高壓輸電線路防雷性能計算方法的比較

摘 要：高壓輸電線路防雷問題是個一個綜合的技術(shù)問題，在確定線路的具體防雷措施時，應(yīng)根據(jù)線路的電壓等級、系統(tǒng)運行方式、負荷性質(zhì)、當?shù)氐牡匦蔚孛蔡攸c、土壤電阻率的高低、雷電活動的強弱等相關(guān)條件來確定。

關(guān)鍵詞：高壓輸電線路;防雷;相關(guān)條件

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

1 概述

結(jié)合多年電力線路模擬實驗、運行經(jīng)驗和現(xiàn)場實測都能驗證，雷電繞過避雷線擊中電力線路的概率與桿塔高度、避雷線對邊導(dǎo)線的保護角以及線路經(jīng)過地區(qū)的地質(zhì)條件、地貌、地形等因素相關(guān)。

2 計算方法的簡介

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，計算方法也是一個很重要的因素，規(guī)程法，是一種比較簡單那得計算方法，是把電力線路中的桿塔看成一等值電感桿塔上各點的電位大小都相等。所以，當雷電擊中桿塔頂部時，如果沒有考慮雷電流的過程，地面傾角和雷電流大小相對于屏蔽效果的影響，所以不能正常體現(xiàn)電力線路的實際情況，沒有辦法解釋繞擊率過大的現(xiàn)象和屏蔽失效的現(xiàn)象。常見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，利用行波法計算各節(jié)點電位，把求得的絕緣子串之間電位差對于時間的變化規(guī)律，對比其伏特性，以判別絕緣子有無閃絡(luò)，計算的過程體現(xiàn)出雷電波在桿塔上的傳播過程，以及反射波對桿塔各節(jié)點的影響，計算出比較精確線路反擊跳閘率，但是計算量大，考慮因素復(fù)雜。擊距法對實際桿塔的屏蔽效果進行計算和驗證。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理作為根本，將雷擊線路的過程納入其中，引入了雷電流最大值與繞擊率相關(guān)的觀點，完全考慮雷電參數(shù)和線路結(jié)構(gòu)對繞擊率的影響。

在最近的電力系統(tǒng)的防雷設(shè)計中，主要的計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缺陷比較大，所以還采用電氣幾何模型（EGM法）來分析電力線路的繞擊跳閘率。在計算線路反擊跳閘率時，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。當采用行波法計算線路的反擊跳閘率時，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，本論文同時采用規(guī)程法和擊距法計算線路雷擊跳閘率的方法。目前，在我國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。故綜合從以上幾個方面考慮：在能反映線路雷擊情況的條件下，力爭能夠比較全面，實際地與實際運行經(jīng)驗相符。

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。在線路早期的規(guī)劃設(shè)計中，較多地采用規(guī)程法計算得繞擊率，這是按照山區(qū)地形計算，因為高壓線路途徑地形繁雜;但對于擊距法，避雷線、導(dǎo)線的平均高度的計算遠大于平原地區(qū)，對于雷擊地面為平原地區(qū)的2倍以上，當?shù)孛鎯A角從0°增加到30°時，雷電擊中地面的距離也是增長2倍。所以，在高壓線路運用擊距法時，地面傾角為30°主要針對繞擊跳閘率的計算。

在各種型式的桿塔中，ZM214A型桿塔的繞擊跳閘率最高，遠遠大于其它桿塔，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)計中，計算結(jié)果都是運用擊距法計算的繞擊跳閘率為地面傾角為30°時得出的。

