500 kV同塔雙回輸電線路雷擊塔頂跳閘率的計算分析

何翔宇*

(西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院，成都 610039)

500 kV同塔雙回輸電線路雷擊塔頂跳閘率的計算分析

何翔宇*

(西華大學(xué) 電氣信息學(xué)院，成都 610039)

耐雷水平直接影響著電力系統(tǒng)的安全性和可靠性。為確定各種因素對500 kV同塔雙回輸電線路耐雷水平的影響，基于ATPDraw軟件，并結(jié)合現(xiàn)有比較成熟的JMARTI頻變線路模型，建立了既考慮沖擊電暈又考慮參數(shù)頻變特性的輸電線路仿真計算模型，針對雷擊塔頂時，導(dǎo)線運行電壓相位角的隨機性，假定雷擊出現(xiàn)于交流一周期的任一角度區(qū)間內(nèi)的概率相等的情況下，仿真計算分析結(jié)果表明:不同接地電阻對線路跳閘率的影響可達10倍以上，不同的導(dǎo)線排列方式以及桿塔呼稱高度對輸電線路耐雷水平也有著較大影響。

同塔雙回線路;反擊;雷擊跳閘率;ATPDraw

隨著我國電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，500 kV超高壓輸電線路已然成為了超高壓系統(tǒng)的重要組成部分。然而綜合國內(nèi)外運行經(jīng)驗［1］發(fā)現(xiàn):同塔雙回輸電線路遭受雷擊的概率很大，常常由于雷電引起的過電壓對線路正常運行造成危害。其中雷電直擊塔頂而引起的反擊也時有發(fā)生。因此，做好500 kV同塔雙回輸電線路的防雷設(shè)計、提高耐雷水平非常重要。文中以500 kV同塔雙回輸電線路典型參數(shù)為背景，采用ATPDraw軟件分別對其進行了雷電流模型、多波阻抗桿塔模型、JMARTI頻率特性架空線模型，沖擊接地電阻等模型的建立。構(gòu)建了仿真電路。通過仿真計算分析了不同接地電阻，不同的導(dǎo)線排列方式，不同呼稱高度以及不同檔距下雷擊塔頂對線路反擊跳閘率的影響。

1 仿真模型的建立

本文根據(jù)500 kV同塔雙回輸電線路相關(guān)數(shù)據(jù)［2］，采用電力系統(tǒng)暫態(tài)仿真軟件ATPDraw建立仿真模型。輸電線路采用JMARTI頻率特性架空線模型，導(dǎo)線型號為 LGJ-630/55鋼芯鋁絞線，分裂間距為0.45 m。全線架設(shè)雙回LHAGJ-150/25避雷線。絕緣子選XP-300，絕緣子高度為195 mm，爬距450 mm。雷電流采用2.6/50 μs雙指數(shù)波形，雷電通道波阻抗為400 Ω，采樣頻率為5 MHz。

1.1 雷電流模型

電力系統(tǒng)的防雷計算中要求將雷電流波形等值為可以解析表達的波形。目前較常用的等值波形有:斜角波、雙指數(shù)波和heider 3種。本文采用2.6/50 μs雙指數(shù)波［3］，其表達式為:

其中:Im為雷電流幅值;A=1.058;α=1.5 ×104;β=1.86×106。圖1為發(fā)生反擊時的雷電流波形。

圖1 2.6/50 μs雷電流波形

1.2 桿塔模型

本文采用的S1型桿塔如圖2所示，在ATPDarw模擬分析中，同塔雙回500 kV桿塔上的雷電反擊過電壓幅值很大程度上會受到桿塔模型的影響。目前國內(nèi)外主要采用集中電感、單波阻抗、多波阻抗3種桿塔模型和波阻抗的9種計算方法［4］，本文計算采用多波阻抗模型中的Hara無損線桿塔模型。

圖2 桿塔模型

圖2中，ZT、ZL、ZA分別對應(yīng)桿塔的塔身、桿塔支架以及桿塔橫擔(dān)。當(dāng)桿塔高于50 m時，可將桿塔塔身分為4部分。其中主體部分波阻抗的計算表達式［5］為:

其中:rek為多導(dǎo)體系統(tǒng)的等效半徑;hk、rT、Rek和rB、RB為圖2各部分對應(yīng)的尺寸。

橫擔(dān)波阻抗ZAi為:

其中:hi為第i個橫擔(dān)的高度/m;rAi為第i個橫擔(dān)的等效半徑/m。

支架部分的ZLi=9ZTi。

1.3 輸電線路模型

在ATPDraw軟件中考慮頻變特性的線路模型有:JMARTI、SEMLYEN和 NODA，仿真時應(yīng)根據(jù)計算精度的需要選擇不同的模型。目前，多采用JMARTI頻率特性模型的架空輸電線路。本文采用LGJ-630/55鋼芯鋁絞線，4分裂導(dǎo)線，分裂間距為0.45 m;避雷線采用的是LHAGJ-150/25。根據(jù)計算需要，利用ATP-EMTP/LCC模塊建立了3種導(dǎo)線排列方式:正相序排列，逆相序排列和上下三角排列，如圖3所示。

圖3 導(dǎo)線排列方式

2 仿真結(jié)果計算方法

利用ATPDraw仿真軟件，可不斷改變雷電流大小，根據(jù)仿真結(jié)果求得其耐雷水平，如圖4所示。

圖4 仿真結(jié)果

由于500 kV交流線路工作電壓較高，反擊時，它在絕緣子串兩端電壓中占了較大的比率。又因?qū)Ь€上工頻電壓瞬時值的不定性，為全面分析線路的耐雷性能，就需要對線路的耐雷水平進行計算。根據(jù)文獻［6］，可假定雷擊出現(xiàn)在交流一個周期的任一個角度區(qū)間的概率相等，把交流一周期分為12個區(qū)間，計算每一區(qū)間的耐雷水平:

