某220kV同桿并架輸電線路防雷初步設(shè)計

黃萍韋寶龍

（1.廣西大學(xué) 廣西南寧 530004 2.廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司 廣西柳州 545002）

某220kV同桿并架輸電線路防雷初步設(shè)計

黃萍1韋寶龍2

（1.廣西大學(xué) 廣西南寧 530004 2.廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司 廣西柳州 545002）

本文主要對廣西某地220kV同桿并架的甲乙線進(jìn)行防雷初步設(shè)計。本文通過分析輸電線路基本參數(shù)、氣象信息、地形地貌和桿塔類型等條件，按照標(biāo)設(shè)，先初步確定全線架設(shè)雙避雷線，盡可能降低桿塔接地電阻的防雷措施；然后選擇電氣幾何模型（EGM）法來對本次防雷措施進(jìn)行繞擊跳閘率驗算，運(yùn)用規(guī)程法進(jìn)行反擊跳閘率的初步校驗，再進(jìn)行線路防雷措施的改進(jìn)。最后，按50%繞擊跳閘率和50%反擊跳閘的比例進(jìn)行雷擊閃絡(luò)風(fēng)險評估，經(jīng)過評估分析，此次防雷設(shè)計的線路總雷擊跳閘率屬B等級，防雷性能良好。

同桿并架線路；防雷設(shè)計；耐雷水平；雷擊跳閘率

1 引言

90年代后同塔多回輸電技術(shù)在日、德、俄、加、美、瑞、蘇等世界各國都得到大力發(fā)展，美日等十幾個國家擁有長達(dá)3萬以上公里的275～500kV同桿并架多回架空輸電線路[1]。江蘇地區(qū)于2004年已經(jīng)建成國內(nèi)首條全長為5.417km的220kV鴻山變至荊同變同桿四回架空輸電線路。而廣東地區(qū)基本均采用同桿并架輸電線路，截止2010年8月，廣東電網(wǎng)220kV及以上線路的全部同塔或部分段同塔線路共計605回，占76.9%，而500kV線路共118回，500kV線路的全部同塔或部分段同塔線路66回，占55.9%[2]。目前，廣西電網(wǎng)110kV和220kV的同桿并架輸電線路也在逐年增加，但廣西是全國雷電災(zāi)害的高發(fā)地區(qū)，很多地區(qū)年雷暴日可達(dá)80多天，最多雷暴日的可達(dá)130多天。可見，做好同桿并架輸電線路的防雷措施才能減少雷擊跳閘停電事故，提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 防雷方案初選

2.1 設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)

本文結(jié)合線路實際情況，根據(jù)我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》（DL/T620-1997）、《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》（GB50545-2010）和《架空送電線路運(yùn)行規(guī)程》（DL/T741-2001）等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程進(jìn)行防雷方案設(shè)計。

2.2 輸電線路相關(guān)參數(shù)

廣西某地220kV同桿并架雙回路甲乙線位于平原地段，該地段相對土壤電阻率為ρ≤500Ω·m，年雷暴日為70d，全長7.2km，共20級桿塔，即1～20#桿塔，平地標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)直線桿塔，均為SZ型鐵塔，塔全高為41.5m左右，呼高為24m，線路導(dǎo)線采用LGJ-400/50型導(dǎo)線，為雙分裂導(dǎo)線，分裂導(dǎo)線的分裂間距為400mm。

2.3 防雷方案標(biāo)設(shè)

根據(jù)我國電力行業(yè)相關(guān)設(shè)計標(biāo)準(zhǔn)，220kV線路宜沿全線架設(shè)雙避雷線；少雷區(qū)宜架設(shè)單避雷線。而此次防雷設(shè)計是多雷區(qū)的廣西境內(nèi)的220kV架空輸電線路，每年平均雷暴日為70d，所以采用全線架設(shè)雙避雷線，避雷線采用GJ-50，檔距為400m；根據(jù)《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計規(guī)范》（GB50545-2010）的規(guī)定，避雷線保護(hù)角取小于20°。

