高压输电研究报告

《高压输电研究报告》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高压输电研究报告（14页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。

1、高压输电线路防雷研究报告一.概述输电线路在运行过程中承受工作电压、操作过电压或大气过电压时，都可能 会发生绝缘闪络事故。在超高压输电系统中，操作过电压已被限制在较低的水平（500kV系统不超过2.0p.u）,不再是构成线路绝缘的控制因素。另一方面，近 几年来因治理污闪事故的调爬等措施使线路的绝缘水平得到提高，线路在工作电压作用下的可靠性也明显提高。国内、外运行经验表明，大气过电压引起的绝缘 闪络已成为线路故障的主要原因。 现将美国、日本和俄罗斯等几个国家的高压和 超高压输电线路的雷击跳闸率摘录如表 1.1。表L1国外高压输电线路雷击遇超率单曲 次/lOOkma）国家电压等级W美国俄罗斯日本22

2、0 7230)0. 870. S6330 (345)0. 530. 125000. 350. 09a 63统计表明，雷害引起的跳闸约占线路跳闸次数的50%。为确保送电线路的安全稳定运行，建设坚强电网，国家电网公司对雷击跳闸率指标提出了更加严格 的要求。2005年3月国家电网公司颁布的110（66）kV500kV架空输电线路 运行规范明确提出各电压等级线路的雷击跳闸率（归算到40个雷暴日），应达到如下指标：表L2线路雷击跳闸率目标值1单位:次/IQOkna） （4。雷电日）HOkV22OKV330KV500KV0. 5250. 3150. 200. 14造成输电线路雷击跳闸的主要原因是反击和绕击

3、。1 .输电线路反击杆塔以及杆塔附近避雷线上落雷后，由于杆塔或接地引下线的电感和杆塔接 地电阻上的压降，塔顶的电位可能达到使线路绝缘发生闪络的数值，造成杆塔雷击反击。杆塔的接地电阻是影响雷击跳闸率的重要因素，计算表明：杆塔的接地电阻如增加1020 Q,雷击跳闸率将会增加 50%100%。为此，各网、省电 力公司为提高供电可靠性，投入大量的人力和财力进行杆塔接地电阻的改造，使 线路杆塔的接地电阻满足防雷设计的要求，保证了雷击跳闸率满足规程的要求。暖L ?各种电压等级的线路已计耐看水平颖定电序“胞位kV35110220SM)500线路耐击水平L”单枪LA力州75710100150125- 175南

4、电流褥过八的概寮5263 %135-141 ) %r I4J-5.63 %2 .输电线路绕击雷绕过避雷线的屏蔽，击于导线称为“绕击”。由于影响发生绕击的因素比反击 要复杂得多，人们对它感兴趣的程度和研究深度也较反击为多。上一世纪的60年代初，美国的 E.R.Whitehead、H.R.Armstorng和 G.R.Brown等人在前人完 成的小模型模拟试验的基础上先后开展了绕击过程的理论研究，并取得了重要成果，完善和发展了分析输电线路屏蔽性能的电气几何模型( EGM),被称为 Whitehead 理论。二.高压输电线路防雷保护的基本术语雷电流波形雷电流的波头和波尾皆为随机变量， 其平均波尾为4

5、0 pS；对于中等强度以 上的雷电流，波头大致在 14ps内，实测表明，雷电流幅值IL与陡度dtdiL 的线性相关系数为0.6左右，这说明雷电流幅值增加时雷电流陡度也随之增加， 因此波头变化不大，根据实测的统计结果，“规程”建议计算用波头取 2.6 pS。 即认为雷电流的平均上升陡度强为:强二虫.s dtdt 2.6雷电流的波头形状对防雷设计是有影响的，因此在防雷设计中需对波头形状 作出规定，“规程”建议在一般线路防雷设计中波头形状可取为斜角坡；而在设 计特殊高塔时，可取为半余弦波头，在波头范围内雷电流可表示为： (1 cos t)雷电流幅值雷电流iL为一非周期冲击波，其幅值与气象、自然条件等

