增加絕緣子片對(duì)提高輸電線路防雷性能的探討

宋 鑫

（國(guó)網(wǎng)四川省電力公司巴中供電公司，四川 巴中 636000）

增加絕緣子片對(duì)提高輸電線路防雷性能的探討

宋 鑫

（國(guó)網(wǎng)四川省電力公司巴中供電公司，四川 巴中 636000）

為了能夠有效地提升輸電線路的防雷性能，在合成絕緣子下方增加玻璃絕緣子，讓沖擊耐壓提升，降低建弧率，能夠有效地降低高架線路雷擊跳閘的發(fā)生幾率。對(duì)于220kV的輸電線路應(yīng)用該方法具有良好的防雷效果。從理論上進(jìn)行分析，玻璃絕緣子是經(jīng)濟(jì)、可行的，其能夠大幅度地提升輸電線路防雷性能。

輸電線路；絕緣子；防雷性能；沖擊耐壓；建弧率

隨著經(jīng)濟(jì)的飛速發(fā)展，用電量的大幅度增加給輸電線路的可靠性、安全性提出了更高要求。雷電活動(dòng)是一項(xiàng)十分復(fù)雜的自然現(xiàn)象，采取一定措施降低雷害的發(fā)生幾率，降低雷害所導(dǎo)致的損失。雷電活動(dòng)會(huì)給輸電線路造成嚴(yán)重的危害，輸電線路的防雷方法有很多種，有避雷器安裝、可控放避雷針安裝、降低接地電阻以及增加絕緣子等。本文主要分析了在合成絕緣子下增加玻璃絕緣子的方法，提升沖擊耐壓，降低建弧率，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)降低輸電線路雷擊跳閘率的目的。

圖1　線路高度與檔距示意圖

一、理論參數(shù)計(jì)算

（一）參數(shù)計(jì)算

將常規(guī)的220kV的直線塔作為研究對(duì)象，該塔高為30m，避雷線間的距離為11m，兩邊避雷線之間的距離為14m。應(yīng)用LGJ-400/50的鋼芯鋁絞線作為導(dǎo)線，將GJ-50的鍍鋅鋼絞線作為避雷線。其絕緣子是FXBW4-220/100合成絕緣子，其沖擊耐壓為1410kV，其長(zhǎng)度為2.24m。根據(jù)已知的桿塔高度，可以計(jì)算出其耦合系數(shù)為0.286，其桿塔電感L為12uH，計(jì)算出桿塔的保護(hù)角度為18.97o。電阻是10Ω，增加的玻璃絕緣子片的型號(hào)是U70BP，該玻璃絕緣子片的沖擊耐壓在100kV以上。

（二）計(jì)算建弧率

建弧率（η）是建立持續(xù)工頻的電弧次數(shù)、沖擊閃絡(luò)總次數(shù)的比值。在沒(méi)有增加玻璃絕緣子之前，其建弧率為0.79；增加一片玻璃絕緣子以后，絕緣子串的長(zhǎng)度是2.386m，其建弧率改變?yōu)?.75；在增加第二片玻璃絕緣子以后，絕緣子串的長(zhǎng)度是2.532m，其建弧率改變?yōu)?.72。從以上分析可以看出，在增加絕緣子以后，絕緣子串的長(zhǎng)度有所增加，建弧率隨之減小。

（三）計(jì)算耐雷水平

在沒(méi)有增加玻璃絕緣子前，該絕緣子串的沖擊耐壓是1410kV，在增加了一片玻璃絕緣子以后，絕緣子的沖擊耐壓增加到1510kV，在增加了兩篇玻璃絕緣子以后，該絕緣子串的沖擊耐壓增加到1610kV。當(dāng)雷電直擊桿塔時(shí)，其耐雷水平可以用該公式進(jìn)行表示：

該計(jì)算公式中的hb表示的是避雷線的高度，hd是導(dǎo)線的高度，而U則表示的絕緣子串的沖擊耐壓。將具體的參數(shù)代入到上述公式中，在沒(méi)有增加玻璃絕緣子前，所得到的該絕緣子串的耐雷水平為73.7kA，在增加了一片玻璃絕緣子以后，該絕緣子的沖擊耐壓改變?yōu)?9.1kA，在增加了兩片玻璃絕緣子以后，該絕緣子的沖擊耐壓改變?yōu)?4.5kA。雷電在繞擊導(dǎo)線時(shí)的耐雷水平的計(jì)算公式為：

在沒(méi)有增加玻璃絕緣子前，雷電繞擊絕緣子串的耐雷水平是14.1kA，在增加了一片玻璃絕緣子以后，該絕緣子串的沖擊耐壓改變?yōu)?5.1kA，在增加了兩片的玻璃絕緣子以后，該絕緣子串的沖擊耐壓改變?yōu)?6.1kA。根據(jù)以上計(jì)算結(jié)果可知，在原有絕緣子串的基礎(chǔ)上增加了玻璃絕緣子以后，絕緣子串反擊和繞擊的耐雷水平均有所提升。

