輸電線路中工頻電壓影響雷擊跳閘率的研究
2014-04-29 00:00:00蔣勇
科技創新與應用 2014年19期
摘 要：輸電線路中繞擊跳閘率和反擊跳閘率均受到工頻電壓的影響，為了深入探究這種影響結果，文章以工頻疊加所產生的影響原理，結合蒙特卡羅法實例計算，從兩方面對影響情況計算和分析。
關鍵詞：輸電線路；工頻電壓；雷擊跳閘率；繞擊跳閘；反擊跳閘
1 概述
在輸電線路中，雷擊跳閘率是檢測防雷性能的重要指標，是考查輸電線路防雷設計性能的重要參考數據。輸電線路的雷擊跳閘率的高低受工頻電壓的影響較為嚴重，絕緣子所承受的雷擊過壓情況，這兩方面的內容成為輸電線路設計中的重要研究課題。考慮到工頻電壓所產生的影響，在反擊時將使得跳閘率顯著升高；而工頻電壓在繞擊時所受影響不大。在采用交流電進行輸電的線路中，工頻電壓在雷擊瞬間導線上是一個隨機變量，該電壓值大小介于一個正負相電壓峰值之間。所以工頻電壓在每次雷擊時，對雷擊跳閘率產生不同的影響，很難利用解析方法對工頻電壓所影響的雷擊跳閘率進行詳細分析。
在對雷擊跳閘率進行計算時，目前國外較多方法都考慮了工頻電壓的影響，而在國內的現行規程中，忽略了工頻電壓所產生的影響。考慮到工頻電壓的隨機性，從蒙特卡羅法計算及影響機理兩方面進行分析，探究輸電線路繞擊跳閘率及反擊跳閘率所受工頻電壓的影響。
2 閃絡判據與過電壓計算
當輸電線路受到雷擊時，雷電流沿避雷線、導線或導線桿塔傳播，經過這樣一個波傳導的過程，最終在絕緣子兩端產生雷擊過電壓。在電力工程計算中，波過程通常采用集中參數電路計算代替。反擊時，過電壓Uf（kV）為：
其中，I為雷電流幅值；k為考慮電暈影響后的導線和避雷線之間的耦合系數；A為雷電流波頭陡度；k0為導線和避雷線的幾何耦合系數；hc為導線平均高度；ha為橫擔高度；ht為避雷線對地高度；hg為避雷線平均高度；Ri為桿塔沖擊接地電阻；β為桿塔分流系數；Lt為桿塔電感。
繞擊時，過電壓Ur=IZc/4，其中，Zc為導線波阻抗，電力工程計算中常取400Ω。將絕緣子正負極性沖擊閃絡電壓的差異忽略不計，是否發生閃絡通過雷擊過電壓值與絕緣子50%雷電沖擊放電電壓U50%比較進行判斷。
U50%（kV）通過經驗公式U50%=533L+132確定，其中，L為最短空氣間隙或絕緣子串干弧距離。為簡化分析，采用上述方法分析過電壓計算及閃絡判據。
3 工頻疊加對雷擊跳閘率的影響分析
如圖1（a）所示，U50%為絕緣子50%雷電沖擊放電電壓，U1、U2、U3、U4分別為不考慮工頻電壓時，4種不同情況下絕緣子所承受的雷擊過電壓值。U1<
由于雷擊跳閘率是統計量，考慮到雷電流幅值的差異性，而這些過壓值帶有隨機性，每次遭雷擊所產生的過電壓數值不相同，可能屬于U1、U2、U3、U4中的任意一種情況。當過壓值范圍屬于U1或U4這兩種情況時，雷擊跳閘率受到工頻電壓的影響基本上可以忽略。而關鍵在于U2以及U3這兩種情況，如果遭受雷擊時，絕緣子兩端所承受的過電壓屬于U2情況的概率較大時，則雷擊跳閘率將由于工頻疊加而升高；如果承受的過電壓屬于U3情況的概率較大時，則雷擊跳閘率將由于工頻疊加降低；如果U2、U3情況的概率相當，則工頻疊加對雷擊跳閘率沒有影響。
4 蒙特卡羅法計算雷擊跳閘率受到工頻疊加的影響
在幾種不同電壓等級下，典型桿塔在不同地形下，不考慮與考慮工頻疊加的繞擊、反擊跳閘率計算結果對比。計算反擊跳閘率時，桿塔考慮平原、山區兩種情況，沖擊接地電阻按照平原7Ω、山區11Ω計算。
疊加工頻電壓后，110kV桿塔山區和平原反擊跳閘率分別提高919%和1914%；220kV桿塔分別提高29%和3819%；500kV分別提高8517%和100%。可以得出：疊加工頻電壓后各電壓等級的桿塔反擊跳閘率將升高。
5 結束語
由于工頻電壓的存在，使得輸電線路的反擊跳閘率顯著提高，且隨著電壓增高會有更加明顯的影響。如果在防雷設計中不考慮反擊跳閘率受工頻電壓的影響，將會產生較大誤差。
分析得知，繞擊跳閘率受工頻電壓影響較小，而通過蒙特卡羅法計算的結果可知其影響基本上可以忽略不計。電力防雷工程設計時，在電壓等級較低的輸電線路中，可忽略工頻電壓對繞擊跳閘率的影響。
參考文獻
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