其中:P為線路統(tǒng)計耐雷水平概率;PLn為線路在各交流電角度區(qū)間內(nèi)的耐雷水平概率。反擊跳閘率可由式(7)計算求得:其中:Na為線路的年落雷次數(shù);η為建弧率;g為擊桿率，取1/6;P為雷電流超過耐雷水平的統(tǒng)計概率。

3 結(jié)果計算分析

3.1 不同沖擊接地電阻及導(dǎo)線排列方式對反擊耐雷性的影響

圖5 不同沖擊接地電阻及導(dǎo)線排列方式對反擊耐雷性的影響

沖擊接地電阻式輸電線路設(shè)計中一個重要的參數(shù)，圖5是檔距為500 m，呼稱高33 m時不同接地電阻下輸電線路的反擊耐雷性。

由圖5可知，當(dāng)呼稱高度一定時，其反擊跳閘率總體隨沖擊接地電阻的增大而增大。其中逆相序排列時整體跳閘率較正相序排列低，上下三角排列跳閘率最高。

3.2 呼稱高度對反擊耐雷性的影響

雷擊塔頂時，桿塔高度對線路耐雷性也有著影響。當(dāng)導(dǎo)線為逆相序排列時，呼稱高度分別為28、33、38、43 m時對反擊耐雷性的影響如圖6所示。

圖6 呼稱高度對反擊耐雷性的影響

由圖6可以看出，呼稱高度的增加會導(dǎo)致反擊跳閘率的增大。并且，在接地電阻越大時，不同呼稱高度對反擊耐雷性的影響越大。

3.3 線路檔距對反擊耐雷性的影響

假定沖擊接地電阻為10 Ω，導(dǎo)線排列方式為逆序排列，檔距分別為 300、350、400、450、500 m 時對反擊耐雷性的影響如圖7所示。由圖7可知，檔距變化時，反擊跳閘率幾乎沒有變化，基本呈直線。可見檔距對反擊耐雷性的影響不大。

圖7 檔距對反擊耐雷性的影響

4 結(jié)語

1)500 kV同塔雙回輸電線路3種導(dǎo)線排列方式下:逆相序排列時反擊跳閘率最低，耐雷性能最佳;正相序次之，但相差不大;上下三角排列時的反擊跳閘率最高，耐雷性最差。

2)沖擊接地電阻對反擊耐雷性的影響較大。以逆相序排列，呼稱高33 m為準(zhǔn)。20 Ω時的反擊跳閘率(0.076 1)是5 Ω時的反擊跳閘率(0.006 1)的12.48倍?？梢姼纳茮_擊接地電阻對線路的防雷有著至關(guān)重要的作用。

3)不同的呼稱高度對反擊耐雷性也有影響:隨著呼稱高度的增加，反擊跳閘率呈上升趨勢。特別在較高沖擊接地電阻時，其影響更大。

4)檔距的變化對輸電線路反擊耐雷性的影響不大。不同的檔距下其反擊跳閘率幾乎沒有變化。

［1］維列夏金，吳維韓.俄羅斯超高壓和特高壓輸電線路雷運行經(jīng)驗分析［J］.高電壓技術(shù)，1998，24(2):76-79.

［2］張志勁.500 kV同桿雙回輸電線路耐雷性能研究［D］.重慶:重慶大學(xué)，2002.

［3］任曉娜，吳廣寧，付龍海，等.采用避雷器后輸電線路防真模型的建立及應(yīng)用現(xiàn)狀［J］.電瓷避雷器，2005(5):26-29.

［4］樊爭亮，常美生.桿塔模型對1 000 kV特高壓同塔雙回線路反擊過電壓的影響［J］.電力學(xué)報，2013，28(2):104-108.

［5］HARAT，YAMAMOTO O.Modeling of a transmission towerfor lightning surge analysis ［J］.IEE Proceedings-generation，Transmission and Distribution，1996，143(3):283-289.

［6］劉渝根，蘇玉萍，劉敏.750 kV單回和同桿雙回輸電線路反擊耐雷性能［J］.高壓電器，2009，45(5):96-99.

Calculation and Analysis of Lightning Outage Rate for 500 kV Double Circuit Transmission Line by Lightning Strike to the Tower

HE Xiangyu*
(Electrical and Information College，Xihua University，Chengdu 610039，China)

Lightning resistant level is an important performance index for measuring the lightning tolerance of transmission lines.In order to determine the influence of various factors on 500 kV double circuit transmission line lightning resistant level，Using ATPDraw software，and combined with the existing mature JMARTI frequency-dependent line model，a transmission line simulation model is established considering both impulsive corona and frequency-dependent parameter.Furthermore，considering the randomness of working voltage’s phase when lightning strokes the top tower and supposing the probability of lightning appearing arbitrary phase in a cycle of AC is equal，through the simulation，the influence of different grounding resistance for line tripping rate can reach more than 10 times，different wire arrangement and tower height on lightning resistant level of transmission line also has a great influence.

double circuit transmission line;back stroking;lightning outage rate;ATPDraw

TM75

A

2095-5383(2014)02-0046-03

10.13542/j.cnki.51-1747/tn.2014.02.015

2014-03-05

何翔宇(1989-)，男(漢族)，四川成都人，在讀碩士研究生，研究方向:電力系統(tǒng)過電壓，通信作者郵箱:103388720@qq.com。