WO2012145876A1

WO2012145876A1 - 一种输电线路的导线及架空地线空间位置的确定方法

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Publication number: WO2012145876A1
Application number: PCT/CN2011/001447
Authority: WO
Inventors: 唐震; 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; 米康民; 冯爱香; 杨华; 王浩; 王红卫; 王天正
Original assignee: 山西省电力公司; 山西省电力公司电力科学研究院
Priority date: 2011-04-29
Filing date: 2011-08-29
Publication date: 2012-11-01
Also published as: US20140052393A1; CN102147832A

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=IZ_c/2. 2

其中： U为绝缘子串的 50%放电电压，

Z_c为导线波阻抗， Ζ。=400Ω _;

第三步、根据公式： r = 6.72 x /°⁸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：）t = 1.18 - A/108.69 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 k\，) k\点到 A导线吸引雷击的空间与距地面距离 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 k;，从点到 C导线吸引雷击的空间与距地面距离 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 ₃、 ₄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 0，连接 0点和第一 G点，连接第一 G点和点， ZOGit,就是第一架空地线吸引雷击的圆心角连接 0点和第二 G点，连接第二 G点和点， Z0G 就是第二架空地线吸引雷击的圆心角 ₄ , 即可求出两个吸引雷击的圆心角对应的弧长， = ， IG' = ^r * ( 4 ；第八步、用下式即可计算出每基杆塔的屏蔽效率：

7 = ( , ',^{α +ι}" , ) χ 100 % 当计算出的 77 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 /7 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 ?7 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 11^ 1001。 Ζ_ε为导线波阻抗，约为 400 Ω。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 Z。为 900-600 Ω。从严考虑，取 Ζ。=900Ω，由彼德逊法则，得：

U = I x ^Z°^Zc (1)

2Z₀ + Z_c

E. R. Whitehead认为 U = 12 22，本文计算中取 i/ = IZ 22。击距公式按照：

r = 6.72 x 7° ⁸ (2) 式中 r 屏蔽半径， I——雷电流幅值；

it = 1.18 - /7/108.69 (3) 式中： _k——考虑地面场强的系数； h——铁塔高度；根据上述计算出的 r为半径的半圆形空间、 5₂ .

, 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导线的吸引空间的范围内 /₂ 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、的相交于点。假如雷电先导到达点的左侧，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，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对应的角度，用下式即可计算出每基杆塔的屏蔽效率。 η = ( , ；°⁺；° ,. ) X 100 %

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。

η = ( , '^{G +}f^! , ) χ 100 %

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：

η = ( , , , ; ⁺;" , ,, , ) χ 100 % 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：条线路 = m)^{2 + <}^2"2)² + · · · + ( ν?_η)² x 1。0°/D

式中： / _n—第 n基塔在整个输电线路中所占权重； n—第 n基塔的屏蔽效率。

Claims

权利要求

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=IZ_c/2. 2 其中： U为绝缘子串的 50%放电电压，

Zc为导线波阻抗， Ζ 400Ω ;

第三步、根据公式： r = 6.72 x /^{G 8}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： 4 = 1.18 - /108.69 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 k、，) k、点到 A导线吸引雷击的空间与距地面距离 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 ^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，从点到 C导线吸引雷击的空间与距地面距离 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 ₂的值，也就是暴露角的值；然后用下式，即可求得暴露弧长：

二 φ、 i_c = ^r *9i

第七步、确定两架空地线吸引雷击的圆心角 ₃、 ^₄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 0，连接 0点和第一 G点，连接第一 G点和点， Z0G 就是第一架空地线吸引雷击的圆心角连接 0点和第二 G点，连接第二 G点和点， Z0G 就是第二架空地线吸引雷击的圆心角 ₄ , 即可求出两个吸引雷击的圆心角对应的弧长，

/_G = r ₃ ， l_G = *φ ；

第八步、用下式即可计算出每基杆塔的屏蔽效率：

当计算出的；7 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 77 Ζ90%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 7 90%时为止。