CN101499638A - 一种提高超、特高压输电线路防雷能力的方法 - Google Patents

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Abstract

一种提高超、特高压输电线路防雷能力的方法，在不改变原有线路杆塔和导线型式的情况下，在同塔双回超、特高压杆塔的中相横担上增设两个避雷线支架，并在支架上沿线路增设两根避雷线。本发明与现行超、特高压输电线路相比，能提高超特高压输电线路的防雷能力，新增的避雷线支架和避雷线费用仅为原来总成本的4％左右。

Description

一种提高超、特高压输电线路防雷能力的方法
技术领域
本发明涉及架空输电线路的防雷能力的提高方法，具体地说涉及一种提高超、特高压输电线路防雷能力的方法。
背景技术
目前，我国正在大规模规划和建设超、特高压输电线路，我国超高压(交流330kV～750kV电压等级)输电线路运行经验表明，雷击是线路跳闸的主要原因之一，并且雷电直接绕击于导线造成的绕击跳闸占雷击总跳闸的90％左右；国际上只有前苏联和日本具有特高压(交流1000kV及以上电压等级)输电线路运行经验，其运行经验表明，特高压输电线路的防雷问题也比较突出。在1985～1994年的10年间，前苏联特高压输电线路雷击跳闸高达16次，占其总跳闸次数的84％，雷击跳闸已成为线路跳闸的主要原因，雷击跳闸主要是雷电直接绕击于导线造成的绕击跳闸；日本特高压输电线路在1992～2007年期间共发生线路跳闸68次，其中67次是雷击跳闸。因此，特高压输电线路的防雷能力亟待提高。
超、特高压输电线路的防雷能力有两个特点：(1)绝缘水平很高，因雷击避雷线或杆塔顶部而发生反击闪络的可能性较低；(2)杆塔高度高，大地对导线的屏蔽作用减弱，同时，工作电压幅值大，对导线产生上行先导的作用变得显著，容易在导线上形成上行先导，使得避雷线屏蔽性能变差。因此，提高超、特高压输电线路防雷能力的关键是提高其防绕击能力。
目前一般采用减小避雷线保护角的方法来提高超、特高压输电线路防绕击能力，但运行经验表明，该方法对杆塔高度很高、工作电压幅值很大的特高压输电线路效果不明显。如日本特高压输电线路避雷线采用了负保护角，运行电压从特高压降为超高压，但因绕击造成的雷击跳闸率仍远远超标。
发明内容
本发明的目的是针对现有技术的不足，提出了一种提高超、特高压输电线路防绕击能力的方法。
本发明的技术解决方案是，在不改变原有线路杆塔和导线型式的情况下，在同塔双回超、特高压杆塔的中相横担上增设两个避雷线支架，并在支架上沿线路增设两根避雷线。
本发明其特征在于同塔双回超、特高压输电线路具有四根避雷线，其中有两根避雷线在中相和上相导线之间这两根避雷线可以是单线也可以是分裂结构。
本发明的工作原理是在同塔双回超、特高压输电线路中相和上相导线之间架设两根避雷线，有效提高了对上相和中相导线的雷电屏蔽能力，减小上相导线和中相导线受雷击的概率，其原理在于：雷云先导向下发展时，新增加的两根避雷线减小了上相导线上雷电感应电压和感应电场的增加速度，从而更加抑制了上相导线上行先导的产生和发展，因而减小了上相导线被雷击的概率；新增加的两根避雷线由于位于中相导线上方，增加了对中相导线的屏蔽保护范围，从而使中相导线被雷电绕击的概率减小；下相导线被雷电绕击的概率基本没有变化。因此，超、特高压输电线路三相导线受雷电绕击的总概率减小，从而防雷能力有效地提高了。
本发明的特点是与现行超、特高压输电线路相比，能提高超特高压输电线路的防雷能力，新增的避雷线支架和避雷线费用仅为原来总成本的4％左右。
附图说明
图1为采用本发明的特高压输电线路杆塔结构示意图
图2为采用本发明前的特高压输电线路受雷击区域仿真计算结果示意图
图3为采用本发明后的特高压输电线路受雷击区域仿真计算结果示意图
图4为采用本发明的特高压输电线路杆塔空气间隙绝缘裕度验证示意图
具体实施方式
下面，以同杆双回特高压输电线路为例，结合附图和实施例对本发明做详细的说明。
本发明具体实施时，按照以下步骤进行：
(1)基于现有杆塔尺寸，依据给定的防雷能力设计指标，利用通用防雷计算程序确定新增的两根中相避雷线的位置和中相避雷线支架的结构尺寸，如图1所示。
(2)根据中华人民共和国电力行业标准DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中的规定校验在工频电压、操作冲击电压和雷电冲击电压作用下，杆塔空气间隙外绝缘设计是否满足要求。
