高壓輸電線路防雷性能計(jì)算方法的比較

肖 魚（重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院,重慶 402160）

高壓輸電線路防雷性能計(jì)算方法的比較

肖 魚
（重慶水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院,重慶 402160）

高壓輸電線路防雷問(wèn)題是個(gè)一個(gè)綜合的技術(shù)問(wèn)題，在確定線路的具體防雷措施時(shí)，應(yīng)根據(jù)線路的電壓等級(jí)、系統(tǒng)運(yùn)行方式、負(fù)荷性質(zhì)、當(dāng)?shù)氐牡匦蔚孛蔡攸c(diǎn)、土壤電阻率的高低、雷電活動(dòng)的強(qiáng)弱等相關(guān)條件來(lái)確定。

高壓輸電線路；防雷；相關(guān)條件

1 概述

結(jié)合多年電力線路模擬實(shí)驗(yàn)、運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)都能驗(yàn)證，雷電繞過(guò)避雷線擊中電力線路的概率與桿塔高度、避雷線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角以及線路經(jīng)過(guò)地區(qū)的地質(zhì)條件、地貌、地形等因素相關(guān)。

2 計(jì)算方法的簡(jiǎn)介

電力輸電線路的防雷性能分析在綜合考慮以上因素的基礎(chǔ)上，計(jì)算方法也是一個(gè)很重要的因素，規(guī)程法，是一種比較簡(jiǎn)單那得計(jì)算方法，是把電力線路中的桿塔看成一等值電感桿塔上各點(diǎn)的電位大小都相等。所以，當(dāng)雷電擊中桿塔頂部時(shí)，如果沒(méi)有考慮雷電流的過(guò)程，地面傾角和雷電流大小相對(duì)于屏蔽效果的影響，所以不能正常體現(xiàn)電力線路的實(shí)際情況，沒(méi)有辦法解釋繞擊率過(guò)大的現(xiàn)象和屏蔽失效的現(xiàn)象。常見(jiàn)的行波法是把電力桿塔的每一段看做線路段，將分布參數(shù)的路段化成不同的數(shù)據(jù)類型，利用行波法計(jì)算各節(jié)點(diǎn)電位，把求得的絕緣子串之間電位差對(duì)于時(shí)間的變化規(guī)律，對(duì)比其伏特性，以判別絕緣子有無(wú)閃絡(luò)，計(jì)算的過(guò)程體現(xiàn)出雷電波在桿塔上的傳播過(guò)程，以及反射波對(duì)桿塔各節(jié)點(diǎn)的影響，計(jì)算出比較精確線路反擊跳閘率，但是計(jì)算量大，考慮因素復(fù)雜。擊距法對(duì)實(shí)際桿塔的屏蔽效果進(jìn)行計(jì)算和驗(yàn)證。它是建立在擊距概念基礎(chǔ)上的電氣集合模型分析法，電氣幾何模型是把雷擊機(jī)理作為根本，將雷擊線路的過(guò)程納入其中，引入了雷電流最大值與繞擊率相關(guān)的觀點(diǎn)，完全考慮雷電參數(shù)和線路結(jié)構(gòu)對(duì)繞擊率的影響。

在最近的電力系統(tǒng)的防雷設(shè)計(jì)中，主要的計(jì)算方法有擊距法和規(guī)程法。規(guī)程法主要在分析線路屏蔽性能時(shí)缺陷比較大，所以還采用電氣幾何模型（EGM法）來(lái)分析電力線路的繞擊跳閘率。在計(jì)算線路反擊跳閘率時(shí)，應(yīng)用規(guī)程法考慮的因素不多，所以很多因素都省略了，其中忽略了雷電流陡度。當(dāng)采用行波法計(jì)算線路的反擊跳閘率時(shí)，則考慮了桿塔沖擊接地電阻、雷電流陡度、地形、桿塔塔頭尺寸等因素，本論文同時(shí)采用規(guī)程法和擊距法計(jì)算線路雷擊跳閘率的方法。目前，在我國(guó)分析電力線路防雷性能的方法主要有電氣幾何模型法、、規(guī)程法、概率論法等。故綜合從以上幾個(gè)方面考慮：在能反映線路雷擊情況的條件下，力爭(zhēng)能夠比較全面，實(shí)際地與實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)相符。

3 影響因素

高壓輸電線路的路徑一般都有氣象條件較為復(fù)雜、桿塔類型繁多、地形、高差較大等特點(diǎn)。在線路早期的規(guī)劃設(shè)計(jì)中，較多地采用規(guī)程法計(jì)算得繞擊率，這是按照山區(qū)地形計(jì)算，因?yàn)楦邏壕€路途徑地形繁雜；但對(duì)于擊距法，避雷線、導(dǎo)線的平均高度的計(jì)算遠(yuǎn)大于平原地區(qū)，對(duì)于雷擊地面為平原地區(qū)的2倍以上，當(dāng)?shù)孛鎯A角從0°增加到30°時(shí)，雷電擊中地面的距離也是增長(zhǎng)2倍。所以，在高壓線路運(yùn)用擊距法時(shí)，地面傾角為30°主要針對(duì)繞擊跳閘率的計(jì)算。

