采用差絕緣方式降低110 kV同塔雙回線同跳幾率

陶禮兵，李志軍

（1.衢州電力局，浙江衢州324000；2.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，武漢430078）

供電專欄

采用差絕緣方式降低110 kV同塔雙回線同跳幾率

陶禮兵1，李志軍2

（1.衢州電力局，浙江衢州324000；2.國網(wǎng)電力科學(xué)研究院，武漢430078）

同塔雙回輸電線路若發(fā)生雷擊，由于兩回線路耐雷水平相當(dāng)，較易發(fā)生同時(shí)閃絡(luò)跳閘事故。為減少輸電線路同時(shí)跳閘的概率，以某條110 kV輸電線路為例，提出采用差絕緣的方法，降低輸電線路雙回跳閘率，同時(shí)考察了不同因素對雷擊跳閘率的影響。結(jié)果表明：采用一回絕緣強(qiáng)度不變，另一回增加3片絕緣子的差絕緣方式，可將雙回跳閘率降低至總跳閘率的12%以下。同時(shí)，減小地面傾斜角和避雷線保護(hù)角、采取合理的相序排列、減小接地電阻值都可以在一定程度上減小雷擊跳閘率。

雙回線路；差絕緣；耐雷水平；反擊跳閘率

在架空輸電線路中，防雷設(shè)計(jì)是決定輸電線路可靠性的一個(gè)重要因素。隨著電力系統(tǒng)的發(fā)展，由雷擊引起的事故也日益增多。在我國高壓輸電線路的總跳閘次數(shù)中，由雷擊引起的約占40%～70%，尤其在雷電活動強(qiáng)烈、土壤電阻率高、地形復(fù)雜的地區(qū)，雷擊輸電線路引起的事故率更高。雷擊塔頂時(shí)，有時(shí)會出現(xiàn)雙回線路絕緣子串同時(shí)閃絡(luò)的情況。

針對1條雙回110 kV輸電線路進(jìn)行建模仿真，以線路中常見的普通塔和高塔為例，計(jì)算線路目前情況下的雷擊跳閘率。通過增加一回線路絕緣子片數(shù)，分析不同絕緣配置情況下采用差絕緣方式降低線路雙回跳閘率的效果。同時(shí)，仿真分析避雷線保護(hù)角、地面傾斜角、雙回線路的相序排列方式以及接地電阻等因素對線路雷擊跳閘率和雙回同時(shí)跳閘率的影響，改進(jìn)線路的防雷性能，降低跳閘率。

1 110kV輸電線路跳閘率的仿真計(jì)算

1.1 計(jì)算原理

致使輸電線路雷擊跳閘的類型有反擊、繞擊、感應(yīng)3類。結(jié)合電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)可知，引起110 kV輸電線路跳閘的雷擊類型是以反擊為主，而引起同塔雙回線路同時(shí)跳閘的雷擊類型只有反擊，故從防反擊的角度出發(fā)進(jìn)行研究和計(jì)算分析。

以每100 km線路、40雷暴日為1個(gè)單位，統(tǒng)計(jì)由于雷擊而引起的開關(guān)跳閘次數(shù)，稱為該線路的雷擊跳閘率n，簡稱跳閘率，它是衡量線路防雷性能好壞的綜合指標(biāo)。其中，100 km線路年落雷次數(shù)N和反擊跳閘率Nf分別為：

式中：γ為落雷密度，取為0.07；S為受雷面積；Td為平均雷暴日，取為40；b為兩根避雷線之間的距離；h為避雷線（或?qū)Ь€）的平均對地高度。

式中：g為擊桿率，山區(qū)取為1/4，平原取為1/6；PI為雷電流幅值概率；η為建弧率。

1.2 反擊耐雷水平計(jì)算模型建立

在桿塔塔頂注入波形為2.6/50 μs的標(biāo)準(zhǔn)雷電波，與雷電流源并聯(lián)的電阻模擬雷電通道的波阻抗取300 Ω；對雙回線路桿塔采用單波阻抗模型進(jìn)行模擬，波阻抗為150 Ω；模擬桿塔和線路間的絕緣子串閃絡(luò)過程，即當(dāng)絕緣子串兩端電壓曲線與絕緣子串伏秒特性相交時(shí)，認(rèn)為其發(fā)生閃絡(luò)；雷擊點(diǎn)桿塔的兩側(cè)2個(gè)檔距處各設(shè)立有2座桿塔，以仿真實(shí)際情況的分流作用；線路一側(cè)接有三相工頻電源，考察電源對線路耐雷水平的影響；另一側(cè)接有與線路特征阻抗相同的電阻，模擬無限長線路。

1.3 跳閘率計(jì)算結(jié)果

以某條110 kV輸電線路中常見的普通塔和高塔為例，反擊跳閘率的計(jì)算結(jié)果見表1。其中，沖擊接地電阻取值范圍為7～30 Ω。從表1兩種塔型的計(jì)算結(jié)果分析可知，相同線路的不同桿塔，其雷擊跳閘率存在較大差異：桿塔高度越高，其雷擊跳閘率也越高；雙回跳閘率約占單回跳閘率的68.5%～78.7%。

