淺析500kV輸變電工程設(shè)計中雷電過電壓問題

王曉偉

摘 要：隨著社會的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們對于輸變電工程設(shè)計中雷電過電壓問題的關(guān)注度越來越高。我國現(xiàn)今對于500kV輸變電工程設(shè)計中的雷電過電壓的計算方式過于落后，已經(jīng)不能夠滿足于當(dāng)今社會的和科學(xué)技術(shù)的需求。雖然我國就此方面的工作做出了許多的研究，但是仍有不足。文章依據(jù)現(xiàn)今500kV輸變電工程設(shè)計中的雷電過電壓的計算方式中的不足提出觀點和建議。

關(guān)鍵詞：500kV輸變電；輸變電工程設(shè)計；雷電過電壓問題

1 500 kV輸變電所雷電侵入波保護(hù)

1.1 雷擊點

按照我國規(guī)定的規(guī)程內(nèi)容在變電所外的遠(yuǎn)區(qū)雷擊只計算2km以外的地方，不需要考慮在2km以內(nèi)的雷擊區(qū)。就實際而言，能夠?qū)ψ冸娝鶅?nèi)的設(shè)備構(gòu)成威脅的是在2km以內(nèi)的近區(qū)雷擊。2km以外的遠(yuǎn)區(qū)雷擊，由于距離較長，雷電波在傳輸?shù)倪^程中會逐漸減弱和波頭變緩，因此在雷電波侵入變電所內(nèi)設(shè)備的電壓較弱，若以此為考察的目標(biāo)不合適。這大概是沿用高壓和中壓系統(tǒng)的做法，以為進(jìn)線部位有加強(qiáng)絕緣或是設(shè)有避雷線，不會因為繞擊或是反擊而進(jìn)波。事實上，進(jìn)線部位和非進(jìn)線部位并沒有什么區(qū)別，很有可能會因受到雷擊而造成侵入波。

在西歐、日本、美國等國家，都把近區(qū)雷擊看作輸變電所侵入波的考查目標(biāo)。我國對于500kV輸變電工程設(shè)計中的雷電過電壓做過大量的研究，也都是以近區(qū)雷擊為研究對象。通過大量的研究表明，一般情況下的近區(qū)雷擊比遠(yuǎn)區(qū)雷擊的侵入波過電壓高。

1.2 雷電侵入波的計算方法

以前在進(jìn)行測試時會受到條件的限制，一般情況下都是通過防雷分析儀來判斷侵入波過電壓假設(shè)在2km處的地方設(shè)置一個相當(dāng)于幅值的U50%直角波絕緣子串雷電放電電壓，對于測量變電所設(shè)備上的過電壓，現(xiàn)改用計算機(jī)來計算。有人曾提出了仍然使用防雷分析儀的方式。這樣方式理論的基本是絕緣子串放電電壓U50%要大于侵入波過電壓的幅值，而且它與2km以外的雷擊相關(guān)。在考慮近區(qū)雷擊的情況下，入侵導(dǎo)體形成的雷電流波過電壓幅值就有超過過絕緣子串的臨界放電電壓U50%的可能。一是這個過電壓的波頭較為峻峭，因此放點的電壓較強(qiáng)；二是耐張塔放電電壓較高，因此該方法的基礎(chǔ)條件不成立。

1.3 最大雷電流計算值

如果使用防雷分析儀法，則不需要判斷雷電流的最大值，此方式不合適。如果使用國際通用法，則需要判斷雷電流的最大值。我國在規(guī)程中對此沒有明確的規(guī)定，此值太高，會造成一定的浪費。若是，此值太低，就會降低安全性。在日本所統(tǒng)計的雷電流幅值相較來說較低。在500kV輸變電系統(tǒng)中，其最大雷電流在計算時取150kA。但是在西歐等國家，其最大雷電流在計算時取250KA。在選取此值時要結(jié)合國情，依據(jù)具體的雷電流幅值分布概率，在選取最大雷電流計算值時建議為210～220kA。

1.4 絕緣裕度

在使用慣用法計算時，在雷電侵入波過電壓的影響下，變電所內(nèi)設(shè)備絕緣應(yīng)該留的裕度有多大是一個重要的問題。我國在規(guī)程中各單位對此的要求都沒有明確的規(guī)定，也沒有相似的要求。建議可以參考IEC71-2標(biāo)準(zhǔn)，而對于內(nèi)絕緣裕度則取1.15，外絕緣取1.05～1.0。

1.5 變電所內(nèi)的雷電平均無故障時間

當(dāng)使用傳統(tǒng)的方法來計算最大的雷電侵入波過電壓時，沒有考慮不同變電站運行方式的出現(xiàn)幾率，也沒有計及各種雷電流幅值、變電所內(nèi)不同的過電壓、進(jìn)線段桿塔絕緣子串閃絡(luò)的出現(xiàn)幾率。這是采用慣用法的缺點，但是若是采用統(tǒng)計法卻可以避免這些缺點。但是我國對于使用統(tǒng)計法來計算變電所的耐雷指標(biāo)時沒有同意的相關(guān)規(guī)定。CIGRE的工作組認(rèn)為，目前可以接受的事故率的典型值為0.1～0.3%，設(shè)計的失敗率應(yīng)該在這個范圍內(nèi)。我國500kV的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不是很強(qiáng)，而且運行的水平比較低，因此主張MTBF取值為800-1000a，這也是我國一些電力運行部門希望的結(jié)果。

