【正文】 第 頁 28西華大學畢業(yè)設計說明書 5 線路的防雷改進措施 防雷分析 繞擊分析 （ 1） 地面傾斜角 對同一桿塔高度，繞擊率會隨地面傾斜角的增大而增大，地形對繞擊跳閘率有較大的影響，對于一般桿塔，平原地區(qū)的雷電繞擊率非常低，線路基本都能滿足全屏蔽的條件，但隨著地面傾斜角的改變，丘陵和山區(qū)線路會出現(xiàn)較大的繞擊率。 在不同桿塔高度對波阻抗的影響進行分析見表 ；在不同導線高度對波阻抗的影響分析見表 ；在不同保護角對波阻抗的影響分析見表 。當?shù)孛鎯A斜角增大時，最大擊距? ?mrsm 也隨之增大，當最大擊距 ? ?mrsm 大于臨界擊距 ? ?mrsc 時，會出現(xiàn)閃絡區(qū)域，此時會發(fā)生繞擊跳閘，如表 中計算的數(shù)據(jù)，當?shù)孛鎯A斜角 ??40g? 時，對應的最大擊距 ? ?mrsm為 ，當?shù)孛鎯A斜角增大到 ??50g? 時，最大擊距 ? ?mrsm 也增大為 。2n ： ? ? ? ?39。39。39。2n ： ? ? ? ?39。39。39。39。39。 ?? srCg （ ） 圖 幾何模型化簡圖 由于桿塔與水 平地面有一定的地面傾斜度 g? ggrDH ?cos? （ ） 由于 39。由于只有大于繞擊耐雷水 平 2I 和小于最大繞擊電流 mI 的雷電流才會繞擊導線并引起線路絕緣閃絡，所以每雷電日每單位長度線路的繞擊閃絡總次數(shù)為： ? ? ? ? iiII iII iiii DGIpIDGIIpN mm ?? ??????????222 ?? （ ） 注意式中暴露弧的水平投影寬度 iiDG 也隨電 流幅值由 2I 至 mI 變化而變化。 利用電氣幾何模型計算繞擊跳閘率 Whitehead 等人的經(jīng)典電氣幾何模型 第 頁 15西華大學畢業(yè)設計說明書 電氣幾何模型是指將雷電的放 電特性與線路的結(jié)構(gòu)尺寸聯(lián)系起來而建立的一種幾何分析計算模型。 第 頁 14西華大學畢業(yè)設計說明書 3 1000kV 輸電線路繞擊跳閘率的計算分析 計算繞擊時的桿塔與反擊的桿塔一致，見圖 、圖 。見圖 圖 南陽 荊門桿塔參數(shù) 第 頁 12西華大學畢業(yè)設計說明書 南陽 荊門的線路參數(shù)，見表 ；南陽 荊門的導線和避雷線布置的參數(shù)，見 表 。 由于避雷線對外側(cè)導線的耦合系數(shù)比對中相導線的耦合系數(shù)小，線路絕緣上的過電壓更為嚴重，故取作計算條件。根據(jù)實驗和運行經(jīng)驗，沖擊閃絡轉(zhuǎn)為穩(wěn)定工頻電弧的概率 — 稱為建弧率，以 ? 表示，可按下式計算 第 頁 8西華大學畢業(yè)設計說明書 )%( ?? E? （ ） 式中 E 為絕緣子串的平均運行電壓梯度， [kV（有效值） /m]。ln60 （ ） 式中 kkZ 為避雷線自波阻抗； jkZ 為 k 號導線與 j 號導線之間的互波阻抗。特高壓輸電線路桿塔更高，線路更長，防雷的問題更加突出。 輸電線路耐雷性能的分析主要分為反擊耐雷性能和繞擊耐雷性能。 2021 年， 1000kV 特高壓交流試驗示范工程全面建設。第 2 條是聯(lián)接太平洋沿岸各發(fā)電廠的 1000kV 輸電線路，稱為東西線路 (長度 240 km)，東群馬干線、南磬城干線，此外日本還建成了 1座新楱名 1100kV 變電站，所有的 1000kV 線路和變電站從建成后都一直降壓為 500kV電壓等級運行，考慮配合太平洋沿岸和東北地區(qū)原子能發(fā)電廠的建設擬升壓至額定電壓1000kV 運行，但是由負荷增長停止不前，電源建設和 1000kV 升壓計劃也大幅推遲，預計在 21 世紀 10 年代后期才能升壓至 1000kV 運行。在特高壓輸電系統(tǒng)中，耐雷性能是關(guān)系到設備絕緣設 計的關(guān)鍵因素，直接影響設備制造成本和系統(tǒng)的運行性能，所以盡可能提高耐雷性能對特高壓輸電技術(shù)的應用具有非常重要的意義。然后對繞擊耐雷性能進行分析。因此，準確計算輸電線路的耐雷水平和跳閘率對保證特高壓輸電系統(tǒng)安全運行顯得尤為重要。本課題正是針對交流特高壓輸電線路防雷保護性能及其限制雷擊跳閘率等問題進行的深入研究。其中有 907km 線路和 3 座 150kV 變電站 (其中 1 座為升壓站 )從 1985 年～ 1990 年按系統(tǒng)額定電壓 1150kV 運行了 5 年之久。 1994 年，武漢高壓研究所建立起 1000kV 級，長 200m， 8分裂導線水平排列的試驗研究線段。 輸電線路耐雷 性能的計算方法 從各國的實際運行來看，雷擊仍然是輸電線路安全可靠運行的主要危害。線路被分為兩部分，其中晉東南～南陽段命名為長南一線，全長 ，南陽～荊門段命名為南荊一線，全長 公里。 輸電線的耐雷水平計算 （ 1）波阻抗 對導線來說： ??kkkk rhZ 2ln2100??? （ ） ??jkkjkj ddZ 39。 Lgt ii ??? （ ） 式中 β為分流系數(shù)；查表 可得。/11 ?N g Pn ? 其中 ThbNb ???? 