交流35kV輸電線路反擊耐雷性能研究

吳晗晉

摘要：雷擊對電線線路有很大的影響，35kV線路大多采用中性點不接地的方式運行，而且沒有架設(shè)避雷線，因此其耐雷特性不是很高，在使用過程中很容易出現(xiàn)安全隱患。文章對交流35kV輸電線路反擊耐雷性能進(jìn)行了研究。

關(guān)鍵詞：交流電路；35kV輸電線路；防雷措施；耐雷性能；雷擊；停電事故 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

中圖分類號：TM721 文章編號：1009-2374（2016）13-0136-03 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.13.065

雷擊是一種很常見的自然災(zāi)害，對于電線線路有很大的影響。當(dāng)電線線路遇到雷擊的時候，很容易造成線路跳閘停電事故，當(dāng)雷電擊到輸電線路的時候，會沿著輸電線路的傳播，進(jìn)而進(jìn)入到變電所中，成為危害變電所運營安全的一個重要原因。因此，在線路架設(shè)以及保護的過程中應(yīng)該重視輸電電路的雷擊防護問題。當(dāng)前對110kV以上輸電線路進(jìn)行了很多研究，對于35kV的研究則相對少一些。但是在我國的很多線路中，采用的都是35kV輸電線路和中性點不接地的運行方式，而且沒有架設(shè)避雷線，在使用過程中很容易出現(xiàn)安全隱患。

1 35kV輸電線路反擊耐雷特性計算方法

1.1 反擊耐雷水平的計算

在我國很多35kV的輸電線路中，Z型塔比較常見，如圖1所示：

如圖1所示，對于我們?nèi)粘Ｉ钪斜容^常見的Z型塔，一旦出現(xiàn)雷電現(xiàn)象時，一般都會首先擊中桿塔的頂部，當(dāng)雷電流達(dá)到了一定的數(shù)值，就會使得圖1中的A相絕緣子出現(xiàn)閃絡(luò)的情況，然后緊接著B相線路也會出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象，因為A相導(dǎo)線出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象之后會產(chǎn)生分流的作用，因此可以將其看作是避雷線。

如圖2所示的等值電路可以計算出桿塔的電位大小，其中各個參數(shù)代表的含義不相同：Lt指的是桿塔的等值電感；Rg指的是桿塔的沖擊接地電阻；it指的是流經(jīng)桿塔入地的雷電流；Zc指的是桿塔兩側(cè)A相一檔導(dǎo)線并聯(lián)的等值波阻抗；iA指的是流經(jīng)線路A相導(dǎo)線的電流。

一旦被雷電擊中，各個部位的電阻大小是不相同的，一般說來，被雷擊中的部位對地電阻比雷電通道的波阻抗相對要低一些，所以我們在計算電流以及電壓的過程中就可以相對地忽略雷電通道波阻抗的影響，輸電線路中的電流i可以看成是可以看成是從輸電線路的桿塔頂端的A點注入的。如果桿塔中的雷電流出現(xiàn)了斜角波形，其幅值為I，波頭為πf，波頭陡度為α。因此就可以得到一個具體的計算雷電電流的公式：i=αt。當(dāng)桿塔出現(xiàn)雷擊現(xiàn)象的時候，很多電流都會通過輸電線路中被擊中的桿塔進(jìn)入到地面，一小部分會通過閃絡(luò)的A相絕緣子、A相導(dǎo)線等支路入地。則桿塔電流的計算公式為：。式中：β為桿塔分流系數(shù)，是桿塔電流與雷電流之比。塔頂電位的計算公

式為：，桿塔分流系數(shù)β的計算

公式為：。在一般的工程計算中，雷電流

波頭的取值可以是πf=2.6μs，Zc=40Ω，桿塔電感Lt=0.42ht，其中ht代表的是桿塔的高度。

從以上的公式中可以計算出分流系數(shù)以及塔電位瞬時值ut。如果桿塔的B相絕緣子未閃絡(luò)或剛好在雷電流上升到幅值I閃絡(luò)，則可以得到塔頂電位的最大數(shù)值，計算公式為：，其中，桿塔的分流系數(shù)β應(yīng)取B相絕緣子串閃絡(luò)前波頭部分的桿塔分流系數(shù)。當(dāng)塔頂?shù)碾娢粸閡top時，閃絡(luò)的A相導(dǎo)線具有和A相橫擔(dān)處相同的電位uA，，其