2 采用差絕緣降低雙回同跳幾率研究

2.1 計(jì)算原理

采用差絕緣方式，能夠降低雷擊塔頂時(shí)線路兩回同時(shí)跳閘的概率，原理在于：雷擊時(shí)，絕緣弱的一回線路先發(fā)生閃絡(luò)，閃絡(luò)后的導(dǎo)線相當(dāng)于地線，增強(qiáng)了地線與另外一回導(dǎo)線的耦合，而且能起到分流的作用，從而使另外一回導(dǎo)線不容易閃絡(luò)。同時(shí)，由于絕緣增強(qiáng)，線路總的雷擊跳閘率有一定程度的降低。

表1 反擊跳閘率計(jì)算結(jié)果

2.2 不同絕緣配置方式下的耐雷水平

為盡可能保證輸電線路在受雷擊時(shí)，其中一回線路能穩(wěn)定運(yùn)行而不跳閘，計(jì)算了絕緣子從7∶7至7∶10不同配置下一回跳閘另一回不跳閘的雙回線路耐反擊雷水平值，其結(jié)果見表2。

表2 差絕緣配置下的雙回線路耐雷水平

從表2計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)采用差絕緣配置時(shí)，能夠有效地提高雙回線路同跳耐反擊雷水平值。當(dāng)絕緣配置達(dá)7∶10且接地電阻值為15 Ω時(shí)，線路一回跳閘另一回不跳閘的耐雷水平達(dá)72＜I≤173 kA，基本達(dá)到現(xiàn)行規(guī)程（DL/T 620-1997）中相應(yīng)規(guī)定值。

2.3 不同絕緣配置方式下的計(jì)算結(jié)果

分別計(jì)算了在一回線路上增加2片、3片、4片絕緣子的不同情況下，線路總的雷擊跳閘率和兩回同時(shí)跳閘率，計(jì)算結(jié)果見表3。

從表3計(jì)算結(jié)果可知，采用差絕緣方式能夠顯著降低雷擊時(shí)線路兩回同時(shí)跳閘占線路總跳閘率的比例，增加的絕緣子片數(shù)越多，兩回同時(shí)跳閘占總跳閘率的比例越低，當(dāng)增加的絕緣子片數(shù)為3片時(shí)，能夠?qū)苫鼐€路同時(shí)跳閘所占比例降低到12%以下。同時(shí)，由于增加一回線路的絕緣子片數(shù)使得線路的絕緣增強(qiáng)，線路總的雷擊跳閘率有一定程度的降低，但是降低的效果不明顯。另外，隨著接地電阻的增大，線路的雷擊跳閘率和兩回同時(shí)跳閘所占的比例也逐漸增大。

表3 差絕緣下的線路跳閘率

2.4 塔頭尺寸對差絕緣設(shè)置的影響

在線路已定型的情況下，塔頭尺寸大小決定了差絕緣配置值的可行性。根據(jù)線路上實(shí)際所用塔型，分別計(jì)算了增加2片、3片、4片絕緣子（單、雙串）的不同情況下，塔頭關(guān)鍵部位空氣間隙值，計(jì)算結(jié)果見表4。

表4 不同差絕緣配置下的塔頭空氣間隙mm

由表4計(jì)算結(jié)果可知，當(dāng)采用單串絕緣子進(jìn)行差絕緣配置時(shí)，增加2～4片絕緣子，塔頭空氣間隙均能滿足電氣要求。當(dāng)采用雙串絕緣子進(jìn)行差絕緣配置時(shí)，增加2片、3片絕緣子仍能滿足電氣要求；但是增加至4片時(shí)，塔頭空氣間隙已無法滿足電氣要求。另外，如果兩檔之間高差較大，且采用雙串絕緣子進(jìn)行配置時(shí)，還應(yīng)進(jìn)一步計(jì)算懸點(diǎn)高差對空氣間隙值的影響。

3 雷擊跳閘率影響因素分析

3.1 接地電阻值

輸電線路桿塔的接地電阻主要影響線路的反擊跳閘。接地電阻越大，雷擊塔頂時(shí)作用于線路絕緣子上的電位差越大，線路的耐雷水平越低，雷擊跳閘率越高，對比計(jì)算如表5所示。

表5 不同接地電阻情況下的反擊跳閘率%

從表5計(jì)算結(jié)果可以看出，隨著接地電阻的增大，線路的反擊跳閘率、兩回同時(shí)跳閘率都有明顯的增大。因此，在線路實(shí)際運(yùn)行中，可以通過減小接地電阻的措施來降低雷擊跳閘率。

3.2 雙回線路相序布置

對于同塔雙回輸電線路，不同的相序排列方式對線路總跳閘率和雙回同時(shí)跳閘占線路總跳閘率的比例都有一定程度的影響。以線路平衡情況和差度為7∶10的情況為例，分別對同相序排列（ABC/ABC）和逆相序排列（ABC/CBA）方式下的情況進(jìn)行了計(jì)算，計(jì)算結(jié)果如表6所示。

