淺析500kV輸變電工程設計中雷電過電壓問題

王曉偉

摘 要：隨著社會的不斷發展和進步，人們對于輸變電工程設計中雷電過電壓問題的關注度越來越高。我國現今對于500kV輸變電工程設計中的雷電過電壓的計算方式過于落后，已經不能夠滿足于當今社會的和科學技術的需求。雖然我國就此方面的工作做出了許多的研究，但是仍有不足。文章依據現今500kV輸變電工程設計中的雷電過電壓的計算方式中的不足提出觀點和建議。

關鍵詞：500kV輸變電；輸變電工程設計；雷電過電壓問題

1 500 kV輸變電所雷電侵入波保護

1.1 雷擊點

按照我國規定的規程內容在變電所外的遠區雷擊只計算2km以外的地方，不需要考慮在2km以內的雷擊區。就實際而言，能夠對變電所內的設備構成威脅的是在2km以內的近區雷擊。2km以外的遠區雷擊，由于距離較長，雷電波在傳輸的過程中會逐漸減弱和波頭變緩，因此在雷電波侵入變電所內設備的電壓較弱，若以此為考察的目標不合適。這大概是沿用高壓和中壓系統的做法，以為進線部位有加強絕緣或是設有避雷線，不會因為繞擊或是反擊而進波。事實上，進線部位和非進線部位并沒有什么區別，很有可能會因受到雷擊而造成侵入波。

在西歐、日本、美國等國家，都把近區雷擊看作輸變電所侵入波的考查目標。我國對于500kV輸變電工程設計中的雷電過電壓做過大量的研究，也都是以近區雷擊為研究對象。通過大量的研究表明，一般情況下的近區雷擊比遠區雷擊的侵入波過電壓高。

1.2 雷電侵入波的計算方法

以前在進行測試時會受到條件的限制，一般情況下都是通過防雷分析儀來判斷侵入波過電壓假設在2km處的地方設置一個相當于幅值的U50%直角波絕緣子串雷電放電電壓，對于測量變電所設備上的過電壓，現改用計算機來計算。有人曾提出了仍然使用防雷分析儀的方式。這樣方式理論的基本是絕緣子串放電電壓U50%要大于侵入波過電壓的幅值，而且它與2km以外的雷擊相關。在考慮近區雷擊的情況下，入侵導體形成的雷電流波過電壓幅值就有超過過絕緣子串的臨界放電電壓U50%的可能。一是這個過電壓的波頭較為峻峭，因此放點的電壓較強；二是耐張塔放電電壓較高，因此該方法的基礎條件不成立。

1.3 最大雷電流計算值

如果使用防雷分析儀法，則不需要判斷雷電流的最大值，此方式不合適。如果使用國際通用法，則需要判斷雷電流的最大值。我國在規程中對此沒有明確的規定，此值太高，會造成一定的浪費。若是，此值太低，就會降低安全性。在日本所統計的雷電流幅值相較來說較低。在500kV輸變電系統中，其最大雷電流在計算時取150kA。但是在西歐等國家，其最大雷電流在計算時取250KA。在選取此值時要結合國情，依據具體的雷電流幅值分布概率，在選取最大雷電流計算值時建議為210～220kA。

1.4 絕緣裕度

在使用慣用法計算時，在雷電侵入波過電壓的影響下，變電所內設備絕緣應該留的裕度有多大是一個重要的問題。我國在規程中各單位對此的要求都沒有明確的規定，也沒有相似的要求。建議可以參考IEC71-2標準，而對于內絕緣裕度則取1.15，外絕緣取1.05～1.0。

1.5 變電所內的雷電平均無故障時間

當使用傳統的方法來計算最大的雷電侵入波過電壓時，沒有考慮不同變電站運行方式的出現幾率，也沒有計及各種雷電流幅值、變電所內不同的過電壓、進線段桿塔絕緣子串閃絡的出現幾率。這是采用慣用法的缺點，但是若是采用統計法卻可以避免這些缺點。但是我國對于使用統計法來計算變電所的耐雷指標時沒有同意的相關規定。CIGRE的工作組認為，目前可以接受的事故率的典型值為0.1～0.3%，設計的失敗率應該在這個范圍內。我國500kV的電網結構不是很強，而且運行的水平比較低，因此主張MTBF取值為800-1000a，這也是我國一些電力運行部門希望的結果。

2 500kV輸電線路的雷擊跳閘率的計算方式

2.1 反擊

2.1.1 雷擊塔頂時計算導線上的感應過電壓

按照我國規定的規程內容定感應過電壓U，使用以下公式進行計算：

Ui=ahc（1-（hg/hc）k0）

式中，hc是導線對地的平均高度；hg是避雷線對地的平均高度；k0是避雷線和導線之間的藕合系數；a是雷電流陡度。

當hc=50m，hg=60m，k0=0.3，a=57.69kA，則Ui=1846kV，感應過電壓占86%的臨界放電電壓絕緣子串。再加上桿塔橫擔電壓，不管多么小的桿塔接地電阻，絕緣子串必須閃緣。而此計算電壓一定遠遠大于實際的電壓。以上所敘述的計算公式是在前蘇聯半個世紀以前所研究出來的成果，因此對于現代這顆科技發展過快的時代較為落后，所以在運用時不太合適，尤其是對于大跨越線路、同桿雙回線路、山區線路等。

在歐洲、美洲、日本等地區都認同有感應過電壓，并且對此提出了相應的計算公式，但是Ui的計算比我國規程法規定的計算要小很多。他們在防雷計算時是不考慮感應過電壓這項因素的，因此與中國、前蘇聯的做法有很大的差異。

2.1.2 工作電壓的影響

500kV線路的工作電壓較高，在反擊時，在絕緣子串中已經占據了大部分的兩端電壓比例。在計算時忽略耐雷水平影響的工頻電壓，則會導致出現更大的錯誤。在日本、美國、歐洲等諸多國家都已經考慮到工作電壓的影響，當時我國還沒有注意到，因此建議對此進行修改。

2.2 高桿塔繞擊的計算方式

按照我國規定的規程內容對高桿塔繞擊的計算方式為：

對平原線路：lgP=（α/86）-39

對山區線路：lgP=（α/86）-335

式中，α為避雷線邊緣導線的保護角。但是此式在運用時也有一定的條件，α條件為15°：必大于15°小于40°和ht小于50米的前提下，才可以使用此公式，若是不符合此前提標準則不可以。

3 500kV線路的防雷設計

同桿雙回線路的好處是可以減小走廊的寬度、增大單位走廊寬度內的輸電容量、節約成本。日本的500kV的線路幾乎都是采用同桿雙回線路的方法。這種方法在歐美等國家非常盛行，現今在我國的使用率也越來越高。其中有一個極為重大的問題就是耐雷性能變差，這些還需要進一步的深入研究。在我國現有規程內關于防雷計算方法的內容都只適用于單回路。同桿雙回線路的特點有兩點，第一是桿塔高，容易發生繞擊和反擊的現象，第二是在發生雷擊桿塔的同時導致雙回同時跳閘的狀況發生。如果使用規程法內的計算方法同桿雙回線路的總跳閘率較高，而且基本上都是雙回同時跳閘，這同實際情況是不吻合的，因此需要進一步的研究，并整理出一套完整的防雷計算方法，以方便相關的使用。

4 結束語

由于我國的發展日益完善，不斷的與國際接軌，因此在500kV輸變電工程設計中雷電過電壓中暴露出一些問題，需要不斷地修改與補充。希望通過文章的論述，可以提高此項工作的安全性和合理性。

參考文獻

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