中，hA表示A相橫擔(dān)的高度，ht為桿塔高度。

在計算的過程中應(yīng)該要注意不同的線路之間的耦合作用，比如在圖1中的B相導(dǎo)線與A相導(dǎo)線之間就存在一定的耦合作用，在B相位的導(dǎo)線上會出現(xiàn)耦合電位kuA，其中，k代表的是耦合系數(shù)。整個過程中的耦合電位的極性與雷電流的極性是相同的，當(dāng)雷電擊中了輸電線路的桿塔頂部的時候，桿塔周圍的空間磁場會發(fā)生改變，在B相導(dǎo)線上將有感應(yīng)電壓出現(xiàn)，但是這個電壓的極性卻和雷電流的極性是完全相反的，其大小為，其中k0為B相導(dǎo)線對A相導(dǎo)線的幾何耦合系

數(shù)，這個參數(shù)的數(shù)值可以根據(jù)鏡像法求出；hCA代表的是線路中的A相導(dǎo)線的平均高度，hCB代表的是B相導(dǎo)線的平均高度，α代表的是感應(yīng)過電壓系數(shù)。

輸電線路被雷電擊中的時候，感應(yīng)雷電壓的大小會隨著時間的變化而不斷變化，這個變化的速度與主放電的發(fā)展速度等因素有關(guān)，對電壓進(jìn)行計算時的關(guān)系也比較復(fù)雜，如果采用不同的算法，得到的結(jié)果會有較大的差異。為了使得計算過程更加簡單，在計算的時候可以認(rèn)為感應(yīng)雷電壓隨著時間的變化出現(xiàn)線性變化，雷電流達(dá)到最大值的時候，感應(yīng)的雷電壓也達(dá)到最大，B相導(dǎo)線電位uC等于其耦合電位和感應(yīng)雷電壓之和。

通過上述的公式分析可以看出，當(dāng)雷電擊中桿塔的頂部時輸電線路的反擊耐雷水平與導(dǎo)線間的耦合系數(shù)k有很大關(guān)系，一般說來，彼此的距離相對較遠(yuǎn)的兩根導(dǎo)線之間的耦合系數(shù)相對較小，作用在絕緣子串上的電壓值相對比較高一些，因此很容易出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象。在計算的過程中應(yīng)該要盡量選擇彼此之間的耦合系數(shù)比較小的相位作為分析的對象。對于我們?nèi)粘Ｉ钪斜容^常見的Z型塔而言，選擇如圖1所示的A相位和B相位比較

合適。

1.2 反擊跳閘率的計算

遇到雷擊危害時，很容易產(chǎn)生的一個危害就是跳閘，輸電線路之所以會出現(xiàn)跳閘，主要是有兩個條件：一個是雷電的電流超過了輸電線路本身可以承受的雷電電流忍耐水平，因此使得輸電線路中出現(xiàn)了沖擊閃絡(luò)；另一個是沖擊閃絡(luò)會轉(zhuǎn)變成為穩(wěn)定的工頻電弧才會導(dǎo)致線路跳閘。在輸電線路的運行過程中，任何一種情況都有可能出現(xiàn)，具體的反擊跳閘率的計算公式為：n1=NgP1n，其中n1為反擊跳閘率，n為建弧率，N為線路的年落雷次數(shù)，g為雷電擊中擊桿塔的頻率，P1為雷電流超過耐雷水平的統(tǒng)計概率。N、n、g可按規(guī)程法中的方法進(jìn)行計算。