從表6計(jì)算結(jié)果可以看出，在同相序排列方式下的線路總跳閘率要略低于逆相序排列方式下的線路總跳閘率。不管是同相序排列方式還是逆相序排列方式，在平衡絕緣下雙回同時(shí)跳閘占線路總跳閘率的比例都比較高。采用在一回線路上增加絕緣子片數(shù)的方式都能夠顯著降低雙回同時(shí)跳閘所占的比例，不同之處是在同相序排列方式下通過增加絕緣子片數(shù)來降低雙回同時(shí)跳閘率的效果要比逆相序排列方式下的更好。綜合分析，推薦使用同相序的排列方式。

表6 不同相序?qū)讚籼l率的影響比較

3.3 地面傾斜角和避雷線保護(hù)角

地面傾斜角、避雷線的保護(hù)角主要對線路的繞擊跳閘率有影響。輸電線路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，地面傾角越小，繞擊跳閘率越低，避雷線的保護(hù)角越小，線路繞擊跳閘率也越低，計(jì)算結(jié)果如表7所示。

表7 不同地面傾斜角和保護(hù)角下的線路繞擊跳閘率次/（100 km·年）

從表7計(jì)算結(jié)果可以看出，隨著地面坡度的增加，線路的繞擊跳閘率逐漸增大，避雷線的保護(hù)角增加，線路的繞擊跳閘率增大。因此，在實(shí)際運(yùn)行中，可以考慮減小地面傾斜角和避雷線保護(hù)角的方式來減小雷擊跳閘率。

4 結(jié)論

（1）在平衡絕緣方式下，兩回同時(shí)跳閘率占線路總跳閘率的比例較高，嚴(yán)重影響雙回供電的可靠性。

（2）采用差絕緣方式能夠顯著降低雷擊時(shí)線路兩回同時(shí)跳閘占線路總跳閘率的比例，增加的絕緣子片數(shù)越多，兩回同時(shí)跳閘占線路總跳閘率的比例越低，經(jīng)理論計(jì)算與塔頭尺寸比較分析，推薦增加3片絕緣子。

（3）影響反擊跳閘率的因素主要有接地電阻和線路相序布置，接地電阻越大，線路反擊跳閘率越高；在同相序排列方式下的線路總跳閘率要略低于逆相序排列方式下的線路總跳閘率。

（4）影響繞擊跳閘率的因素主要有地面坡度和避雷線保護(hù)角，地面坡度越陡，避雷線保護(hù)角越大，導(dǎo)線的暴露弧也越大，線路的繞擊跳閘率亦越高，線路的總跳閘率也越高。

[1]鄒振盛.對110 kV同塔雙回輸電線路采用不平衡絕緣降低線路同時(shí)跳閘概率的研究[J].廣東科技，2010（14）∶102-103.

[2]黃培專.采用不平衡絕緣方式提高同塔雙回線路供電可靠性[J].廣東電力，2004，17（1）∶67-69.

[3]解廣潤.電力系統(tǒng)過電壓[M].北京：水利電力出版社，1985.

[4]DL/T 620交流電氣裝置過電壓保護(hù)和絕緣配合[S].北京：中國電力出版社，1997.

[5]吳玉麟，高建勇.高壓輸電線路繞擊跳閘率的計(jì)算[J].四川電力技術(shù)，2008，31（3）∶16-18.

[6]鄭家松，李廣福，季征南，等.山區(qū)500 kV輸電線路雷電屏蔽性能模型試驗(yàn)研究[J].高壓電器，2009，45（5）∶119-122.

（本文編輯：楊勇）

Reduction of Simultaneous Trip Probability for 110 kV Double Circuit Transmission Lines on Same Tower by Unbalanced Insulation

TAO Li-bing1，LI Zhi-jun2
（1.Quzhou Electric Power Bureau，Quzhou Zhejiang 324000，China；2.State Grid Electric Power Research Institute，Wuhan 430078，China）

When the double circuit transmission line on the same tower is hit by lightning strike，flashover trip accident might occur at the same time as the lightning withstanding levels of the two lines are equal.Taking a 110 kV transmission lines as an example，this paper presents an unbalanced insulation method to reduce the rate of simultaneous trip of double circuit transmission lines while considering the effects of different factors on the trip rate.The simulation results show that after using the method of adding three insulators to one line while another remains unchanged，the double circuit trip rate can be lowered to 12%and below of the total trip rate.Meanwhile，the lightning trip rate can be decreased to some extent by reducing the ground inclination angle and the protection angle of ground wire，using reasonable phase sequence arrangement and reducing the grounding resistance.

double circuit transmission line；unbalanced insulation；lightning withstanding level；backflashover trip rate

TM853

：B

：1007-1881（2012）09-0046-04

2012-01-30

陶禮兵（1976-），男，浙江衢州人，工程師，長期從事高壓輸電線路技術(shù)管理工作。