(3)根据避雷线表面电场强度须小于临界电晕起始电场的限制条件，确定避雷线的半径和分裂型式。
(4)在中相横但上安装避雷线支架，按照输电线路施工规范在支架上安装避雷线。
实施例
利用先导传播模型法防雷计算程序对图1所示的特高压输电线路杆塔进行防雷能力仿真计算，得到：采用本发明前，如图2所示，雷电流幅值为30kA的落雷会击中输电线路的上相导线1或导线2，由于此种情况下输电线路的耐雷水平为28kA～29kA，因此会引起输电线路的绕击跳闸；采用本发明后，如图3所示，雷电流幅值为30kA的落雷不会击中输电线路的上相导线1或导线2，而是击中上相避雷线1或避雷线2和中相避雷线3或避雷线4，不会引起输电线路的绕击跳闸，同时由于击中避雷线时的绝缘耐压水平远大于30kA，也不会增加输电线路的反击跳闸，因此，输电线路的防雷能力提高。
按照中华人民共和国电力行业标准DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》中规定的绕击跳闸率计算方法，利用先导传播模型法防雷计算程序对图1所示的特高压输电线路杆塔进行绕击跳闸率仿真计算，结果如表1所示。计算结果表明：采用本发明前输电线路在地面倾角为0°和20°的绕击跳闸率分别为0.0842次/100km·a和0.3406次/100km·a；采用本发明后输电线路在地面倾角为0°和20°的绕击跳闸率都减小为0次/100km·a，即不会出现绕击跳闸，满足防雷能力设计指标。
表1  采用木发明前后的特高压输电线路绕击率和绕击跳闸率计算结果对比
Figure A200910061120D00051
根据中华人民共和国电力行业标准DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》对杆塔空气间隙绝缘配合进行校核。首先根据特高压输电线路绝缘配合要求确定出导线距离杆塔所需的空气间隙范围，由空气间隙圆表示，如图4所示。如果杆塔的任何部分都与空气间隙圆不相交且在空气间隙圆外，则表明该杆塔所设计的空气间隙绝缘裕度满足要求，反之，则不满要求，需重新设计或调整。
空气间隙圆由如下方法确定：
(1)根据特高压输电线路绝缘配合指标的要求，确定出在工频电压、操作冲击电压和雷电冲击电压作用时所需的三种空气间隙长度；
(2)以导线位置为圆心，分别以上述三种空气间隙长度为半径画圆，其所覆盖的区域即分别为导线在工频电压、操作冲击电压和雷电冲击电压作用下所需的空气间隙范围；
(3)通过计算确定得出导线在工频电压、操作冲击电压和雷电冲击电压作用时的风偏角；
(4)以(2)中所述的方法分别确定出导线不发生风偏和发生风偏时，在工频电压、操作冲击电压和雷电冲击电压分别作用下所需的空气间隙范围，将得到的6个圆所覆盖的区域进行合并，其最外的包络线即为空气间隙圆。
本实施例中，根据防雷能力设计指标与空气间隙绝缘设计指标确定后的杆塔如图4所示，导线在工频电压、操作冲击电压和雷电冲击电压作用时的风偏角分别为35°、15°和8°，各相导线的空气间隙圆都未与杆塔的任何部分特别是中相避雷线支架相交，空气间隙绝缘裕度满足要求，因此，该中相避雷线支架尺寸和结构设计满足特高压输电线路杆塔外绝缘裕度要求。
在实施例中，新增设的中相避雷线选用双分裂型式，避雷线截面为150mm2，分裂半径75mm，利用电磁场数值计算方法计算得到中相避雷线3和4的表面电场强度和临界电晕起始电场强度如表2所示，在晴天和雨天时避雷线表面电场强度为临界电晕起始电场强度的60～80％，满足设计要求。
表2  中相避雷线表面电场强度与临界电晕起始电场强度计算结果
Figure A200910061120D00061
本发明采用在中相增加两根避雷线以提高超、特高压输电线路防雷能力的方法在山区超、特高压线路防雷和超、特高压变电站进线段防雷中具有较大的应用前景。

Claims (2)

1、一种提高超、特高压输电线路防雷能力的方法，其特征在于：在不改变原有线路杆塔和导线型式的情况下，在同塔双回超、特高压杆塔的中相横担上增设两个避雷线支架，并在支架上沿线路增设两根避雷线。
2、如权利要求1所述的一种提高超、特高压输电线路防雷能力的方法，其特征在于：增设的两根避雷线可以是单线也可以是分裂结构。
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