（1）地面傾角。如果桿塔呼稱高不同時，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?shù)孛鎯A角為0°時，對繞擊率的影相非常小，通過計算，根據(jù)數(shù)據(jù)顯示，繞擊率幾乎無變化;隨著地面傾角增大，繞擊跳閘率增加的倍率不斷變大。擊距法中計算繞擊跳閘是采取地面傾角為30°計算的，通過地面傾角為0°和30°的比較，很明顯的看出，地面傾角對繞擊跳閘率的影響是一個不可忽視的因素。從圖1中還可以看出，隨著呼稱高的增加，繞擊跳閘率增大，這進一步說明了繞擊跳閘率受地面傾角和呼稱高的影響;（2）保護角。避雷線對邊導(dǎo)線的保護角，其實質(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)線的位置來表示。保護角越大，繞擊區(qū)加大，垂直平分線斜率增加，將使繞擊數(shù)上升。較為常見的是根據(jù)計算當°時，繞擊率將會明顯上升。這與在規(guī)程法中，隨著保護角增大，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)也會上升。并且當桿塔高度增加，地面屏蔽效應(yīng)減弱，桿塔高度較大時，繞擊率會趨于飽和，這就等于拋物線的相對位置有所改變。如果繞擊區(qū)增大，會使更多的雷電擊不中地面而擊中電力線路。而如果桿塔高度達到一定水平時，地面的屏蔽作用會變得很小，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角。當桿塔高度增加同樣大小時，繞擊的變化將遠超過反擊的變化，也就是呼稱高對繞擊的影響比對反擊的影響更大。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)檔距對繞擊跳閘率的影響也很大，據(jù)統(tǒng)計，檔距對反擊跳閘率影響微乎其微，甚至不影響，對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400m后的下降速度大，而反擊跳閘率變化趨勢平緩，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。endprint

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下降。因此，從減少繞擊事故，降低繞擊跳閘率的觀點出發(fā)，應(yīng)該增加絕緣子片數(shù)。

4 線路防雷的改進措施

（1）對于用擊距法計算繞擊率結(jié)果比用規(guī)程法計算繞擊率大幾十倍的桿塔，應(yīng)該采取降低桿塔高度。避雷線對邊導(dǎo)線的保護角一般采用20°-30°。兩根避雷線相對于桿塔的距離，應(yīng)不超過導(dǎo)線對于避雷線間5倍的垂直距離;（2） 針對雷電活動增強，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強烈的地方，應(yīng)架設(shè)雙避雷線、改善接地裝置、適當加強絕緣或架設(shè)耦合地線;（3） 對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，對于擊距法計算的繞擊跳閘次數(shù)是規(guī)程法計算結(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)以期減小保護角來降低繞擊跳閘率;（4）對于反擊跳閘率較高、而桿塔高度不高的不對稱塔最好的防護措施是加強絕緣，通過增

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加絕緣子片數(shù)來提高其防雷性能。線路絕緣子每串個數(shù)m一般按運行電壓所要求的泄露距離選定（在非污穢區(qū)）;（5）及時更換閃絡(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)繼電保護的動作條件和避雷線上感應(yīng)電壓的續(xù)流熄弧條件來定。一般為10-40cm。如果是海拔1000m以上的地區(qū)，應(yīng)加大間隙值。在進行絕緣配合時，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，采用有效屏蔽角計算公式校驗桿塔有效保護角，針對工頻電阻很小，而又曾遭受繞擊得桿塔采用負保護角，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℃無風(fēng)時檔距中央導(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接地引起的斷線事故，35kV和63kV無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30Ω。

應(yīng)全面考慮系統(tǒng)運行方式、線路的重要程度、地形地貌的特點、線路經(jīng)過地區(qū)雷電活動強度、土壤電阻率的高低等條件來確定輸電線路的防雷措施方式。再結(jié)合當?shù)卦须娏€路的實際情況因地制宜，采取相對應(yīng)的保護措施。

參考文獻：

[1]楊保初，戴玉松.高電壓技術(shù)[M].重慶大學(xué)出版社，2001（09）：148-160.

[2]關(guān)根志.高電壓工程基礎(chǔ)[M].中國電力出版社，2003（03）：194-205.

[3]林志偉.線路防雷中繞擊電流的計算及修正[J].湖北電力，2002（01）：79-81.

[4]侯牧武，曾嶸.感應(yīng)過電壓對輸電線路耐雷水平的影響[J].電網(wǎng)技術(shù)，2004（12）：128-134.

[5]谷定燮，樊靈孟.對我國500kV線路防雷的新思考[J].中國電力，2004（12）：79-81.

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