10010004? N — 線路手雷擊次數(shù)； b — 兩避雷線間的距離， m； bh — 避雷線平均高度， m，無避雷線時取為最上層導線高度； T — 線路經(jīng)過地區(qū)年平均雷電日數(shù)，對不同雷電日地區(qū)均應換算到 40 雷電日，即 T=40。2111212 ?????????bbrhddZZK 因此，雙避雷線對外側(cè)導線的幾何耦合系數(shù) 0K 為： 12 23130 ?? ??? ?? K KKK 經(jīng)電暈修正后耦合系數(shù) K ，修正系數(shù)查表 可得 ?K ????? KKK 4）桿塔等值電感 gtL ，桿塔電感查表 HhL gt ?1 6 2 2 ????? 5）分流系數(shù) ?? （查表 ） 本計算過程考慮工頻電壓的影響，即： kVUuu 2100040003 239。 %50%50 ??????? 雷擊桿塔時的耐雷水平 1I 為： ? ? ? ? kAhLRkuIdgtch39。 a）；? 為建弧率， ThbN b ???? 10010004? ； 2P 為雷電流幅值超過繞擊耐雷水平的概率。如圖 圖 輸電線路電氣幾何模型 圖中 sh 為避雷線； ch 為導線； ? 為保護角； sr 、 cr 為避雷線和導線的擊距。下面對計算iiDG 進行分析。39。39。/0 0 3 7 5 4 7 0 0 1 ?????? PPNn ?? 山區(qū)： 年）百公里（次 39。39。/0 0 3 9 8 3 4 7 0 0 1 2 8 ?????? PPNn ?? 山區(qū)： 年）百公里（次 39。39。 第 頁 25西華大學畢業(yè)設計說明書 4 1000kV 輸電線路雷擊跳閘率的影響因素 影響繞擊跳閘率的因素分析 地面傾斜角的影響 地面傾斜角的影響，見表 表 地面傾斜角對繞擊跳閘率的影響 （沖擊閃絡電壓 )(%50 KVU ? ，保護角 ?? ? ，桿塔高 度 mhs ? ） 地面傾斜角（ 176。所以波阻抗是影響反擊跳閘率的最根本因素之一，而另一個因素就是接地電阻，下 第 頁 26西華大學畢業(yè)設計說明書 面對這兩個進行分析。避雷線和導線之間的波阻抗 13Z 、 23Z 隨保護角的增大而減小，避雷線的自波阻抗 11Z 和避雷線之間的互 波阻抗 12Z 保持不變。 （ 2） 保護角的影響 同樣條件下繞擊率隨避雷線保護角的增大而增大，在同一繞擊電流下傾斜角。 表 避雷線橫擔寬度不變，不同保護角對波阻抗的影響（晉東南 南陽） 保護角 (176。年 ) 0 0 5 10 由表 可以得到，隨著保護角的增加，繞擊時的最大擊距 ? ?mrsm 將隨之增大，當保護角 ??0? 時，不會發(fā)生跳閘，因為最大擊距小于臨界擊距，沒有發(fā)生閃絡的區(qū)域。 表 繞擊跳閘率的計算結(jié)果 地區(qū) 方法 晉東南 南陽 南陽 荊門 規(guī)程法 平原 山區(qū) 平原 山區(qū) 擊距法 第 頁 24西華大學畢業(yè)設計說明書 從表 可知，擊距法計算的數(shù)值比規(guī)程法計算的數(shù)值提高了 90%，更接近于現(xiàn)實的情況。39。 ； 222 39。 圖 桿塔簡化圖 1）由桿塔的幾何結(jié)構(gòu)可得出桿塔的保護角 ? ： ?? rc t a rc t a n ????????? ??????????? ? ??ds hh 2）根據(jù)公式 、 可計算出線路繞擊率 ?P ： 對平原來說： %01 ??? ???????? ?????????? ?? ??? shP 對山區(qū)來說： % ??? ???????? ?????????? ?? ??? hP 3）根據(jù)公式 ，計算繞擊耐雷水平 2I ： kVUuu 2100040003 239。39。 ； 222 39。 圖 桿塔簡化圖 1）由桿塔的幾何結(jié)構(gòu)可得出桿塔的保護角 ? ： ?? rc t a rc t a n ????????? ??????????? ???ds hh 2）根據(jù)公式 、 可計算出線路繞擊率 ?P ： 對平原來說： % ??? ???????? ?????????? ?? ??? shP 對山區(qū)來說： %04 ??? ???????? ?????????? ?? ??? hP 第 頁 19西華大學畢業(yè)設計說明書 3）根據(jù)公式 ，計算繞擊耐雷水平 2I ： kVUuu 2100040003 239。39。39。2 ?? （ ） 然后即可換算得到每百公里每年的線路繞擊跳閘率 2n 次 /百公里178。先導對桿塔、避雷線、導線的擊距相等。 ； h 為桿塔高度， m； 由上兩式可知，山區(qū)線路的繞擊率約為平原線路的 3 倍，或相當于保護角增大 8 倍。3112323 ??????????bbrhddZZK 672ln2424134ln2lnln32221139。3111313 ??????????bbrhddZZK 2lnln3222232239。 實踐證明，當 ? ?? ? mkVE /6 有效值? 時，可以近似認為 0?? 。 表 桿塔的電感和波阻抗的平均值 桿塔型式 桿塔電感 / H? /m 桿塔電阻 /? 無拉線水泥單桿 250 有拉線水泥單桿 125 無拉線水泥雙桿 125 鐵