解析隨機(jī)參數(shù)對(duì)同塔雙回輸電線路雷擊跳閘過(guò)程的影響

（國(guó)網(wǎng)浙江電力公司麗水供電公司，浙江 麗水 323000）

解析隨機(jī)參數(shù)對(duì)同塔雙回輸電線路雷擊跳閘過(guò)程的影響

楊健偉

（國(guó)網(wǎng)浙江電力公司麗水供電公司，浙江 麗水 323000）

在電力系統(tǒng)飛速發(fā)展、電網(wǎng)不斷擴(kuò)張的背景下，因同塔雙回輸電線路能夠節(jié)約土地資源，得到廣泛的應(yīng)用。本文結(jié)合某區(qū)域雷擊跳閘故障的實(shí)際統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，采用MonteCarlo方法進(jìn)行了仿真模擬，試圖論證隨機(jī)參數(shù)對(duì)同塔雙回輸電線路雷擊跳閘過(guò)程的影響。

同塔雙回輸電線路；雷擊跳閘；過(guò)程影響

一﹑國(guó)內(nèi)外同塔雙回輸電線路的使用情況

調(diào)查資料顯示，美國(guó)﹑歐洲﹑日本使用同塔雙回輸電線路的數(shù)量較多，特別是在日本，大部分500kV以上的線路和新建1100kV的線路都采用同塔雙回，其顯著特點(diǎn)是使用逆向序號(hào)線進(jìn)行排列。為了更好的保護(hù)負(fù)保護(hù)角防繞擊，美國(guó)大多數(shù)超高壓線路將保護(hù)角之間的差距設(shè)置最大化，且保護(hù)角數(shù)要遠(yuǎn)小于一般的單回路線路。同時(shí)，因500kV電壓等級(jí)的線路十分重要，我國(guó)對(duì)500kV電壓的同塔雙回輸電線路的抗雷擊性及絕緣性能進(jìn)行過(guò)深入探究。然而，相較于500kV電壓的線路，220kV和110kV電壓線路的主要雷擊方式有明顯差別。后者在抗雷擊性和絕緣性方面的能力更低，但仍不可忽視其反跳閘率。此外，當(dāng)前我國(guó)對(duì)同塔雙回輸電線路的抗雷擊性研究缺少對(duì)地形因素的探討，特別是我國(guó)部分區(qū)域地形復(fù)雜﹑多山，而對(duì)各電壓等級(jí)的抗雷擊性﹑絕緣性﹑雷擊方式以及受影響的方面進(jìn)行系統(tǒng)的對(duì)比分析，有利于找出防雷措施的最佳平衡點(diǎn)，進(jìn)而優(yōu)化防雷設(shè)計(jì)。

二﹑隨機(jī)參數(shù)抽樣法

將同塔雙回輸電線路的雷擊跳閘概率用字母S表示，其概率計(jì)算公式為：

表1

其中n代表雷擊總次數(shù)的模擬數(shù)量，Ii，Bi，Ui，代表在第i次雷擊發(fā)生階段內(nèi)的雷電流幅度值﹑雷擊塔桿的部位以及雷擊時(shí)的工頻瞬時(shí)電壓值等；H，R，Q分別代表同塔雙回輸電線路中塔桿的高度﹑線路接地電阻值以及地面傾斜角度等特定參數(shù)。在下文中重點(diǎn)探討隨機(jī)抽樣法：

首先使用MonteCarlo方法對(duì)單回輸電線路雷擊跳閘的概率抽樣法進(jìn)行了設(shè)計(jì)，其中重點(diǎn)考慮了雷擊發(fā)生時(shí)的電流幅值﹑雷擊塔桿的位置以及雷擊發(fā)生時(shí)的工頻瞬時(shí)疊加電壓等三個(gè)樣本參數(shù)。

圖1 雷擊電流幅值直方圖示

圖2 雷擊概率分布圖

圖3 地面傾斜角度關(guān)系

（一）雷擊發(fā)生時(shí)電流幅值抽樣實(shí)驗(yàn)

雷擊發(fā)生時(shí)電流幅值分布情況能夠利用雷擊電流幅值積累起的概率分布曲線圖來(lái)表示，其實(shí)際統(tǒng)計(jì)意義是當(dāng)雷擊電流比I（KA）大的時(shí)候，概率用P表示，當(dāng)前我國(guó)雷擊發(fā)生時(shí)電流幅值累積概率公式是：

另外，IEEE推薦的雷擊發(fā)生時(shí)電流幅值累積概率的計(jì)算公式是：

在本文中選擇公式（3）對(duì)雷擊發(fā)生時(shí)的電流幅度值進(jìn)行抽樣論述。當(dāng)模擬每次雷擊過(guò)程時(shí)，經(jīng)計(jì)算發(fā)現(xiàn)其概率在[0，1]區(qū)間內(nèi)均勻分布。

（二）雷擊塔桿位置抽樣模擬

一般情況下，雷擊塔桿的位置決定了雷擊產(chǎn)生的表現(xiàn)方式，通常來(lái)講為反擊和繞機(jī)兩種形式。而線路的耐反擊能力要遠(yuǎn)比耐繞擊性能水平高，所以，可以看出雷擊塔桿的位置對(duì)線路跳閘的影響比較大。但是，當(dāng)前我國(guó)電網(wǎng)普遍使用的雷電故障定位系統(tǒng)還不能對(duì)雷擊位置進(jìn)行有效識(shí)別，而采用雷擊部位抽樣法則能夠?qū)讚艄收线M(jìn)行更為精確的仿真模擬。

