CN102147832A - 一种输电线路的导线及架空地线空间位置的确定方法 - Google Patents

一种输电线路的导线及架空地线空间位置的确定方法 Download PDF

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王康宁
贾玉君
续建国
齐月文
万学治
郭红龙
尉世凯
常美生
赵兴勇
连建华
弭勇
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杨华
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Abstract

本发明公开了一种输电线路的导线及架空地线空间位置的确定方法，解决了现有技术不适用于常规的输电线路的导线及架空地线的在屏蔽雷电绕击上确定空间位置的问题。本发明根据各导线及架空地线的物理位置，以暴露弧为零时对应的雷电绕击跳闸率为零为依据，计算出输电线路屏蔽效率，为设计、运行单位提供可靠的防止雷电绕击的分析方法，同时，可以较准确求得各相导线的屏蔽效率，进而分析架空地线与导线的结构关系，确定输电线路全线的防雷效果。对现有输电线路的屏蔽效率提供一种补充分析方法。

Description

一种输电线路的导线及架空地线空间位置的确定方法
技术领域
本发明涉及一种输电线路的导线及架空地线的确定方法，特别涉及一种可屏蔽雷电绕击的输电线路的导线及架空地线的空间位置的确定方法。
背景技术
雷击是造成输电线路跳闸停电事故的主要原因之一，据统计，电力系统事故中雷害事故一般占50%以上。因此，输电线路的防雷设计对于电力系统的安全稳定运行有着重要的意义。目前，我国输电线路的雷电屏蔽系统设计及其性能估算，是以中华人民共和国电力行业标准《交流电气装置的过电压和绝缘配合》DL/T620-1997为依据的。《电力行业标准》的雷电绕击跳闸率计算，未考虑雷电放电过程、雷电流大小和地面倾角对屏蔽效果的影响，而是按经验和小电流试验模型而提出的综合平均法，存在不能反映线路的具体特性，无法解决屏蔽失效和绕击跳闸率过大的问题。而传统的经典电气几何模型，是建立在击距概念基础上的电气几何分析方法，它较细致的考虑了雷击线路的过程，引入了绕击率与雷电流幅值相关的观点，能够考虑线路结构和雷电参数等对绕击率的影响，但该方法是从保护角较大杆塔高度较低的线路运行经验总结而来的，未考虑雷击大地、架空地线以及导线位置的差别，不适用于常规的输电线路的架空地线的确定。
发明内容
本发明提供的一种输电线路的导线及架空地线空间位置的确定方法，为现有输电线路屏蔽雷电绕击的屏蔽效率提供一种补充分析方法。
本发明是通过以下技术方案解决以上技术问题的：
一种输电线路的导线及架空地线空间位置的确定方法，包括以下步骤：
第一步、当输电线路铁塔所处地面的倾角为0°时，设铁塔上第一G点和第二G点为架空地线的安装位置，设固定设置在铁塔上的输电线路分别为A导线、B导线和C导线，A导线和C导线位于铁塔两侧，B导线居中，B导线被A导线、C导线和铁塔屏蔽；
第二步、根据以下公式计算出雷电流幅值I，
U=IZc/2.2                                               
其中：U为绝缘子串的50%放电电压，
Zc为导线波阻抗，Zc =400；
第三步、根据公式：计算出屏蔽半径r的值；
第四步、根据铁塔的高度h,利用公式：
Figure 2011101110077100002DEST_PATH_IMAGE008
 计算出雷击架空地线与雷击地面击穿强度比值随杆塔高度h变化的系数ｋ值，进而得到kr；
第五步、以A导线为圆心，以r为半径的半圆形空间
Figure 2011101110077100002DEST_PATH_IMAGE010
就是A导线吸引雷击的空间；以C导线为圆心，以r为半径的半圆形空间
Figure 2011101110077100002DEST_PATH_IMAGE012
就是C导线吸引雷击的空间；以铁塔上的第一架空地线第一G点为圆心，以r为半径的半圆形空间，就是第一架空地线吸引雷击的空间；以铁塔上的第二架空地线第二G点为圆心，以r为半径的半圆形空间，就是第二架空地线吸引雷击的空间；
第六步、确定导线暴露弧对应的圆心角及弧长：A导线吸引雷击的空间
Figure 899960DEST_PATH_IMAGE010
与相邻的第一架空地线第一G点的吸引雷击的空间的交点为
Figure 2011101110077100002DEST_PATH_IMAGE018
，从
Figure 127996DEST_PATH_IMAGE018
点到A导线吸引雷击的空间
Figure 54363DEST_PATH_IMAGE010
与距地面距离kr的水平线的交点之间的弧为A导线暴露弧，由此得到A导线暴露弧对应的圆心角的值，也就是暴露角的值；C导线吸引雷击的空间
Figure 399894DEST_PATH_IMAGE012
与相邻的第二架空地线第二G点的吸引雷击的空间的交点为，从
Figure 20548DEST_PATH_IMAGE022
点到C导线吸引雷击的空间
Figure 750607DEST_PATH_IMAGE012
与距地面距离kr的水平线的交点之间的弧为C导线暴露弧，由此得到C导线暴露弧对应的圆心角
Figure 2011101110077100002DEST_PATH_IMAGE024
的值，也就是暴露角的值；然后用下式，即可求得暴露弧长：
   
