山區(qū)緊湊型500kV交流輸電線路繞擊耐雷性能研究

（國(guó)網(wǎng)四川省電力公司廣安供電公司，四川 廣安 638500）

山區(qū)緊湊型500kV交流輸電線路繞擊耐雷性能研究

朱 峰

（國(guó)網(wǎng)四川省電力公司廣安供電公司，四川 廣安 638500）

本文作者對(duì)平原和幾種山區(qū)典型地形下500kV緊湊型輸電線路的繞擊耐雷性能進(jìn)行了對(duì)此分析，并計(jì)算了保護(hù)角、桿塔呼高、地面傾角對(duì)500kV緊湊型輸電線路繞擊耐雷性能的影響，從而得出分析結(jié)論。

山區(qū)；改進(jìn)電氣幾何模型；緊湊型輸電線路；繞擊耐雷性能；影響因素

1 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀

目前，對(duì)輸電線路的雷擊風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估要依賴于輸電線路耐雷性能的準(zhǔn)確評(píng)估。因此，精確的輸電線路雷電耐雷性能計(jì)算模型及其線路雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)的綜合分析措施對(duì)線路的防雷性能改進(jìn)及輸電線路的防雷設(shè)計(jì)都有著十分關(guān)鍵的作用。輸電線路的雷電繞擊能力評(píng)估方面，目前常用的評(píng)估分析方法有：規(guī)程法、電氣幾何模型（EGM）、改進(jìn)電氣幾何模型等。

①規(guī)程法

此方法認(rèn)為：雷電繞過避雷針直接擊中導(dǎo)線的概率同塔桿的高度，避雷設(shè)施的保護(hù)角度、導(dǎo)線沿途的地形、地貌、地質(zhì)情況等都存在較大的聯(lián)系，提供了平原以及山區(qū)兩種地理情況下的繞擊概率公式，該方法可以較為快捷、方便的計(jì)算出線路的繞擊率，同時(shí)經(jīng)過檢測(cè)，可以同普通線路的防雷屏蔽設(shè)定標(biāo)準(zhǔn)相吻合。然而，其不足之處也較為明顯，因?yàn)榇朔椒ㄖ械木€路繞擊概率計(jì)算公式是結(jié)合多方面的經(jīng)驗(yàn)及小電流的模式而提出的，因此，具備較強(qiáng)的綜合特性，經(jīng)常不能清晰的反應(yīng)出沿線的特點(diǎn)，無法對(duì)屏蔽實(shí)效問題的原因進(jìn)行解答。

圖1 山區(qū)三種基本的雷擊跳閘嚴(yán)重地形

表1 不同地形下500kV緊湊型線路的繞擊率

②電氣幾何模型

該模型指的是把雷電的放電特征同線路的尺寸、結(jié)構(gòu)關(guān)聯(lián)在一起，從而創(chuàng)建出的一類幾何計(jì)算分析模型。在1962年，美國(guó)希爾曼及克萊頓等人提出了電力的幾何模型。到今天，此模型具備大量的信息。比較典型的幾何電氣模型為“Whitehead-Brown”繞擊模型。之后，有關(guān)人員針對(duì)雷電的繞組距離計(jì)算公式進(jìn)行了相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)與研究，并且制定了雷電的計(jì)算系數(shù)，通過電擊的距離來表達(dá)如式所示。

r=a×Ib（m）

圖2 不同微地形下繞擊率的計(jì)算結(jié)果

以上電氣的幾何模型較以往的經(jīng)驗(yàn)措施相比已經(jīng)獲取了極大的進(jìn)步，然而，該公式?jīng)]有對(duì)導(dǎo)線的高度影響進(jìn)行考量，也忽略了放電的分散特性，并且無視了其他條件對(duì)雷擊大地、擊距、導(dǎo)線、避雷針的影響，將三者距離假定為相同。

③改進(jìn)電氣幾何模型

美國(guó)的埃里克松對(duì)以往的電氣模型問題提出了相應(yīng)的改進(jìn)模型。其提出的模型重點(diǎn)對(duì)構(gòu)造物的高度進(jìn)行了考量，探討了其對(duì)雷電繞擊的作用，獲取了相應(yīng)的擊距公式，其內(nèi)容如下。