（三）工頻疊加瞬時(shí)電壓抽樣模擬

參照我國(guó)電壓規(guī)程中的相關(guān)案例可以發(fā)現(xiàn)，其中推薦的反擊與繞擊電壓的計(jì)算方式都沒(méi)有把雷擊發(fā)生階段所產(chǎn)生的工頻疊加瞬時(shí)電壓考慮在內(nèi)，因其在單回線路中產(chǎn)生的影響十分小。然而，在同塔雙回輸電線路中，導(dǎo)線數(shù)量相反較多，在一定程度上會(huì)比單回輸電線路產(chǎn)生更多的工頻疊加瞬時(shí)電壓。

三﹑隨機(jī)參數(shù)對(duì)輸電線路的影響分析

為了把隨機(jī)參數(shù)對(duì)輸電線路的影響分析的更為精確，文中對(duì)某地區(qū)110kV﹑220kV的四種單﹑雙回塔桿輸電線路進(jìn)行了研究，其塔桿型號(hào)見(jiàn)表1。

探究階段的所有參數(shù)表示：塔桿距離地面的傾斜角用O表示，接地電阻值為11Ω。110kV電壓與220kV電壓中絕緣配置情況分別為：7×LXP-70，14×LZP-70，雷暴持續(xù)時(shí)間為40d。參照上述條件，分別仿真隨機(jī)參數(shù)對(duì)線路的影響。

（一）雷擊電流幅值的影響分析

參照雷電定位監(jiān)測(cè)系統(tǒng)圖示，對(duì)2003年到2013年間的測(cè)量數(shù)據(jù)繪制成雷擊電流幅值直方圖1，并依照表1中的塔桿數(shù)據(jù)模擬出雷擊電流幅值概率分布情況，如圖2所示。

將兩幅圖形進(jìn)行對(duì)比分析能夠看出兩者之間的不同之處，圖1中電壓在10kV以上的雷雷擊電流發(fā)生概率在99%以上，但是在圖2中，若根據(jù)公式2的計(jì)算方式，其概率僅為77%，兩者只差為22%，若依照公式3進(jìn)行計(jì)算，其結(jié)果與圖1基本一致。所以，文中關(guān)于雷擊電流概率計(jì)算公式皆參照公式（3）進(jìn)行。

（二）雷擊塔桿位置

根據(jù)上述分析可以得知，雷擊位置為跳閘的影響主要受繞擊跳閘變化的影響，圖3為幾種比較常見(jiàn)的跳閘率與地面傾斜角關(guān)系。

表2

從圖3可以得知，角度在30°之前，雷擊跳閘率會(huì)跟著地面角度的增大而增大，不考慮110kV單回電路的影響，其余塔桿的跳閘率呈逐漸上升的狀態(tài)，只是增加幅度相對(duì)較小，但當(dāng)角度大于30°的時(shí)候，圖示中所有塔桿的跳閘率都在上升，且增幅較大，并且220kV雙回塔桿輸電線路的概率值最高，也最容易發(fā)生雷擊電流跳閘故障，但圖示中它的繞擊跳閘率卻最小，這說(shuō)明，在同塔雙回輸電線路中，可以通過(guò)縮減塔桿高度與地面夾角的傾斜關(guān)系來(lái)降低跳閘現(xiàn)象的發(fā)生率。

（三）工頻疊加電壓的影響分析

當(dāng)?shù)孛娼嵌葹?°的時(shí)候，繞擊跳閘概率相對(duì)較低，而該階段工頻電壓影響較大較大的是反擊跳閘率，由此，我們把地面傾斜角度調(diào)整為30°，其余固定參數(shù)不變進(jìn)行分析，見(jiàn)表2。

從表2可以看出，工頻疊加電壓能夠?qū)讚籼l率產(chǎn)生較大影響，但需要了解的是，在繞擊跳閘率變化方面，雙回塔桿輸電線路有十分明顯的特點(diǎn)，110kV﹑220kV單回輸電線路塔桿跳閘率較低。

結(jié)語(yǔ)

綜上所述，可以知道與同等電壓級(jí)別的單回輸電線路相比，雙回輸電線路繞擊跳閘發(fā)生的概率更容易受地面傾斜角的影響，工頻疊加電壓對(duì)兩種線路產(chǎn)生的反擊跳閘率影響基本相同，但角度在30°以上時(shí)會(huì)產(chǎn)生較大影響。

[1]周遠(yuǎn)翔，關(guān)雪飛，梁前晟，高峰.隨機(jī)參數(shù)對(duì)同塔雙回輸電線路雷擊跳閘過(guò)程的影響[J].高電壓技術(shù)，2012（03）.

[2]馬小強(qiáng).隨機(jī)參數(shù)對(duì)同塔雙回輸電線路雷擊跳閘過(guò)程產(chǎn)生的影響[J]. 廣東科技，2013（20）.

[3]沈志恒.同塔雙回輸電線路雷擊同跳保護(hù)研究[D].浙江大學(xué)，2013.

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