第七步、确定两架空地线吸引雷击的圆心角
Figure 2011101110077100002DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure 2011101110077100002DEST_PATH_IMAGE032
及其弧长：第一架空地线第一G点吸引雷击的空间与第二架空地线第二G点吸引雷击的空间的相交点O，连接O点和第一G点，连接第一G点和
Figure 537483DEST_PATH_IMAGE018
点，∠OG
Figure 291813DEST_PATH_IMAGE018
就是第一架空地线吸引雷击的圆心角
Figure 559983DEST_PATH_IMAGE030
；连接O点和第二G点，连接第二G点和
Figure 2011101110077100002DEST_PATH_IMAGE036
点，∠OG就是第二架空地线吸引雷击的圆心角
Figure 44371DEST_PATH_IMAGE032
，即可求出两个吸引雷击的圆心角对应的弧长，
 ， ；
第八步、用下式即可计算出每基杆塔的屏蔽效率
Figure 2011101110077100002DEST_PATH_IMAGE042
：
Figure 2011101110077100002DEST_PATH_IMAGE044
当计算出的
Figure 351243DEST_PATH_IMAGE042
≥90%时，架空地线第一G点和第二G点安装位置合理；
当计算出的
Figure 157525DEST_PATH_IMAGE042
∠90%时，则要调整架空地线第一G点、第二G点或导线的安装位置，直到
Figure 800996DEST_PATH_IMAGE042
≥90%时为止。
以上是针对单回输电线路，双回输电线路方法相同。
本方法根据各导线及架空地线的物理位置，以暴露弧为零时对应的雷电绕击跳闸率为零为依据，计算出输电线路屏蔽效率，确定出了输电线路的架空地线的位置，提高输电线路的防雷效果。可对现有输电线路的屏蔽效率提供一种补充分析方法。
附图说明
图1是本发明在铁塔地面倾角为0°时单回输电线路屏蔽效率计算示意图
图2是本发明在铁塔地面倾角不为0°时单回输电线路屏蔽效率计算示意图
图3是本发明在地面倾角为0时同塔双回输电线路屏蔽效率计算示意图。
具体实施方式
本方法根据各导线及架空地线的物理位置，以导线暴露弧长为零时对应的屏蔽效率为100%为依据，计算出输电线路（单回、双回）的屏蔽效率。可为设计、运行单位提供可靠的防止雷电绕击的分析方法，同时可以较准确求得各相导线的屏蔽效率，进而分析架空地线与导线的结构关系，确定输电线路全线的防雷效果。
在雷电绕击输电线路时，只有雷电过电压大于绝缘子串的50%放电电压才有可能发生闪络。因而本方法通过绝缘子串50%放电电压，用击距公式计算出屏蔽半径，然后通过屏蔽半径计算出每基杆塔导线的暴露弧以及屏蔽效率，进而通过各类型杆塔在全部输电线路中所占比例，采用加权平均的方法计算出输电线路全线的屏蔽效率。以单回输电线路为例，具体计算过程如下：
假设 G 为架空地线，A、B、C点为导线 ，B导线被A、C导线以及铁塔屏蔽，因此只计算A、C导线，结构图如图1。《电力行业标准》认为，雷电绕击时导线上的电压U≈100I。Zc为导线波阻抗，约为400。前苏联科学家通过观测和计算得出I=5-30kA，雷电通道波阻抗Z0为900-600
Figure 396242DEST_PATH_IMAGE004
。从严考虑，取Z0=900
Figure 475057DEST_PATH_IMAGE004
，由彼德逊法则，得：
Figure DEST_PATH_IMAGE046
                           (1)
E.R.Whitehead认为，本文计算中取。
击距公式按照：
                               (2)
式中
Figure DEST_PATH_IMAGE050
