超特高壓輸電線路桿塔擊距系數(shù)的研究

馬依努爾•太來提

摘要：近年來，隨著社會的不斷進(jìn)步和經(jīng)濟水平的迅猛提升，我國的電力行業(yè)也在不斷深化改革。在電力設(shè)施建設(shè)中，特高桿塔和高桿塔被廣泛運用，然而，因為桿塔高度相對較高，所以，它很容易遭受雷電襲擊，為此需要針對超特高壓輸電線路桿塔擊距系數(shù)展開優(yōu)化研究，旨在強化線路繞擊耐雷性能，以保障電力設(shè)備的安全運行。

關(guān)鍵詞：高壓；輸電線路；桿塔；擊距系數(shù)

中圖分類號：TM726.1；TM753文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：2095－6835（2014）08－0005－02

1超特高壓輸電線路繞擊耐雷性能

就目前情況來看，我國較多地區(qū)運用的輸電線路的功率通常在500 kW以下，而雷電閃絡(luò)是造成輸電線路跳閘的主要因素?；谥車匀画h(huán)境條件對其的制約，對相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行研究之后可知，十年前，因為雷電閃擊所導(dǎo)致的輸電線路跳閘問題占全部電路跳閘事件的30%，現(xiàn)今輸電線路的實際運行狀態(tài)跟此類問題的產(chǎn)生有著直接、必然的聯(lián)系。除此之外，一旦輸電線路功率在500 kW以上時，造成跳閘問題的主要原因已經(jīng)不是雷電繞擊電塔時形成的反擊，而是在雷電環(huán)繞后電塔被擊中所致。這種狀況跟業(yè)界公認(rèn)的擊距法和規(guī)程法有很大的不同，為此，需要針對超特高壓輸電線路繞擊耐雷性能進(jìn)行深入分析，研究超特高壓輸電線路桿塔擊距系數(shù)，優(yōu)化處理超特高壓輸電線路存在的跳閘問題，使其防雷性能更加健全、完善。

2構(gòu)建超特高壓輸電線路桿塔雷電射擊模型

在自然環(huán)境中，雷電的形成是從上到下的，所以，可以將其看成是垂直的。隨著自然界中雷電的不斷出現(xiàn)，導(dǎo)致地面電場勢能逐步升高，然而，由于輸電線路桿塔自身有避雷針的屏蔽作用，使得相應(yīng)導(dǎo)線的勢能表現(xiàn)不明顯。針對桿塔的實際塔高和輸電線路長度進(jìn)行測量，得出電壓的計算公式為：

U=2 247/｛hln（2h/a）+5.15－5.49lna｝hln（2h/a）.（1）

式（1）中：U——電壓；

h——塔高；

通常情況下，只有輸電線路功率高于500 kW時，式（1）中的U才是真正存在的，能夠充分實現(xiàn)繞行價值。形成相應(yīng)數(shù)據(jù)后，可合理設(shè)置一定的參數(shù)指標(biāo)，而后運用計算機VC++自編程序完成對輸電線路桿塔雷電繞擊相關(guān)數(shù)據(jù)的合理計算，具體步驟是：①在程序中，輸入有效的特超高壓輸電線路桿塔參數(shù)，其中，涵蓋有桿塔高度和導(dǎo)線長度、雷擊徑向距離、通過公式計算得出的電壓值U等參數(shù)內(nèi)容。在此需要注意的是，將此公式插入到程序中，其可被當(dāng)作是計算性語句。②結(jié)合導(dǎo)線長度計算出導(dǎo)線頭部的合理電勢，而后將該電勢基于塔底和避雷線位置處形成的感應(yīng)電勢計算出來，產(chǎn)生循環(huán)語句，對應(yīng)條件為最后一個階段的BOOL型判斷性語句。③將最后一步的BOOL語句當(dāng)作是主體內(nèi)容，進(jìn)而設(shè)置相應(yīng)的條件，即最后電場的電勢發(fā)生的變化情況。由此可知，合理輸入不同的輸電線路桿塔，隨著桿塔高度的增加，使先導(dǎo)對導(dǎo)線和避雷線對應(yīng)設(shè)計的距離不斷增加，但是先導(dǎo)對地面的射擊距離不會發(fā)生任何變化，所以說，雷電對輸電線路桿塔對應(yīng)的射擊距離處于下降的狀態(tài)。結(jié)合實際輸入的電流數(shù)據(jù)信息可知，不管電流發(fā)生何種變化，先導(dǎo)僅會對導(dǎo)線和地面的繞擊距離催生變化。因此，電流的變化不會使雷電繞擊距離發(fā)生變化。