2 35kV輸電線路反擊耐雷性能分析

在輸電線路的安裝過程中，一般都會安裝避雷線，但是對于一些沒有避雷線的35kV輸電線路，影響其反擊耐雷性能的因素有很多，比如沖擊接地的電阻、絕緣子的片數(shù)、桿塔的高度等。不同的因素在變化時，桿塔的反擊跳閘率也是有所不同的。

2.1 接地電阻對反擊跳閘率的影響

在輸電線路中，接地電阻也是一個十分重要的參數(shù)，接地電阻的大小與反擊跳閘率之間有一定的關(guān)系。假設(shè)桿塔有4片絕緣子，不同沖擊接地電阻時的反擊跳閘率的結(jié)果是不相同的。

由表1可知，桿塔的反擊跳閘率與接地電阻之間的關(guān)系成正比，當(dāng)接地電阻減小的時候，桿塔的反擊跳閘率也會減少，如果該電阻的值在10Ω以下，則反擊跳閘率的下降速度會加快，因此在具體的工作過程中，可以降低接地電阻的代銷，尤其是對變電站的進(jìn)線處進(jìn)行處理，比如接地操作，可以降低反擊跳閘率。

2.2 絕緣強度對反擊跳閘率的影響

不同的絕緣子片數(shù)對反擊跳閘率也有影響，假設(shè)桿塔的沖擊接地電阻為15Ω，不同絕緣子片數(shù)時線路反擊跳閘率有以下關(guān)系：

由表2可以得知，絕緣子片數(shù)與桿塔的反擊跳閘率之間有很大的聯(lián)系，一般說來，反擊跳閘率會隨著絕緣子片數(shù)的增加而迅速下降，兩者之間呈現(xiàn)一個十分明顯的反比關(guān)系。當(dāng)絕緣子的片數(shù)從3片增加到6片的時候，線路的反擊跳閘率會大幅度下降，基本下降了60%左右，尤其可以看出，針對35kV輸電線路而言，可以采取調(diào)爬措施來降低桿塔的反擊跳閘事故。

2.3 桿塔高度對反擊跳閘率的影響

在輸電線路的架設(shè)過程中，高度控制是一個十分重要的方面，輸電線路的高度不相同，其桿塔的反擊跳閘率也是不相同的。一般說來，輸電線路的桿塔高度越高，在遇到雷電天氣的時候會截獲更多的雷電，因此被雷電擊中的頻率也要高一些。當(dāng)桿塔的頂部被雷電擊中之后，雷電流也會經(jīng)過桿塔的塔身不斷傳播，直到接地裝置。在這個電流傳播的過程中就會引起負(fù)反射波，負(fù)反射波返回橫擔(dān)的時間增長，會使得橫擔(dān)電位增高，從而增加絕緣子閃絡(luò)的可能性。通過大量的實驗數(shù)據(jù)分析可知，當(dāng)桿塔的高度不斷降低的時候，輸電線路的反擊跳閘率也會相對降低，兩者成正比關(guān)系。

3 結(jié)語

綜上所述，35kV輸電線路是我國電網(wǎng)中比較常見的線路之一，對于這類線路而言，出現(xiàn)單相閃絡(luò)現(xiàn)象的時候，系統(tǒng)有可能不會跳閘，在另外的兩個相位的導(dǎo)線上會產(chǎn)生與輸電線路的桿塔電位的極性相同的耦合電壓，因此需要加強對輸電線路的反擊耐雷的性能進(jìn)行分析。經(jīng)過各種實驗得出，當(dāng)接地的電阻不斷降低的時候，線路的反擊耐雷性能會有所增加，成反比的關(guān)系，線路的反擊耐雷性能與絕緣子的片數(shù)成反比關(guān)系，當(dāng)絕緣子的片數(shù)增加到6片的時候，會出現(xiàn)大幅度的下降，同時線路的反擊耐雷性能與桿塔的高度成正比，隨著桿塔高度的不斷降低，其耐雷性會降低。根據(jù)研究結(jié)果，在35kV輸電線路的架設(shè)過程中可以考慮這些因素，以提高線路的反擊耐雷性能。

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（責(zé)任編輯：秦遜玉）