--屏蔽半径，
Figure DEST_PATH_IMAGE052
-----雷电流幅值；
Figure 819954DEST_PATH_IMAGE008
                          (3)
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE054
-----考虑地面场强的系数；
Figure DEST_PATH_IMAGE056
-----铁塔高度；
根据上述计算出的
Figure 764776DEST_PATH_IMAGE050
为半径的半圆形空间、
Figure 590966DEST_PATH_IMAGE010
、、
Figure 980676DEST_PATH_IMAGE012
就是吸引雷击的空间。本方法是指雷电先导到达这些吸引空间的范围时，向最短距离G或A直线伸展的理论。例如，雷电先导到达架空地线的吸引空间的范围内点时，显然被最近的架空地线第一G吸引，但途中也会到达A导线的吸引空间
Figure 97854DEST_PATH_IMAGE010
的范围内
Figure DEST_PATH_IMAGE060
点，这时雷到底是击于第一G点还是击于A，将取决于雷电先到距离第一G点还是距离A点近，如果到A点的距离近，雷电先导将击在A导线上，这时屏蔽失败。
这种屏蔽效率的临界线求法如下：因地面倾角为零且铁塔两侧对称，以附图1中A导线侧为例，以架空地线和各相导线空间位置为圆心，屏蔽半径r为半径，绘出架空地线第一G点和A导线的圆，这样就可定出与吸引空间、
Figure 309710DEST_PATH_IMAGE010
的相交于点
Figure 371206DEST_PATH_IMAGE018
。假如雷电先导到达
Figure 186716DEST_PATH_IMAGE018
点的左侧，尽管雷电先导在进一步的发展过程中也到达导线的吸引范围，但它距离架空地线第一G点的距离比距离A导线的距离为近，所以将先击于架空地线上，保护了导线免遭雷电的绕击。但当雷电先到到达
Figure 599243DEST_PATH_IMAGE018
点的右侧，因为雷电先到距离A导线比距离架空地线第一G点近，所以雷电先到直击在A导线上，表明屏蔽失败。假如雷电先到不到，
Figure 161272DEST_PATH_IMAGE010
吸引空间的任何一方，表明雷将击在地面上。
单回输电线路的屏蔽效率计算：
对于附图1所示的单回输电线路，因其杆塔左右对称，屏蔽效率的计算只需计算出弧
Figure 882103DEST_PATH_IMAGE010
对应的角度，用下式即可计算出每基杆塔的屏蔽效率。
对于附图2所示的单回输电线路，用下式即可计算出每基杆塔的屏蔽效率。
Figure 879195DEST_PATH_IMAGE044
同塔双回输电线路屏蔽效率的计算：
同塔双回输电线路屏蔽效率计算与单回输电线路的计算原理相同，只是同塔双回输电线路的A、B、C导线分布在铁塔两侧。计算时应将A、B、C导线的暴露弧全部考虑在内。示意见附图3，具体计算如下：
因地面倾角为零时，两侧结构相同（地面倾角不为零时的计算原理相同，只是铁塔两侧导线暴露弧长不同），所以计算公式为：
Figure DEST_PATH_IMAGE062
屏蔽效率与铁塔结构的调整和效果：
当每基铁塔的屏蔽效率大于90%时，认为该铁塔绕击跳闸率很低，雷电绕击该输电线路的几率很小，满足运行要求；如小于90%，则需要调整铁塔结构（可调整架空地线或导线的空间位置），即使A、B、C导线的暴露弧长减小，使其屏蔽效率增加，直到满足要求。对于整条输电线路的屏蔽效率，可按同类型铁塔在整条线路中所占的权重进行加权平均进行计算，其结果应大于90%。计算公式如下：
式中：
Figure DEST_PATH_IMAGE066
—第n基塔在整个输电线路中所占权重；
Figure DEST_PATH_IMAGE068
—第n基塔的屏蔽效率。

