500kV雙回垂直排列緊湊型線路防雷性能分析

● 中國(guó)能源建設(shè)集團(tuán)湖南省電力設(shè)計(jì)院有限公司 吳 煌 朱偉俊

目前國(guó)內(nèi)500kV雙回路線路大多采用垂直排列鼓形鐵塔，邊導(dǎo)線寬度約22m，拆房范圍約32m。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的持續(xù)發(fā)展和城鎮(zhèn)建設(shè)的不斷提速，輸電線路走廊日益緊張，房屋拆遷成本居高不下，工程建設(shè)難度持續(xù)加大。為盡量壓縮線路走廊，減少房屋拆遷量，一種新型輸電線路——雙回垂直排列緊湊型線路首次在湖南長(zhǎng)沙星沙至星城500kV輸電線路上得到應(yīng)用。較之采用常規(guī)雙回鼓形鐵塔架設(shè)方案，減少房屋拆遷面積1120m2/km，節(jié)約綜合造價(jià)290萬(wàn)元/km?？紤]到500kV雙回垂直排列緊湊型線路導(dǎo)線布置新穎，塔頭高度較大，有必要就其防雷性能進(jìn)行專門分析。

1 雷擊塔頂時(shí)耐雷水平的計(jì)算

輸電線路的防雷性能與耐雷水平有關(guān)，雷擊塔頂時(shí)耐雷水平I1計(jì)算如下：

式中：U50%-絕緣子串50%沖擊放電電壓（kV）；k-導(dǎo)地線電暈耦合系數(shù)；K0-導(dǎo)地線幾何耦合系數(shù)；Rsu-桿塔接地裝置的沖擊接地電阻（Ω）；ha-導(dǎo)線橫擔(dān)高度（m）；h1-地線橫擔(dān)高度（m）；Lt-桿塔電感（μH）；hgv-地線平均高度（m）；hav-導(dǎo)線平均高度（m）；β-桿塔分流系數(shù)。

根據(jù)（1）式，I1與沖擊接地電阻Rsu、桿塔高度有關(guān)外，也與導(dǎo)地線幾何耦合系數(shù)K0相關(guān)，K0主要取決于導(dǎo)地線布置。500kV雙回垂直排列緊湊型鐵塔導(dǎo)地線布置新穎，同一回路三相導(dǎo)線距離為7.7m-7.5m-7.7m，上下回路導(dǎo)線垂直距離為12m，導(dǎo)地線垂直距離8m，地線和相鄰層導(dǎo)線水平位移2m，這種布置方式與常規(guī)雙回路塔有很大不同。

雙回路垂直排列緊湊型鐵塔和常規(guī)雙回路鼓形鐵塔耐雷水平（kA）計(jì)算如表1。

由表1可知，雙回路垂直排列緊湊型鐵塔沖擊接地電阻20Ω以下時(shí)，可滿足500kV線路耐雷水平大于125kA的要求。雙回路垂直排列緊湊型鐵塔耐雷水平高于常規(guī)雙回路鼓形鐵塔，呼高和沖擊接地電阻越低時(shí)，優(yōu)勢(shì)越明顯。由于地線的耦合作用，最上層導(dǎo)線耐雷水平可能高于其它層導(dǎo)線，雙回路垂直排列緊湊型鐵塔在這一點(diǎn)上更加明顯，由此可適當(dāng)增長(zhǎng)第三層導(dǎo)線絕緣子串長(zhǎng)度，提高其50%沖擊放電電壓U50%，使第三層導(dǎo)線耐雷水平高于第四層導(dǎo)線；同時(shí)將沖擊接地電阻限制在15～20Ω以下，使第二層導(dǎo)線耐雷水平高于第四層導(dǎo)線，從而提高雙回路垂直排列緊湊型鐵塔的整體耐雷水平。

表1 雙回路垂直排列緊湊型鐵塔和常規(guī)雙回路鼓形鐵塔耐雷水平比較

2 雷電跳閘率計(jì)算

根據(jù)雷擊輸電線路部位不同，雷電過(guò)電壓可以分為以下4種：

（1）雷擊桿塔；（2）雷擊避雷線檔距中央；（3）雷電直接擊中導(dǎo)線，即繞擊事故；（4）雷擊導(dǎo)線附近地面，導(dǎo)線上的感應(yīng)過(guò)電壓。其中第（2）種和第（4）種情況一般不易在較高電壓等級(jí)線路上造成閃絡(luò)事故，在計(jì)算500kV線路防雷性能時(shí)，一般主要考慮（1）（3）兩種情況，即雷擊桿塔和雷電繞擊情況。雷電跳閘率n=n1+n2，n1為雷擊桿塔跳閘率，n2為繞擊跳閘率。

2.1 雷擊桿塔跳閘率

表2 雷擊桿塔跳閘率

由表2可知，由于耐雷水平較高，同時(shí)地線間距較小，雙回路垂直排列緊湊型鐵塔雷擊桿塔跳閘率低于常規(guī)雙回路鼓形塔。

2.2 繞擊跳閘率

繞擊跳閘率n2計(jì)算公式如下：

表3 繞擊跳閘率

由表3可知，由于雙回路垂直排列緊湊型鐵塔防雷保護(hù)角最大為-4.27°(第二層導(dǎo)線)，而常規(guī)雙回路鼓形鐵塔防雷保護(hù)角最大為0°(第二層導(dǎo)線)，因此雙回路垂直排列緊湊型線路繞擊跳閘率遠(yuǎn)低于常規(guī)雙回線路。

2.3 線路雷電跳閘率

綜合雷擊桿塔跳閘率和繞擊跳閘率后，線路雷電跳閘率如表4。以線路平均呼高42m，沖擊接地電阻15Ω時(shí)，雙回路垂直排列緊湊型線路雷電跳閘率較常規(guī)雙回路降低12%左右。桿塔呼高和沖擊接地電阻越低，雙回路垂直排列緊湊型線路雷電跳閘優(yōu)勢(shì)越明顯。

表4 線路雷電跳閘率

3 線路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)

國(guó)內(nèi)第一條雙回路垂直排列緊湊型線路星沙至星城500kV送電線路已于2014年7月投運(yùn)，4年多來(lái)未發(fā)生雷電跳閘故障。而同期湖南地區(qū)500kV常規(guī)雙回鼓形塔線路，如艾鶴雙回、黔艷雙回、湘云雙回等均有雷電跳閘記錄，合計(jì)雷電跳閘率0.623次/100km·年。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)證明500kV雙回垂直排列緊湊型線路防雷性能優(yōu)于常規(guī)雙回鼓形塔線路。

4 結(jié)論

（1）由于導(dǎo)地線布置緊湊，地線間距小，500kV雙回垂直排列緊湊型線路耐雷水平和雷電跳閘率均優(yōu)于常規(guī)鼓形塔線路。

（2）沖擊接地電阻20Ω以下時(shí)，500kV雙回垂直排列緊湊型鐵塔耐雷水平高于125kA。沖擊接地電阻15Ω以下時(shí)，雷擊跳閘率0.4次/100km·年左右，與500kV線路運(yùn)行參照值接近。鐵塔呼高增加時(shí)，應(yīng)進(jìn)一步降低沖擊接地電阻，滿足防雷性能要求。

（3）建議適當(dāng)增加下“V”串的絕緣子長(zhǎng)度，進(jìn)一步提高500kV雙回垂直排列緊湊型線路耐雷水平。