在各種型式的桿塔中，ZM214A型桿塔的繞擊跳閘率最高，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其它桿塔，原因在于ZM214A型塔的屏蔽角為10.87°；在直立式塔中，ZM214A型塔的屏蔽角是最大的，比ZM3、ZM212A、ZM213A、ZM52、ZM7、ZM51都大，并且ZM214A型塔的高度最高，呼稱高為51m，塔頭高15m，總塔高就達(dá)到了66m，ZM214A型塔的屏蔽角雖比轉(zhuǎn)角塔的最大屏蔽角小，但它的高度卻遠(yuǎn)比轉(zhuǎn)角塔ZMJ1、JT31、JT32高出許多，轉(zhuǎn)角塔最大呼稱高為30m，塔頭14.2m。在本次設(shè)計(jì)中，計(jì)算結(jié)果都是運(yùn)用擊距法計(jì)算的繞擊跳閘率為地面傾角為30°時(shí)得出的。

（1）地面傾角。如果桿塔呼稱高不同時(shí)，地面傾角影響的繞擊跳閘率。如果增大地面傾角，繞擊跳閘率將呈非線性增加，當(dāng)?shù)孛鎯A角為0°時(shí)，對(duì)繞擊率的影相非常小，通過(guò)計(jì)算，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，繞擊率幾乎無(wú)變化；隨著地面傾角增大，繞擊跳閘率增加的倍率不斷變大。擊距法中計(jì)算繞擊跳閘是采取地面傾角為30°計(jì)算的，通過(guò)地面傾角為0° 和30°的比較，很明顯的看出，地面傾角對(duì)繞擊跳閘率的影響是一個(gè)不可忽視的因素。從圖1中還可以看出，隨著呼稱高的增加，繞擊跳閘率增大，這進(jìn)一步說(shuō)明了繞擊跳閘率受地面傾角和呼稱高的影響；（2）保護(hù)角。避雷線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角，其實(shí)質(zhì)表現(xiàn)了地線的屏蔽作用。這一效應(yīng)在電氣幾何模型法中能夠用地線垂直平分線與導(dǎo)線的位置來(lái)表示。保護(hù)角越大，繞擊區(qū)加大，垂直平分線斜率增加，將使繞擊數(shù)上升。較為常見(jiàn)的是根據(jù)計(jì)算當(dāng)°時(shí)，繞擊率將會(huì)明顯上升。這與在規(guī)程法中，隨著保護(hù)角增大，繞擊跳閘率增大是一致的；（3）桿塔高度。如果桿塔高度增加，繞擊數(shù)也會(huì)上升。并且當(dāng)桿塔高度增加，地面屏蔽效應(yīng)減弱，桿塔高度較大時(shí)，繞擊率會(huì)趨于飽和，這就等于拋物線的相對(duì)位置有所改變。如果繞擊區(qū)增大，會(huì)使更多的雷電擊不中地面而擊中電力線路。而如果桿塔高度達(dá)到一定水平時(shí)，地面的屏蔽作用會(huì)變得很小，基本上低于垂直平分線以下區(qū)域的雷電都能擊中電力導(dǎo)線。因此，繞擊數(shù)將基本上為飽和狀態(tài)，不再隨桿塔高度上升而增加。所以結(jié)合減少繞擊的目的，應(yīng)盡量減少降低桿塔高度和保護(hù)角。當(dāng)桿塔高度增加同樣大小時(shí)，繞擊的變化將遠(yuǎn)超過(guò)反擊的變化，也就是呼稱高對(duì)繞擊的影響比對(duì)反擊的影響更大。在相關(guān)的圖形中，呼稱高曲線與反擊跳閘率近似呈線性關(guān)系，繞擊跳閘率與桿塔呼稱高的關(guān)系近似為斜拋物線。繞擊跳閘率在桿塔呼稱高超過(guò)35m，上升速度很快；（4）其它因素。據(jù)相關(guān)資料分析，發(fā)現(xiàn)檔距對(duì)繞擊跳閘率的影響也很大，據(jù)統(tǒng)計(jì)，檔距對(duì)反擊跳閘率影響微乎其微，甚至不影響，對(duì)繞擊跳閘率的影響很大，隨著檔距的增大，繞擊跳閘率下降很快，檔距在400m以前，下降的速度比檔距超過(guò)400m后的下降速度大，而反擊跳閘率變化趨勢(shì)平緩，基本上為一直線。由此可得：檔距影響繞擊跳閘率比影響反擊跳閘率大得多。

