交流特高壓線路黃河大跨越耐雷性能的研究

卞鵬，工程師，從事高壓送電線路設計

彭謙，工程師，從事高壓送電線路設計

宋立軍，高級工程師，從事高壓送電線路設計

康東升，高級工程師，從事高壓送電線路設計

摘 要：本文對于交流特高壓雙回路線路黃河大跨越段的耐雷特性進行了初步研究，分別對線路繞擊和反擊跳閘率進行了計算，進一步分析了不同設計條件對于線路雷擊跳閘率的影響。

關鍵詞：特高壓 大跨越 耐雷

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2011)10(b)-0000-00

1 計算模型

雙回路特高壓線路大跨越段的耐雷特性分析包括繞擊耐雷計算和反擊耐雷計算兩方面，以下分別介紹兩類耐雷特性分析的計算模型。

1.1 繞擊耐雷計算模型

目前特高壓輸電線路繞擊耐雷水平的計算方法仍然是沿用高壓及超高壓輸電線路繞擊耐雷水平的計算方法，應用較為廣泛的是電氣幾何模型分析法（EGM）。在EGM法中，關鍵概念是擊距。根據《1000kV特高壓交流輸變電工程過電壓和絕緣配合（GB/Z 24842-2009）》（方法B），避雷線、導線及大地的擊距計算公式分別為：

避雷線擊距公式：

式中：

I —雷電流，kA；

rs—雷電對避雷線的擊距，m；

rc —雷電對其上有工作電壓的導線的擊距

rg—雷電對大地的擊距，m；

Uph—導線上工作電壓瞬時值，MV。

yc —導線平均高度，m。

根據上述模型，可得到雷電先導豎直擊中線路的繞擊率：

當雷電以入射角ψ下行，其繞擊率可應用式（4）求解，但需要針對入射角ψ進行修正。由修正過的繞擊率，可得雷擊導線閃絡概率：

閃絡發生后，轉變為穩定的工頻電弧的概率與沿絕緣子串和空氣間隙的平均運行電壓梯度有關，可由以下公式計算：

式中：

η—建弧率；

E—絕緣子串的平均運行電壓（有效值）梯度，kV/m。

據前蘇聯和俄羅斯在大跨越線路防雷方面做的研究，大跨越線路百公里落雷次數Nsk為：

式中：

hav —避雷線的平均高度，m；

b—兩避雷線間距，m。

繞擊跳閘率即可按下式計算：

式中：

N—線路繞擊跳閘率，次/（100km·a）；

NL—百公里落雷次數；

η—建弧率；

Psf—線路的繞擊閃絡概率。

1.2 反擊耐雷性能的計算模型

目前常用的反擊跳閘分析方法是使用數字模型進行對雷擊過程進行仿真，模擬雷擊塔頂或避雷線上對導線產生反擊，得出線路的耐雷水平。

通過仿真，即可得到特高壓大跨越段發生雷電反擊時線路的耐雷水平，由此可進一步得雷電流超過反擊耐雷水平的概率值P。

式中：

i0—雷電反擊耐雷水平。

則雷電塔頂時的反擊跳閘率為：

N =gNskηP 式中：

N—雷電反擊跳閘率，次/（100km·a）；

g—擊桿率，大跨越塔取0.5；

Nsk—百公里落雷次數；

P—雷電流超過反擊耐雷水平的概率值。

2 大跨越耐雷特性分析

利用上述方法，我們對某雙回路特高壓工程的大跨越段進行了耐雷計算。跨越段采用耐-直-直-直-耐跨越方式，檔距分別為：450m/1550m/1250m/500m。

2.1 反擊耐雷特性分析

2.1.1 桿塔高度對反擊耐雷性能的影響

桿塔高度越高，引雷面積增大，落雷次數增加，同時雷擊塔頂后沿塔傳播至接地裝置時引起的負反射波返回到塔頂或橫擔所需時間也變長，使得塔頂或橫擔電位增高，易形成反擊。

2.1.2 沖擊接地電阻對反擊性能的影響

在特高壓輸電線路的防雷設計中，降低桿塔沖擊接地電阻是提高反擊耐雷水平的主要措施之一。但是相對于一般線路，降低接地電阻所帶來的改善并不突出。這主要是因為大跨越鐵塔較高，接地沖擊電阻在整個桿塔等效阻抗中所占比例已經較小的緣故。

2.1.3 絕緣水平對反擊耐雷性能的影響

本文中對不同絕緣水平下大跨越段的反擊耐雷水平進行了計算，得到結果:絕緣水平與反擊耐雷水平基本呈線性關系。

2.2 繞擊耐雷特性分析

根據對超、特高壓線路繞擊耐雷水平的分析可知，在鐵塔高度及絕緣水平一定的情況下，地線保護角是影響繞擊耐雷特性的主要因素。

2.3 計算結果

按照工程特定的計算輸入條件，我們對大跨越段雷擊跳閘率及雷擊無故障時間進行了計算，可知，大跨越段的耐雷水平較高，雙回雷擊無故障年可以達到119年，能夠滿足50年的雷擊無故障年的要求。

3 結語

(1) 反擊跳閘率受桿塔高度、接地沖擊電阻及絕緣水平的影響較大，降低桿塔高度及接地沖擊電阻，增強絕緣水平可以有效提高反擊耐雷水平；(2) 繞擊跳閘率受地線保護角、導地線高度及絕緣水平影響很大，減小地線保護角，降低跨越塔呼高及增加絕緣水平均可有效減小繞擊跳閘率。(3) 綜合分析，對于特高壓輸電線路大跨越段來說，其雷電反擊耐雷水平是比較高的，只要選擇合適的地線保護角，抑制雷電繞擊的發生，就可以得到滿意的耐雷性能。