Claims (1)

1.一种输电线路的导线及架空地线空间位置的确定方法，包括以下步骤：
第一步、当输电线路铁塔所处地面的倾角为0°时，设铁塔上第一G点和第二G点为架空地线的安装位置，设固定设置在铁塔上的输电线路分别为A导线、B导线和C导线，A导线和C导线位于铁塔两侧，B导线居中，B导线被A导线、C导线和铁塔屏蔽；
第二步、根据以下公式计算出雷电流幅值I，
U=IZc/2.2                                               
 其中：U为绝缘子串的50%放电电压，
Zc为导线波阻抗，Zc =400
Figure 2011101110077100001DEST_PATH_IMAGE004
；
第三步、根据公式：计算出屏蔽半径r的值；
第四步、根据铁塔的高度h,利用公式：
Figure 2011101110077100001DEST_PATH_IMAGE008
 计算出雷击架空地线与雷击地面击穿强度比值随杆塔高度h变化的系数ｋ值，进而得到kr；
第五步、以A导线为圆心，以r为半径的半圆形空间
Figure 2011101110077100001DEST_PATH_IMAGE010
就是A导线吸引雷击的空间；以C导线为圆心，以r为半径的半圆形空间
Figure 2011101110077100001DEST_PATH_IMAGE012
就是C导线吸引雷击的空间；以铁塔上的第一架空地线第一G点为圆心，以r为半径的半圆形空间，就是第一架空地线吸引雷击的空间；以铁塔上的第二架空地线第二G点为圆心，以r为半径的半圆形空间，就是第二架空地线吸引雷击的空间；
第六步、确定导线暴露弧对应的圆心角及弧长：A导线吸引雷击的空间与相邻的第一架空地线第一G点的吸引雷击的空间的交点为
Figure 2011101110077100001DEST_PATH_IMAGE018
，从
Figure 689665DEST_PATH_IMAGE018
点到A导线吸引雷击的空间
Figure 59466DEST_PATH_IMAGE010
与距地面距离kr的水平线的交点之间的弧为A导线暴露弧，由此得到A导线暴露弧对应的圆心角的值，也就是暴露角的值；C导线吸引雷击的空间
Figure 481220DEST_PATH_IMAGE012
与相邻的第二架空地线第二G点的吸引雷击的空间的交点为
Figure 2011101110077100001DEST_PATH_IMAGE022
，从
Figure 958217DEST_PATH_IMAGE022
点到C导线吸引雷击的空间
Figure 662868DEST_PATH_IMAGE012
与距地面距离kr的水平线的交点之间的弧为C导线暴露弧，由此得到C导线暴露弧对应的圆心角
Figure 2011101110077100001DEST_PATH_IMAGE024
的值，也就是暴露角的值；然后用下式，即可求得暴露弧长：
第七步、确定两架空地线吸引雷击的圆心角
Figure 2011101110077100001DEST_PATH_IMAGE030
、
Figure DEST_PATH_IMAGE032
及其弧长：第一架空地线第一G点吸引雷击的空间与第二架空地线第二G点吸引雷击的空间的相交点O，连接O点和第一G点，连接第一G点和
Figure 766139DEST_PATH_IMAGE018
点，∠OG就是第一架空地线吸引雷击的圆心角
Figure 105033DEST_PATH_IMAGE030
；连接O点和第二G点，连接第二G点和
Figure DEST_PATH_IMAGE036
点，∠OG
Figure 32538DEST_PATH_IMAGE036
就是第二架空地线吸引雷击的圆心角
Figure 171395DEST_PATH_IMAGE032
，即可求出两个吸引雷击的圆心角对应的弧长，
 ， ；
第八步、用下式即可计算出每基杆塔的屏蔽效率
Figure DEST_PATH_IMAGE042
：
Figure DEST_PATH_IMAGE044
当计算出的
Figure 348299DEST_PATH_IMAGE042
≥90%时，架空地线第一G点和第二G点安装位置合理；
当计算出的
Figure 598014DEST_PATH_IMAGE042
∠90%时，则要调整架空地线第一G点、第二G点或导线的安装位置，直到
Figure 114446DEST_PATH_IMAGE042
≥90%时为止。
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