影響繞擊跳閘率的因素還有波阻抗和線路絕緣水平等。小雷電流在自然界中所占較大比例，擊中線路的雷電流幅值及線路總的落雷數(shù)的分布情況都應(yīng)該與桿塔結(jié)構(gòu)有關(guān)。滿足引起繞擊的最小雷電流的表達(dá)式為：kA。線路絕緣的與繞擊耐雷水平關(guān)系密切，如果提高線路的繞擊耐雷水平，則繞擊中跳閘率將會(huì)下降。因此，從減少繞擊事故，降低繞擊跳閘率的觀點(diǎn)出發(fā)，應(yīng)該增加絕緣子片數(shù)。

4 線路防雷的改進(jìn)措施

（1）對(duì)于用擊距法計(jì)算繞擊率結(jié)果比用規(guī)程法計(jì)算繞擊率大幾十倍的桿塔，應(yīng)該采取降低桿塔高度。避雷線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角一般采用20°-30°。兩根避雷線相對(duì)于桿塔的距離，應(yīng)不超過(guò)導(dǎo)線對(duì)于避雷線間5倍的垂直距離；（2） 針對(duì)雷電活動(dòng)增強(qiáng)，雷擊跳閘反擊出現(xiàn)幾率較高，而此地區(qū)土壤電阻率較高的情況，可采用降低桿塔接地電阻來(lái)防止反擊事故發(fā)生。經(jīng)常發(fā)生雷擊故障的桿塔和線段和雷電活動(dòng)強(qiáng)烈的地方，應(yīng)架設(shè)雙避雷線、改善接地裝置、適當(dāng)加強(qiáng)絕緣或架設(shè)耦合地線;（3） 對(duì)繞擊跳閘率高一些的第一段、第十一段，第一段為輸電線路的出線端，對(duì)于擊距法計(jì)算的繞擊跳閘次數(shù)是規(guī)程法計(jì)算結(jié)果的七十多倍，這與桿塔高度的關(guān)系較大，可旁設(shè)避雷針或增加絕緣子片數(shù)以期減小保護(hù)角來(lái)降低繞擊跳閘率;（4）對(duì)于反擊跳閘率較高、而桿塔高度不高的不對(duì)稱塔最好的防護(hù)措施是加強(qiáng)絕緣，通過(guò)增

加絕緣子片數(shù)來(lái)提高其防雷性能。線路絕緣子每串個(gè)數(shù)m一般按運(yùn)行電壓所要求的泄露距離選定（在非污穢區(qū)）;（5）及時(shí)更換閃絡(luò)瓷瓶，恢復(fù)線路絕緣水平。緣線的避雷絕放電間隙應(yīng)根據(jù)繼電保護(hù)的動(dòng)作條件和避雷線上感應(yīng)電壓的續(xù)流熄弧條件來(lái)定。一般為10-40cm。如果是海拔1000m以上的地區(qū)，應(yīng)加大間隙值。在進(jìn)行絕緣配合時(shí)，應(yīng)考慮桿塔尺寸誤差、橫擔(dān)變形和拉線誤差等因素;（6）根據(jù)重雷區(qū)易擊段桿塔所處的地理位置，地形，地貌，采用有效屏蔽角計(jì)算公式校驗(yàn)桿塔有效保護(hù)角，針對(duì)工頻電阻很小，而又曾遭受繞擊得桿塔采用負(fù)保護(hù)角，即在線路邊導(dǎo)線外側(cè)安裝避雷針;（7）有避雷線的線路應(yīng)防止雷擊檔距中央反擊導(dǎo)線，15℃無(wú)風(fēng)時(shí)檔距中央導(dǎo)線與避雷線間的距離，應(yīng)該滿足S0.012L+1 的要求，如果不滿足，通過(guò)改變導(dǎo)線，地線馳度解決;（8）為減少雷擊引起的多相短路和兩相異點(diǎn)接地引起的斷線事故，35kV和63kV無(wú)避雷線線路的鋼筋混凝土桿和鐵塔以及木桿線路上的鐵橫擔(dān)均宜接地。接地電阻一般不受限制，但多雷區(qū)不宜超過(guò)30Ω。

應(yīng)全面考慮系統(tǒng)運(yùn)行方式、線路的重要程度、地形地貌的特點(diǎn)、線路經(jīng)過(guò)地區(qū)雷電活動(dòng)強(qiáng)度、土壤電阻率的高低等條件來(lái)確定輸電線路的防雷措施方式。再結(jié)合當(dāng)?shù)卦须娏€路的實(shí)際情況因地制宜，采取相對(duì)應(yīng)的保護(hù)措施。

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肖魚（1982-），女，重慶永川人，講師，主要從事：電氣工程與自動(dòng)化方面的教學(xué)與研究。

10.16640/j.cnki.37-1222/t.2015.21.137