计算输电线路的耐雷水平时，《规程》中所采用的方法是利用标准波实验得到的伏秒特性曲线和伏秒特性定义来判断绝缘子串两端雷电过电压的闪络情况，但所得的计算结果往往趋于保守。为了准确计算线路的耐雷水平，本文建立了基于先导法的绝缘子闪络模型，并以某220kV线路为例，比较了规程法和先导法下线路的耐雷水平，结果表明，和传统的规程法相比，先导法判断绝缘子闪络时与实际运行情况更相符，计算准确性更高。关键词：先导法耐雷水平闪络判据ATP-EMTP中图分类号：TM26文献标识码：A文章编号：1672-3791（2014）07（c）-

2、0113-02在线路防雷研究中，需要按照一定的闪络判据，对绝缘子串两端的过电压进行分析比较，判断绝缘子串是否发生闪络，从而得到线路的耐雷水平，所以在线路防雷计算中，绝缘子串闪络判据的准确度直接影响线路耐雷水平计算结果的准确度。绝缘子串闪络判据目前主要有定义法、相交法和先导法[1]。定义法和相交法[2]判断绝缘闪络的基本原理均是通过比较绝缘子上的过电压波与标准波（1.2/50μs）下伏秒特性曲线来判断绝缘子是否发生闪络，而发生雷击时线路绝缘子上会出现各种雷电过电压波形，远非标准波。61绝缘子串闪络模型建立的理论分析根据绝缘子闪络的物理机制，雷击闪络总是选择最短的路

3、径和最易于空气击穿的途径发生，绝缘子串在雷电冲击下的闪络与相应空气间隙长度下的击穿是等效的，绝缘子串的雷击闪络可以等效成相应长度棒-棒空气间隙的击穿，等效的电极结构如图1所示。图1中：h为接地电极高度；d为间隙距离。建立模型的第1步是利用电场计算方法计算绝缘子串周围空间的几何电场分布，判断流注是否起始。当流注开始发展后，外加电压超过连续先导的起始电压时，出现先导通道。先导起始电压如公式（1）所示：（1）式中：d为间隙距离；h为接地电极高度。连续先导开始后，以速度V向前发展，其速度随施加的电压和间隙剩余的长度而变，当先导长度达到间隙长度时，间隙击穿，绝缘子串闪络。

4、因此在非标准波下，绝缘子串闪络可通过先导的发展长度是否贯穿间隙进行判断，CIGREWG33.01推荐的先导发展的速率公式为（2）：（2）6式中，L（t）为先导发展长度（m）；u（t）为绝缘子串上的电压（kV）；D为间隙长度（m）；E0为先导起始场强（kV/m）；k为实验结果拟合所得的经验系数，与绝缘子类型、外施电压极性等有关（m2/（s・kV2））。当雷击输电线路杆塔顶部时，设绝缘子串上端横担点处电位为，绝缘子串下端导线点处电位为，且两者均为关于时间的函数。再加上通过TACS引入的导线雷击感应过电压，取二者的差即可得到考虑感应电压影响下的绝缘子串两端实际电压。本

5、模型中感应电压的计算采用武汉大学推荐的感应电压计算公式（3），该公式由试验数据拟合而成，计算值比较符合实际的感应电压情况：（3）其中：Im为雷电流峰值kA；hc为导线平均高度m；hg为地线平均高度m；k0为耦合系数，与杆塔的具体参数有关。2基于ATP-EMTP绝缘子串的闪络模型在ATP-EMTP中采用MODELS语言编程，实现先导发展的绝缘子串闪络判据。模型框图如图2所示。通过MODEL对象控制开关的开断，MODEL输出0开关断开，输出1开关闭合，当开关处于打开状态时为绝缘子串正常状态，处于闭合状态时为绝缘子串闪络状态，图2中串联的电阻R和并联的电容C是考虑发生

6、闪络后绝缘子串的实际电阻和电容特性需要而设置的。6图2中IL为输入雷电流峰值；Vout为输出绝缘子串上的电压；VLE为输出间隙长度与先导长度之差；Close为开关控制信号。根据式（2）计算得到实时的先导发展速度，实时先导发展速度乘以仿真步长即为实时先导发展长度，当先导发展长度等于绝缘子串的绝缘距离时，MODEL模块输出1，开关闭合，绝缘子串即发生闪络。M元件为MODEL测量元件，通过测量绝缘子串两端电压输出波形从而来判断绝缘子串是否发生闪络，当绝缘子串发生闪络时，其两端电压不再变化，为一条水平直线。3仿真模型的实例应用3.1参数计算以云南电网公司某供电局所辖22

7、0kV同塔双回线路典型杆塔为例，对其耐雷性能进行研究。雷电流采用2.6/50us的双指数波，其幅值取-120kA时波形图如图3所示。线路的导线型号为2×LGJ-400/50，直流电阻为0.05912Ω/km，分裂数为2，分裂间距为45cm。避雷线型号为GJX-70，半径为0.8cm，直流电阻为0.2992Ω/km。输电线路的模型采用JMARTI频率分析模块。杆塔的型号为SZF243，具体参数如图4所示。在具体的整体仿真模型中，系统采用220kV双回路两端供电，沿线设置5基SZF243杆塔，雷击点选在中间杆塔的顶部。杆塔上不同横担处的电位如图5所示。6从图5中可知

8、，杆塔上不同横担处的电位