按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，初步選擇采用GJ-50型號的避雷線，檔距約為400m。選擇易發(fā)生雷擊事故的甲乙線中比較典型的5#～10#桿塔段為分析對象，導(dǎo)線弧垂為11.58m，地線弧垂為9m。此次220kV架空輸電線路直線和耐張串采用被廣泛使用的FC70P-146懸式絕緣子，結(jié)構(gòu)高度為146mm，爬電距離≥268mm，雙回路絕緣子片數(shù)暫時均取為13。選擇理由是FC70P-146懸式絕緣子機(jī)械強(qiáng)度較高，被廣泛使用，性能良好。

避雷線橫擔(dān)設(shè)置為外側(cè)端到鐵塔中心線的長度是3.49m，該桿塔型號都為SZT型，根據(jù)避雷線和各導(dǎo)線之間的垂直夾角，通過幾何關(guān)系計算得到：距離最上層導(dǎo)線橫擔(dān)的高度為4.5m，對上層導(dǎo)線保護(hù)角約為10.21°，對最外側(cè)導(dǎo)線保護(hù)角約為13.26°，對最下層導(dǎo)線保護(hù)角計算為5.37°。

3 雷擊跳閘率計算

3.1 繞擊跳閘率計算

目前，我國主要使用電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》（DL/T620-1997）推薦的規(guī)程法和世界各國采用較多的電氣幾何模型（EGM）法來進(jìn)行輸電線路繞擊跳閘率計算，而規(guī)程法只是使用于一般的單回輸電線路的繞擊跳閘率計算，因此，本次同桿并架雙回輸電線路防雷設(shè)計采用EGM法來進(jìn)行輸電線路繞擊跳閘率計算校驗。

3.1.1 電氣幾何模型（EGM）法

電氣幾何模型（EGM）法在已經(jīng)在輸電線路防雷設(shè)計和計算中得到廣泛應(yīng)用，電氣幾何模型（EGM）法是將線路的結(jié)構(gòu)尺寸和雷電的放電特性關(guān)聯(lián)起來而建立的幾何分析與計算模型的方法[1]。

電氣幾何模型暴露距離法公式為：

3.1.2 繞擊跳閘率計算結(jié)果

桿塔簡化模型：b代表避雷線平均高度，1、2、3分別代表桿塔上、中、下的導(dǎo)線，高度取平均對地高度。

采用電氣幾何模型法分別求出導(dǎo)線1、2、3的繞擊跳閘率，根據(jù)回路數(shù)算出總的繞擊跳閘率，再折算至一回路跳閘率，該地在平原地段，直接取地面傾角為0°時的參數(shù)計算。

根據(jù)公式計算，得：

hb=35.5m，U50%=1220kV，Ic=6.10kA，rs=32.394m，Ng=5.759次/（km2·y）

從最后計算結(jié)果可知：導(dǎo)線1的繞擊跳閘率為0.0857次/（100km·y），導(dǎo)線2的繞擊跳閘率為0.0785次/（100km·y），導(dǎo)線3的繞擊跳閘率為0。

3.2 反擊跳閘率計算

3.2.1 反擊耐雷水平

我國輸電線路防雷反擊的計算方法普遍采用行業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)法（規(guī)程法），所以本文采用這個方法計算反擊跳閘率[4]。要求反擊跳閘率，就必須先求出輸電線路的反擊耐雷水平。

我國規(guī)程法計算雷擊反擊跳閘率公式為：

3.2.2 反擊跳閘率計算結(jié)果

在13片F(xiàn)C70P-146絕緣子和接地電阻為Ri=10Ω下，計算得到：

反擊耐雷水平I1=88.62kA，反擊跳閘率n1=1.135次/（100km·y），折算至一回路反擊跳閘率為0.568次/（100km·y），反擊跳閘率相對220kV雙回輸電線路較高，必須對線路進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)。

4 線路的防雷改進(jìn)和防同跳的差異化防雷設(shè)計

4.1 線路的防雷改進(jìn)

從計算結(jié)果分析，當(dāng)桿塔接地電阻降到5Ω左右的時候，反擊跳閘率相比設(shè)計的10Ω降到了56～66%，耐雷水平從88.62kA提高到120kA以上，效果明顯，根據(jù)計算數(shù)據(jù)可得，最后確定采用降低桿塔接地電阻的防雷措施，利用人工接地裝置和化學(xué)降阻劑降低接地電阻至4Ω左右。