以往的電氣幾何模型將導(dǎo)線、避雷線、地面對(duì)雷電先導(dǎo)的擊距視為相同，然而，如果線路的高度增大，則此假設(shè)就較不合理。所以，相關(guān)專業(yè)人士提到了擊中距離，設(shè)定為β，是指雷電先導(dǎo)對(duì)地的擊中距離與輸電導(dǎo)線的距離之比，借助其對(duì)導(dǎo)線及大地的引雷性能進(jìn)行描述。里茲克、埃里克松等依據(jù)各自的探究提出了導(dǎo)線高度同擊距系數(shù)間的關(guān)系。

2 輸電線路繞擊耐雷性能影響因素分析

對(duì)于山區(qū)地區(qū)來講，尤其是山谷、山脊及山峰三種基本地質(zhì)結(jié)構(gòu)構(gòu)成的，通常來講，架設(shè)在山區(qū)的線路依據(jù)地形的狀態(tài)可以將其劃分成以下幾種類別：其一，架設(shè)在山坡的線路。包含的內(nèi)容有：沿山峰的外坡水平走向的線路及沿山脊的外坡水平走向的線路；其二，架設(shè)在山頂?shù)木€路。包含的內(nèi)容有：山脊頂部的架設(shè)線路及山峰頂部的架設(shè)線路；其三，架設(shè)在爬坡位置的線路。包含的內(nèi)容有：沿山脊豎直鋪著的線路及沿山坡上下架設(shè)的線路；其四，架設(shè)在跨谷的線路。包含的內(nèi)容有：沿山谷架設(shè)的線路及橫跨山谷鋪設(shè)的線路。同時(shí)，也包含鋪設(shè)在山脊、谷底、山坡等線路。如果線路的走向大致同山坡處于平衡情況，地線與地面位置相近，則受到雷電擊中的概率相對(duì)較小。經(jīng)過總結(jié)，能夠把此種情況劃分為三種基礎(chǔ)雷擊跳閘地形，包含的內(nèi)容有：山脊的頂部、山坡的斜外側(cè)、橫跨山谷的線路如圖1所示。

分別計(jì)算平原和上述三種微地形下500kV緊湊型線路的繞擊率如表.1所示。

不同微地形下，繞擊率的計(jì)算結(jié)果如圖2所示。

從表1及圖2可以發(fā)現(xiàn)，處在平原等地的線路被繞擊的概率較低。相反，沿著坡地及山頂架設(shè)的輸電線路較容易受到繞擊問題。這是由于，沿著山坡的地形，兩邊線路分別在山坡的下邊坡一側(cè)及上邊坡一側(cè)，位于上邊坡一側(cè)的輸電線距離山體較近，則山體的屏蔽性能較強(qiáng)，所以，受到繞擊的幾率較低；而位于下邊坡一側(cè)的輸電線路暴露的角度較高，山體對(duì)其的屏蔽性能較弱，受到繞擊的概率較高。架設(shè)在山頂?shù)妮旊娋€路，由于處在最高點(diǎn)，吸引雷電的性能較高，兩側(cè)都為下邊坡，則山體對(duì)頂部架設(shè)線路的屏蔽性能更低，暴露角度更高。四種條件下，橫跨山谷的輸電線路受到繞擊的概率更高，其是由于橫跨山谷的輸電線路距離地面的高度相對(duì)較高，從事使地面對(duì)其的屏蔽影響降低，再加之弧垂的作用，造成雷電的保護(hù)角擴(kuò)大，避雷線對(duì)其屏蔽作用降低，所以，很容易引發(fā)繞擊情況。

2.2 500kV緊湊型輸電線路繞擊防雷性能影響因素分析

2.2.1 保護(hù)角變化的影響

圖3 保護(hù)角變化對(duì)繞擊率的影響

圖5 地面傾角變化對(duì)繞擊率的影響

圖4 呼高變化對(duì)繞擊率的影響

表2 保護(hù)角變化對(duì)繞擊率的計(jì)算結(jié)果的影響

表3 呼高變化對(duì)繞擊率的計(jì)算結(jié)果的影響

表4 地面傾角對(duì)繞擊率的計(jì)算結(jié)果的影響

對(duì)于保護(hù)角來講，其表征的大小同避雷線的屏蔽功能存在密切的聯(lián)系，當(dāng)保證參數(shù)不發(fā)生變化的前提下，可以利用變更兩根避雷線的水平距離行駛來調(diào)整避雷線的保護(hù)角數(shù)值，針對(duì)不同的保護(hù)角，其線路受到繞擊的概率詳見表2。對(duì)500千伏的、緊湊型線路鋪著在平原位置的仿真模型進(jìn)行計(jì)算，設(shè)定檔距數(shù)值為500米。

