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对输电线路防雷计算中几个问题的看法

潘丹青
(锦州超高压局，锦州121001)
摘要用击距法和传统经验法分析雷电绕击导线的可能性，结果表明雷击输电线路杆塔顶部时，上导线最易遭雷电反击。对DL/T620—1997规定的绕击计算公式的使用、雷击跳闸率及其有关参数的选取和计算方法提出了看法。关键词输电线路耐雷水平雷击跳闸率
0前言据统计，在我国高压输电线路总跳闸次数中，雷击跳闸事故占40～70，威胁电网供电可靠性。本文就输电线路防雷计算中的几个问题作一探讨。1雷击有避雷线杆塔顶部的耐雷水平在同一杆塔上，高度不等横担上的导线对地平均高度h_ｃ、横担对地高度h_ａ及避雷线与导线间的几何耦合系数k_０不同。一般三者变化趋势相同，即使在同一高度的横担上，排列位置不同的导线k_０也不同，故不同位置导线耐雷水平不同。我国110～500kV常用杆塔顶部雷击时，塔上不同位置导线耐雷水平按文[1]式C17的计算结果，见表1。
表1表明：当雷击导线按三角形或垂直排列的杆塔顶部时，距避雷线最远，耦合系数最小的下导线的耐雷水平最高；距避雷线最近，耦合系数最大的上导线，耐雷水平最低。上、下导线的耐雷水平相差最大者达14左右，因而上导线最易遭雷电反击。不同于过去“距避雷线最远的导线，其耦合系数最小,一般较易发生反击”的传统观点^[2]，而与国内外输电线路的实际运行经验一致^[3]，两锦供电公司1997～1998年间的统计分析亦可证明。可见，导线按非水平排列的输电线路，雷击杆塔顶部的耐雷水平计算时，应以其上导线的计算结果为准。2绕击目前绕击计算有击距法和经验法两种。击距法理论认为：雷云向地面发展过程中先导放电通道的头部在到达被击物体的闪击距离(即击距)之前，不确定击中点，而是先到达哪个物体的击距之内，即向该物体放电，先导对避雷线(杆塔)、导线、地面的击距相等。据此，在输电线路的避雷线及导线周围空间可分为3个区域，构成图1电气几何模型。图中OC_ｍ直线以上是避雷线的捕雷面；OdAC_ｍ区域是导线的捕雷面；AC_ｍ曲线以下是地面的捕雷面。R_１、R_ｉ为相应于不同雷电流的击距，根据布朗等人的研究,击距R=7.1I_L^0.75，I_Ｌ为雷电流。且导线临界击距：式中，h_ｇ为避雷线对地平均高度，m；α为保护角。
R>R_ｍ则无雷击导线，即绕击率为0。常用杆塔线路的R_ｍ及相应的临界雷电流I_ｍ计算结果见表1。埃里克森引入吸引距离概念至上述模型得出吸引半径：r=0.67h^0.6I_L^0.74，式中，h为结构物高度，m。并认为，当保护角α<某一值时，导线的捕雷面将被避雷线的捕雷面完全覆盖，不再发生雷电绕击导线，此α为临界保护角α_ｍ。其计算式为：α_ｍ＝arctan(x/(h_ｇ－ｈ_ｃ）)。
式中，x=(r²_ｇ－（ｈ_ｇ－ｈ_ｃ）²）^0.5-r_ｃ，其中r_ｇ、ｒ_ｃ为I_Ｌ=绕击耐雷水平时避雷线、导线的吸引半径，m。常用杆塔线路的α_ｍ见表1。由表1计算结果可知：(1)110～500kV输电线路的I_ｍ＜其绕击耐雷水平，该雷电流即使绕击于导线绝缘子也不闪络；当雷电流≥绕击耐雷水平时，因R>R_ｍ，不会发生绕击。(2)220、500kV输电线路的实际α<α_ｍ，110kV线路的α＝α_ｍ，110～500kV输电线路基本不发生绕击。我国目前绕击导线用经验法计算，按文[1]公式，与杆塔上计算结果相比，导线水平排列对边线绕击率平均降低～39，非水平排列约降(41～63)。对我国110～500kV常用杆塔线路，经验法计算^[4～5]110kV、500kV线路绕击跳次数仅分别占总跳闸数2和13，所以两种算法都不能说明线路雷击跳闸主要是绕击。
3雷击跳闸率中性点直接接地系统雷击杆塔顶部或绕击导线，只要I_Ｌ>相应的耐雷水平，绝缘子串闪络后能建立稳定的工频电弧，线路将跳闸。因此在计算雷击跳闸率时，应该是在三相导线中取雷击杆塔顶部时耐雷水平最低的相和保护角最大的相(因绕击率最大)的组合，二者不一定是同一相导线。计算表明：除导线水平排列的输电线路，二者的组合都是边线外，导线非水平排列的输电线路均不是同一相导线的组合。在导线三角排列时是上线与下线的组合。在导线垂直排列时，则是上线与上线组合或上线与中线组合。中性点非直接接地系统雷击输电线路，一相闪络时，工频对地电流很小，线路不跳闸，当闪络相向第二相反击形成相间短路才能引起线路跳闸。因此，在计算雷击跳闸率时自有其特点：由于第一相闪络后即与杆塔连通，相当于一根避雷线，再向第二相反击时由于耦合系数的增大，使第二相的耐雷水平有相当大的提高，而提高后的耐雷水平才是计算跳闸率时所需要的。如66kV单避雷线、导线三角排列的输电线路雷击杆塔顶部时，上导线耐雷水平最低，先闪络，使下导线的耐雷水平提高～25[1][2]下一页