（四）計(jì)算雷擊跳閘率

計(jì)算高架輸電線路的雷擊跳閘率的公式為：

該公式中K表示的是擊桿率，一般丘陵地區(qū)的擊桿率K=1/4，其中f表示的是繞幾率，而繞擊率的計(jì)算公式為：

因此f=0.00465。P（I）表示的是雷電流的幅值超過(guò)I的幾率，有公式

在增加玻璃絕緣子以后，該絕緣子串的耐雷水平得到一定程度地增加，進(jìn)而讓絕緣子串的耐雷水平概率降低。通過(guò)計(jì)算可以得到：P（I0）0.709；將所有參數(shù)代入到n=0.6hb［KP（I）+fP（II）］n公式中，可以得到在沒(méi)有增加玻璃絕緣子之前，雷擊跳閘的幾率為0.788次x（100km·a）-1；在增加了一片玻璃絕緣子以后，其雷擊跳閘的幾率改變?yōu)?.669次x（100km·a）-1；在增加了兩片玻璃絕緣子以后，其雷擊跳閘的幾率改變?yōu)?.557次x（100km·a）-1。對(duì)上述計(jì)算結(jié)果進(jìn)行分析，表明在增加玻璃絕緣子后，雷擊跳閘幾率降低，其增加一片玻璃絕緣子后，雷擊跳閘幾率降低了11.3%，增加了兩片玻璃絕緣子以后，發(fā)生雷擊跳閘的幾率降低了26.8%。其是對(duì)特定絕緣子以及塔形的計(jì)算結(jié)果。一般來(lái)說(shuō)，對(duì)于220kV的線路每增加一片玻璃絕緣子，高架輸電線路的雷擊跳閘幾率大約會(huì)降低10%左右。

二、防雷改造

某220kV線路從投運(yùn)到現(xiàn)在，發(fā)生了多次的雷擊跳閘事件，給電網(wǎng)運(yùn)行的可靠性、安全性造成了嚴(yán)重的影響。該高架線路全長(zhǎng)共計(jì)42.354km，共有119基桿塔，該路段沿線環(huán)境山嶺起伏，地面高度在65m～240m之間，塔位的高差在50m間，該地形的自然坡度不大（線路高度與檔距如圖1所示）。根據(jù)該高架線路的實(shí)際情況，從桿塔類型、接地電阻、檔距以及高度4個(gè)方面進(jìn)行分析，選擇112 #、106#、103#、102#、100#、96 #、94#、89#、81#、79#等十基桿塔，在每個(gè)基桿塔三相上個(gè)增加了兩片型號(hào)為U70BP的玻璃絕緣子，選擇了76 #、73#、66#、65#、55#、46#、39#、32#、21#、9#等十基桿塔，在每個(gè)基桿塔兩側(cè)相上個(gè)增加了兩片型號(hào)為U70BP的玻璃絕緣子，共增加玻璃絕緣子計(jì)100片。每一片玻璃絕緣子的成本70元左右，因此該線路段的整改費(fèi)用共計(jì)70000元。與其他整改方案相對(duì)比，整改費(fèi)用較低。在沒(méi)有整改前，該高架線段平均每年的雷擊跳閘事故為3次，整改以后，至今該線路段沒(méi)有發(fā)生一次雷擊跳閘事故。

結(jié)語(yǔ)

相關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)表明，在高架線路運(yùn)行跳閘事故中，約40%～70%的跳閘事故是由于雷擊所導(dǎo)致的，特別是在高土壤電阻率、多雷以及復(fù)雜地形的地區(qū)，高架線路的雷擊跳閘發(fā)生幾率更高。雷擊是威脅高架線路運(yùn)輸安全的主要因素，并且如果雷電沿著輸電線路進(jìn)入到變電站，便會(huì)給變電站中的眾多設(shè)備造成巨大危害。針對(duì)這一問(wèn)題，加強(qiáng)雷電跳閘預(yù)防，研究相應(yīng)的防治措施很有必要。

本次研究表明，在確保架空線路對(duì)地安全高度的基礎(chǔ)上，適當(dāng)?shù)卦黾硬ＡЫ^緣子的片數(shù)，能夠有效地提升高架線路的防雷性能，降低雷擊跳閘事故的發(fā)生幾率。從理論上進(jìn)行分析，在220kV的線路中每增加玻璃絕緣子一片，該線路的雷擊跳閘幾率會(huì)降低10%。并且與其他整改措施相對(duì)比，玻璃絕緣子的成本低，實(shí)際運(yùn)行效果好，是一種很好的高架線路防雷措施，可以進(jìn)行推廣應(yīng)用。

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