保護(hù)角變化對(duì)繞擊率的影響如圖3所示。

由表2及圖3可以發(fā)現(xiàn)，對(duì)500千伏緊湊型線路來講，其發(fā)生繞擊的概率會(huì)伴隨著保護(hù)角的增大而提高，其是由于當(dāng)保護(hù)角變大以后，避雷線對(duì)導(dǎo)線的屏蔽性降低，計(jì)算繞幾率期間，暴露弧的長(zhǎng)度相應(yīng)增加。

2.2.2 桿塔呼高的影響

當(dāng)架空線兩端桿塔呼高變化時(shí)，檔距內(nèi)架空線弧垂不變，但架空線任意點(diǎn)對(duì)地高度會(huì)發(fā)生變化，從而直接影響雷擊繞擊率的結(jié)果。保持其它參數(shù)不變，以平原地區(qū)500kV緊湊型線路作為仿真模型，隨桿塔呼高變化繞擊率的計(jì)算結(jié)果如表3所示。

桿塔呼高變化對(duì)繞擊率的影響如圖4所示。

由表3和圖4可以看出，繞擊率隨著桿塔呼高的增大而增大。這是因?yàn)?，呼高增大后，雖然導(dǎo)線和避雷線的弧垂不變，但導(dǎo)線和避雷線的對(duì)地高度會(huì)隨之增大，大地對(duì)導(dǎo)線的屏蔽作用減小，繞擊率隨之增大。

2.2.3 地面傾角的影響

根據(jù)輸電線路運(yùn)維經(jīng)驗(yàn)證實(shí)，輸電線路的雷電繞擊性能受地面傾角的影響較大。保持其它參數(shù)不變，而改變地面傾角的大小，分別計(jì)算各種地面傾角下500kV緊湊型線路的繞擊率如表4所示。

繞擊率受地面傾角變化影響的計(jì)算結(jié)果如圖5所示。

由表4和圖5可以看出，隨地面傾角的增大繞擊率隨之增大，這是因?yàn)榈孛鎯A角變大后，電氣幾何模型計(jì)算所得的暴露弧長(zhǎng)度變大，發(fā)生回頭擊的可能性增大，因此繞擊率的計(jì)算結(jié)果增大。但是由于緊湊型線路本身保護(hù)角較小，線路繞擊耐雷性能得到了較大提高，故地面傾角變化對(duì)緊湊型線路繞擊率的影響較小。

3 結(jié)論

在我國(guó)，輸電線路受雷害事故跳閘影響比重很大，四川地區(qū)情況突出。雷擊故障往往造成線路絕緣破壞，引起線路停電，給電力部門造成直接經(jīng)濟(jì)損失的同時(shí)也給居民生活及工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)帶來了重大影響。根據(jù)上述分析內(nèi)容得出的主要結(jié)論如下：

平原地區(qū)輸電線路繞擊率最小，沿山頂和沿坡地形下輸電線路都比較容易發(fā)生繞擊事故，輸電線路跨山谷架設(shè)時(shí)輸電線路繞擊率最大。

由500kV緊湊型輸電線路繞擊防雷性能影響因素分析可知：

①500kV緊湊型的輸電線路自身的繞擊概率會(huì)伴隨著保護(hù)角度的變大而增加，其實(shí)由于當(dāng)保護(hù)角擴(kuò)大以后，導(dǎo)線受到壁壘設(shè)備的屏蔽影響降低，計(jì)算繞擊概率時(shí)，裸露在外的導(dǎo)線弧長(zhǎng)相應(yīng)增加。

②繞擊的概率會(huì)伴隨著輸電塔桿的高度增高而變大。其是由于當(dāng)輸電塔桿增高后，盡管避雷設(shè)備同導(dǎo)線的弧垂維持一定，然而避雷設(shè)備及導(dǎo)線相對(duì)地面的高度提高，那么大地對(duì)線路的屏蔽影響降低，所以，會(huì)增大繞擊概率。

③繞擊的概率會(huì)伴隨著地面傾斜角度的擴(kuò)大而變大。其是由于當(dāng)?shù)孛娴膬A斜角度增大后，幾何電氣模型的計(jì)算裸露弧長(zhǎng)數(shù)值變高，發(fā)生回頭擊的可能性增大，因此繞擊率的計(jì)算結(jié)果增大。

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