2 500kV輸電線路的雷擊跳閘率的計算方式

2.1 反擊

2.1.1 雷擊塔頂時計算導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓

按照我國規(guī)定的規(guī)程內(nèi)容定感應(yīng)過電壓U，使用以下公式進(jìn)行計算：

Ui=ahc（1-（hg/hc）k0）

式中，hc是導(dǎo)線對地的平均高度；hg是避雷線對地的平均高度；k0是避雷線和導(dǎo)線之間的藕合系數(shù)；a是雷電流陡度。

當(dāng)hc=50m，hg=60m，k0=0.3，a=57.69kA，則Ui=1846kV，感應(yīng)過電壓占86%的臨界放電電壓絕緣子串。再加上桿塔橫擔(dān)電壓，不管多么小的桿塔接地電阻，絕緣子串必須閃緣。而此計算電壓一定遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實際的電壓。以上所敘述的計算公式是在前蘇聯(lián)半個世紀(jì)以前所研究出來的成果，因此對于現(xiàn)代這顆科技發(fā)展過快的時代較為落后，所以在運用時不太合適，尤其是對于大跨越線路、同桿雙回線路、山區(qū)線路等。

在歐洲、美洲、日本等地區(qū)都認(rèn)同有感應(yīng)過電壓，并且對此提出了相應(yīng)的計算公式，但是Ui的計算比我國規(guī)程法規(guī)定的計算要小很多。他們在防雷計算時是不考慮感應(yīng)過電壓這項因素的，因此與中國、前蘇聯(lián)的做法有很大的差異。

2.1.2 工作電壓的影響

500kV線路的工作電壓較高，在反擊時，在絕緣子串中已經(jīng)占據(jù)了大部分的兩端電壓比例。在計算時忽略耐雷水平影響的工頻電壓，則會導(dǎo)致出現(xiàn)更大的錯誤。在日本、美國、歐洲等諸多國家都已經(jīng)考慮到工作電壓的影響，當(dāng)時我國還沒有注意到，因此建議對此進(jìn)行修改。

2.2 高桿塔繞擊的計算方式

按照我國規(guī)定的規(guī)程內(nèi)容對高桿塔繞擊的計算方式為：

對平原線路：lgP=（α/86）-39

對山區(qū)線路：lgP=（α/86）-335

式中，α為避雷線邊緣導(dǎo)線的保護(hù)角。但是此式在運用時也有一定的條件，α條件為15°：必大于15°小于40°和ht小于50米的前提下，才可以使用此公式，若是不符合此前提標(biāo)準(zhǔn)則不可以。

3 500kV線路的防雷設(shè)計

同桿雙回線路的好處是可以減小走廊的寬度、增大單位走廊寬度內(nèi)的輸電容量、節(jié)約成本。日本的500kV的線路幾乎都是采用同桿雙回線路的方法。這種方法在歐美等國家非常盛行，現(xiàn)今在我國的使用率也越來越高。其中有一個極為重大的問題就是耐雷性能變差，這些還需要進(jìn)一步的深入研究。在我國現(xiàn)有規(guī)程內(nèi)關(guān)于防雷計算方法的內(nèi)容都只適用于單回路。同桿雙回線路的特點有兩點，第一是桿塔高，容易發(fā)生繞擊和反擊的現(xiàn)象，第二是在發(fā)生雷擊桿塔的同時導(dǎo)致雙回同時跳閘的狀況發(fā)生。如果使用規(guī)程法內(nèi)的計算方法同桿雙回線路的總跳閘率較高，而且基本上都是雙回同時跳閘，這同實際情況是不吻合的，因此需要進(jìn)一步的研究，并整理出一套完整的防雷計算方法，以方便相關(guān)的使用。

4 結(jié)束語

由于我國的發(fā)展日益完善，不斷的與國際接軌，因此在500kV輸變電工程設(shè)計中雷電過電壓中暴露出一些問題，需要不斷地修改與補(bǔ)充。希望通過文章的論述，可以提高此項工作的安全性和合理性。

參考文獻(xiàn)

[1]劉浩，常樹生，劉云，等.500kV同桿雙回線路雷電反擊性能的研究[J].東北電力學(xué)院學(xué)報，2011，12（11）：102-105.

[2]索春梅.500kV同桿多回線路雷電反擊性能的研究[D].東北電力大學(xué)，2011，22（7）：111-115.

[3]嚴(yán)飛.雷擊塔頂時輸電線路上的感應(yīng)過電壓研究[D].華中科技大學(xué)，2012，36（13）：57-61.

[4]謝輝春，文習(xí)山，鄧維，等.500kVGIS變電站雷擊進(jìn)線段塔頂雷電過電壓的仿真研究[J].電氣應(yīng)用，2011，78（24）：45-49.