6、有关，是一个随机变量，只有通过大量实测才能正确估计其概率分布规律。雷电日在进行防雷设计和采取防雷措施时，必须从该地区雷电活动的具体情况出发。某一地区的雷电活动强度可以用该地区的雷电日来表示。雷电日是一年中有雷电的日数。“规程”建议采用雷电日作为计算单位。根据长期统计的结果，在 我国“规程”中绘制了全国平均雷日数分布图，可作为防雷设计的依据，全年平 均雷日数为40的地区为中等雷电活动强度地区，如长江流域和华北的某些地区；年平均雷电日不超过15日的地区为少雷区；年平均雷暴日数多于 15但少于40的地区为中雷区；年平均雷暴日数多于40但少于90的地区为多雷区；年平均雷暴日数多于 90的地区及根据运行

7、经验雷害特别严重的地区为强雷区。地面落雷密度和输电线路落雷次数为了防雷设计和采取防雷措施，必须知道地面落雷密度，地面落雷密度“ r” 的定义为：每一雷电日每平方公里地面遭受雷击的次数，“规程”建议r为0.07 次/平方公里2雷日。对于线路来说，由于高出地面，有引雷的作用，根据模拟试验和运行经验， 一般高度的线路的等值受雷面的宽度为 （4h+b） （h为避雷线成导线的平均高度， b为两根避雷线间的距离），也即等值于受雷面积为线路两侧的地带，线路愈高， 则等值受雷面积愈大。保护角通常将避雷线与外侧导线的联线和避雷线对地垂直线之间的夹角叫保护角。（6）绕击率当雷电绕过避雷线直接打在导线上的概率。击杆

8、率运行经验表明，在线路落雷总数中雷击杆塔的次数与避雷线根数和经过地区 的地形有关，雷击杆塔次数与雷击线路总次数的比值称为击杆率g,规程建议的击杆率如表2.1所示。表2.1击杆率根数01平原1/21/41/6山区11/31/4耐雷水平雷击线路时，线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值叫耐雷水平。我国规程规定各级电压线路的耐雷水平值见表 1.3,这是从综合技术、经济比较得到的。 表中还列出了雷电流超过该耐雷水平的概率。可见线路防雷是相对的安全，即允 许有一部分雷击引起闪络。选择线路绝缘及防雷措施的要求是：在不显著增加线 路造价的情况下，保证有足够的运行可靠性。建弧率在雷冲击绝缘子用时，雷冲击电压过去后

9、，弧道仍有一定程度的游离，在工频压作用下，将有短路电流流过闪络通道，形成工频电弧。雷电压持续时间很短（100 ps左右），绝缘子冲击闪络时间也相应很短，继电保护来不及动作，所以仅有冲击闪络并不会引起开关跳闸，只有当冲击闪络火花转变为稳定工频电弧， 才会 引起线路开关跳闸，因此一条线路的雷击跳闸数，不仅与耐雷水平有关而且与冲 击闪络之后弧道建立工频电弧的可能性， 也就是建弧率有关，建弧率可用 表示:N Nl (g+*)建立稳定工频电弧次数总的冲击闪络次数建弧率的大小，主要与工频电压作用下弧道平均场强的大小有关，也和冲击闪络是发生在工频电压的哪一部分以及弧道的去游离情况有关，如果恰好在u=0发生雷

10、击，随后就不会产生工频电弧，根据实验及运行经验，”主要与E有关， 可按下式计算：I 0.752（45E -14） 10式中，E绝缘子用的平均运行电压梯度（千伏，有效值 /米）雷击跳闸率一条线路的雷击跳闸次数与线路长度、 雷电日的多少，以及防雷措施的好坏 有关。为了分析比较二条线路防雷措施的好坏，引入雷击跳闸率n的概念：每百公里线路、40雷电日，由于雷击引起的跳闸数（重合成功也算一次），称为该 线路的雷击跳闸率，简称跳闸率，跳闸率是衡量线路防雷性能好坏的综合指标， 它可表小为：N Nl （gP1+PaP2）式中：N跳闸率（次/100km.a）;建弧率；g击杆率；P1超过雷击杆塔的顶部时耐雷水平的