4.2 防同跳的差異化防雷設(shè)計

從計算結(jié)果分析，當(dāng)絕緣子串絕緣子片數(shù)為16片的時候，耐雷水平從13片的130.07kA提高到了151.13kA以上，提高了16.19%左右，而單回反擊跳閘率卻減少到了0.094次/（100km·y），相對減少了51.05%，效果明顯，根據(jù)計算數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)條件考慮，此次220kV雙回路一回路絕緣子串仍采用13片F(xiàn)C70P-146懸式絕緣子，另一回路采用16片F(xiàn)C70P-146懸式絕緣子，提高了一回的絕緣水平，最后形成線路不平衡絕緣防同跳的差異化防雷設(shè)計。

5 雷擊閃絡(luò)風(fēng)險評估

線路防雷改造方案以降低輸電線路繞擊跳閘率和反擊跳閘率為目的。典型線路的雷擊閃絡(luò)風(fēng)險評估一般先要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)雷擊跳閘率的考核指標(biāo)歸算至線路實際地閃密度情況下的雷擊跳閘率的考核指標(biāo)，分為A、B、C、D四個雷擊閃絡(luò)風(fēng)險評估等級區(qū)間，然后根據(jù)結(jié)合線路雷擊跳閘情況，根據(jù)架空輸電線路桿塔防雷閃絡(luò)風(fēng)險評估結(jié)果等因素，可以確定需要進(jìn)行桿塔防雷改造的范圍[3～4]。

本文設(shè)計的某220kV同桿并架輸電線路歸算到標(biāo)準(zhǔn)雷暴日（Td=40）下的雷擊跳閘率為0.315次/（100km·y）。甲乙線平均地閃密度為5.759次/（100km·y），最后可得該線路歸算到實際地閃密度情況下允許的雷擊跳閘率考核指標(biāo)為0.653次/（100km·y），然后以50%繞擊跳閘和50%反擊跳閘的比例進(jìn)行初步分配，把雷擊跳閘率為0.653次/（100km·y）的考核指標(biāo)以[0，25%]、（25%，50%]、（50%，75%]、（75%，+∞]比例區(qū)間分成 A、B、C、D 四個雷擊閃絡(luò)風(fēng)險評估等級區(qū)間，即 A（0，0.163]、B（0.163，0.327]、C（0.327，0.490]、D（0.490，0.653]。可知：此次防雷初步設(shè)計的線路繞擊跳閘率為0.263次/（100km·y），繞擊防護(hù)性能良好；線路反擊跳閘率為0.285次/（100km·y），總的雷擊跳閘率為0.548次/（100km·y），折算至單回雷擊跳閘率為0.274次/（100km·y），得到線路雷擊閃絡(luò)風(fēng)險等級為B區(qū)間，防雷性能良好。

6 結(jié)論

多回線路同桿并架技術(shù)（同塔多回線路）能夠提高電網(wǎng)電力輸送能力、提高輸電線路走廊資源面積利用率、節(jié)約土地資源和建設(shè)成本。本文所設(shè)計的某220kV同桿并架輸電線路防雷方案滿足相關(guān)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)所要求的繞擊跳閘率、反擊跳閘率和耐雷水平。該線路雷擊閃絡(luò)風(fēng)險等級為B區(qū)間，防雷性能良好，滿足設(shè)計要求。

[1]沈志恒.同塔雙回輸電線路雷擊同跳保護(hù)研究.[D].碩士學(xué)位論文，浙江大學(xué)電氣工程，2013.

[2]《中華人民共和國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》（DL/T620/1997）.交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合[S].北京：中國電力出版社，1997.

[3]彭向陽、周華敏，等.同塔多回輸電線路幾種防雷擊跳閘措施的評估[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2012，6（3）：28～32.

[4]黃愛華，鄭 旭，錢廣忠.同桿并架多回路技術(shù)的應(yīng)用[J].華東電力，2006，34（8）：60～63.

TM862

A

1004-7344（2016）18-0068-02

2016-5-20

黃 萍（1977-），女，廣西德保人，講師，研究方向為高電壓與絕緣技術(shù)方向。

韋寶龍（1993-），男，廣西柳州人，助理工程師。