針對仿真模型實施驗證時，為了使分析過程更為便利，可以做如下假設(shè)：忽略導(dǎo)線的工作電位，暫時不考慮上行迎面先導(dǎo)的壓降，不考慮下行雷電先導(dǎo)電荷外的其他所有電荷對空間電場的影響。在相應(yīng)的計算進(jìn)程中，需要合理、有效地?fù)袢∠滦邢葘?dǎo)每次前進(jìn)的對應(yīng)步長值。具體來說，如果步長過長，則會造成仿真結(jié)果失真；如果步長過短，則會催生較多計算量，延長計算時間，使其難以被接受。隨著桿塔高度的增加，先導(dǎo)對導(dǎo)線、避雷線的擊距都將增加，先導(dǎo)對地的擊距會始終保持不變。基于相同的桿塔高度，先導(dǎo)對避雷線和導(dǎo)線的擊距數(shù)值相對較為接近，隨著輸電線路桿塔高度的不斷增加，相應(yīng)的擊距系數(shù)在不斷減小，先導(dǎo)對地面和導(dǎo)線的擊距會隨著雷電電流幅值的逐步加大而增大，然而，相關(guān)擊距系數(shù)卻不會隨著雷電電流幅值的變化而變化。

3實例簡析

結(jié)合某500 kV高壓輸電線路實例，在改進(jìn)后的EGM中有效引入擊距系數(shù)，旨在針對該輸電線路中桿塔所擁有的繞擊耐雷性能展開合理研究。具體參數(shù)信息為，導(dǎo)線長度約為130 km，接地方式選用中性點直接接地，隸屬于單回線路模式；選用的導(dǎo)線型號是4×LGJ-400/50，地線為鋼芯鋁絞線，JLB1A-80，年雷電日是66 d，絕緣子為LXY3-160（絕緣子高度是155 mm，爬距≥380 mm），28 片。在該輸電線路運行、使用的三年時間里，接連發(fā)生2次雷擊跳閘事件，與此同時，發(fā)生故障問題的輸電線路桿塔所處區(qū)域?qū)?yīng)地形為山區(qū)，地面有32°傾角。

在以上實例中，在輸電線路桿塔繞擊耐雷性能的實際計算過程中，相對于傳統(tǒng)意義上的電氣幾何模型法和規(guī)程法，實例中選用的改進(jìn)后的電氣幾何模型法所得到的結(jié)果更為貼切，而傳統(tǒng)電氣幾何模型法和規(guī)程法計算所得結(jié)果相對于線路的實際運行狀況而言較遠(yuǎn)一些。本文仿真模型推導(dǎo)計算出的線路跳閘狀況跟實際的狀況較為相似，而在實例中，導(dǎo)致輸電線路桿塔出現(xiàn)跳閘問題的原因在于桿塔高度過高且地面傾角太大，為此，需要強化設(shè)施桿塔防雷措施，旨在起到良好的保護(hù)作用。

4結(jié)束語

綜上所述，將電磁場理論作為關(guān)鍵基礎(chǔ)內(nèi)容，優(yōu)化構(gòu)建特超高壓輸電線路桿塔擊距系數(shù)模型。通過對相應(yīng)編程程序的合理應(yīng)用，參考相關(guān)的仿真結(jié)果可知，隨著輸電線路桿塔高度的不斷加大，先導(dǎo)對避雷線和導(dǎo)線的擊距也會隨之增加，然而其針對地的擊距卻未發(fā)生任何變化?；谙嗤妮旊娋€路桿塔高度直線，先導(dǎo)對導(dǎo)線和先導(dǎo)對避雷線的相關(guān)擊距數(shù)值較為接近，雷電電流幅值的變化會與先導(dǎo)對地面和導(dǎo)線的擊距產(chǎn)生正比關(guān)系，其基本不會對相應(yīng)的擊距系數(shù)產(chǎn)生直接影響。

參考文獻(xiàn)

［1］劉寧，芮建濤.超/特高壓輸電線路雷電繞擊防護(hù)性能分析［J］.北京電力高等專科學(xué)校學(xué)報（社會科學(xué)版），2012（1）.

［2］劉昌平，何志強，黃忠培，等.超特高壓輸電線路桿塔擊距系數(shù)的研究［G］//重慶市電機工程學(xué)會2010年學(xué)術(shù)會議論文集.重慶：重慶市電機工程學(xué)會，2010.

［3］陳禾，陳維賢.超、特高壓輸電線路中潛供電流的電路分析和計算［J］.高電壓技術(shù)，2010（10）.

〔編輯：白潔〕