11、雷电流概率；P2超过雷雷绕击导线时耐雷水平的雷电流概率；P 绕击率；NL 线路落雷次数；三.高压输电线路的几种常见过电压架空输电线路中常见的过电压有以下两种， 第一种是：架空线路上的感应过 电压即雷击发生在架线路的附近， 通过电磁感应在输电线路上产生的过电压； 第二种是直击雷过电压， 即雷电直接打在避雷线或是导线上时产生的过电压。 下面对这两种过电压做一个简单的介绍， 在介绍中主要介绍产生的机理及结论， 而省 略了复杂的数学推导。1 架空输电线路上的感应过电压当雷击线路附近的地面时，会在架空线路的三相导线上出现感应过电压（感应雷） 。这种感应过电压的形成过程如下。在雷电放电的先导阶段，在先导通

12、道中充满了电荷， 它对导线产生了静电感应， 在负先导通道附近的导线上积累了异号的正束缚电荷， 而导线上的负电荷则被排斥到导线的远端。 因为先导的发展速度很慢， 所以在上一过程中导线的电流不大， 可以忽略不计， 而导线将通过系统的中性点或泄漏电阻而保持其零电位（如果不计工频电压的话） 。由此可见，如果先导通道电场使导线各点获得的电位为 U0（ x ） ，则单单导线上的束缚电荷电场必定使导线获得电位为 + U0（ x） ，即二者在数值上相等，符号相反，也即各点上均有土 U0 （x）叠加，使导线在先导阶段时处处电位为零。雷击大地后，主放电开始， 先导通道中的电荷被中和。 如果先导通道中的电荷是全部瞬

13、时被中和 （这当然是不可能的） ，则导线上的束缚电荷也将全部瞬时变为自由电荷，此时导线出现的电位仅由这些刚解放的束缚电荷决定， 它显然等于 + U0（ x） 。 这是静电感应过电压的极限。 实际上， 主放电的速度有限， 所以导线上束缚电荷的释放是逐步的，因而静电感应过电压将比 + U0 （ x ）小。此时由于对称的关系，被释放的束缚电荷将对称地向导线两侧流动，电荷流动形成的电流i 乘以导线的波阻Z即为向两则流动的静电感应过电压流动波u=iZ 。此外，如果先导通道电荷全部瞬时中和，则瞬间有I u （这当然是不可能的） ，则将产生极强的时变磁场，后者将使导线产生极大的电磁感应过电压。实际上由于主放

14、电的速度u 比光速小得多， 所以电磁感应过电压不会有那样大。 由于主放电通道是和导线互相垂直的，所以互感不大，即电磁感应不大。因此电磁分量要比静电分量小得多，后者约为前者的五倍。 又由于两种分量出现最大值的时刻也不同， 所以在对总的感应过电压幅值的构成上，静电分量起主要作用。2 架空输电线路上的直击雷过电压雷直击于有避雷线的输电线路分为三种情况，a、雷击杆塔顶部；b、雷击避 雷线中央部分； c 绕过避雷线击于导线。四雷击跳闸分析高压输电线路遭受雷击的事故主要与四个因素有关：线路绝缘子的50%攵电电压；有无架空地线；雷电流强度；杆塔的接地电阻。高压输电线路各种防雷 措施都有其针对性，因此，在进行

15、高压输电线路设计时，我们选择防雷方式首先 要明确高压输电线路遭雷击跳闸原因。4.1 高压输电线路绕击成因分析根据高压输电线路的运行经验、现场实测和模拟试验均证明，雷电绕击率与 避雷线对边导线的保护角、杆塔高度以及高压输电线路经过的地形、地貌和地质02条件有关。对山区的杆塔，我们的计算公式是：lgPa - 3.3586山区高压输电线路的绕击率约为平地高压输电线路的 3倍。山区设计输电线 路时不可避免会出现大跨越、大高差档距，这是线路耐雷水平的薄弱环节； 一些 地区雷电活动相对强烈，使某一区段的线路较其它线路更容易遭受雷击。4.2 高压输电线路反击成因分析雷击杆、塔顶部或避雷线时，雷电电流流过塔体和接地体，使杆塔电位升高， 同时在相导线上产生感应过电压。如果升高塔体电位和相导线感应过电压合成的 电位差超过高压输电线路绝缘闪络电压值， 即Uj U50%时，导线与杆塔之间就 会发生闪络，这种闪络就是反击闪络。五