劉 靜，張名祥，程登峰

1.安徽省電力科學(xué)研究院，安徽合肥，230022； 2.安徽省電力設(shè)計(jì)院，安徽合肥，230601

安徽省500 kV同塔雙回線路時(shí)有雷電繞擊線路造成雷擊跳閘事故。安徽省桿塔500 kV同塔雙回線路主力塔形多采用0°或負(fù)保護(hù)角，上相處在避雷線與中相導(dǎo)線之間，屏蔽效果強(qiáng)于中相，卻時(shí)有雷電繞擊上相事故發(fā)生。

1 跳閘情況分析

1.1 跳閘情況統(tǒng)計(jì)

2007～2012年底，安徽省500 kV同塔雙回線路共發(fā)生雷擊跳閘22起，其中反擊跳閘4起，繞擊跳閘18起，雷電繞擊中相導(dǎo)線13起，繞擊上相5起，雷電繞擊線路上相造成線路跳閘。

1.2 塔形分析

5次雷擊雙回路塔上相跳閘事故中，僅線1為轉(zhuǎn)角塔，其他均為直線塔。以SZ1塔形為例，雙回路塔采用雙地線，上相的地線保護(hù)角約為-13°，中相的保護(hù)角為0°，相對(duì)于上相，中相更易遭受繞擊。

1.3 雷擊桿塔地形位置

500 kV線路2和3故障桿塔所處位置為山坡的上山側(cè)，線路1、4、5故障桿塔均處于平地。

2 雷擊跳閘率計(jì)算

2.1 規(guī)程法

DL/T620-1997 《交流電氣裝置的過電壓與絕緣配合》給出的計(jì)算方法和公式，主要針對(duì)500 kV及以下電壓等級(jí)的單回線路，認(rèn)為繞擊率與雷電流大小無關(guān)，對(duì)地形因素的影響只用山區(qū)和平地來加以區(qū)分，并根據(jù)經(jīng)驗(yàn)和小電流試驗(yàn)?zāi)Ｐ偷慕Y(jié)果提出綜合平均法。

根據(jù)規(guī)程法及線路桿塔參數(shù)，線路繞擊率計(jì)算如表1。

表1 規(guī)程法計(jì)算線路繞擊率

2.2 電氣幾何模型法

電氣幾何模型是將雷電的放電特性與線路結(jié)構(gòu)尺寸聯(lián)系而建立的一種幾何分析計(jì)算模型，安徽省500 kV架空輸電線路多為同塔雙回路，使用電氣幾何模型方法清晰簡單。

在我國，主要采用絕緣子串兩端出現(xiàn)的過電壓超過絕緣子串或空氣間隙50%沖擊放電電壓方法作為判據(jù)絕緣子閃絡(luò)判斷依據(jù)，只有雷電流滿足I>U50%/100,才可能出現(xiàn)閃絡(luò)，在雷電流小于Imin的情況下，即使發(fā)生繞擊也不會(huì)造成線路絕緣閃絡(luò)。

考慮避雷線和中相導(dǎo)線對(duì)上相導(dǎo)線的屏蔽作用，典型同塔雙回路桿塔的電氣幾何模型如圖1所示，以rs為半徑，分別以避雷線S和上相導(dǎo)線A、中相導(dǎo)線B為圓心作圓弧，以避雷線和中相導(dǎo)線為圓心圓弧交于Ci，可以證明Ci的軌跡為避雷線和中相導(dǎo)線的垂直平分線；以避雷線和上相導(dǎo)線為圓心圓弧交于Ai，以上導(dǎo)線和中導(dǎo)線為圓心圓弧交于Bi，Ai和Bi之間的弧面即為上相導(dǎo)線的繞擊暴露弧面，若先導(dǎo)頭部進(jìn)入AiBi弧面，雷電將擊中上相導(dǎo)線，即避雷線、中相導(dǎo)線的屏蔽保護(hù)失效而發(fā)生繞擊[1]。

圖1 電氣幾何模型

當(dāng)雷電先導(dǎo)放電是均勻分布且垂直從高空向地面發(fā)展時(shí)，幅值為I的雷電流擊于保護(hù)弧A0Ai、B0Bi和暴露弧AiBi，其概率可用幾何法進(jìn)行計(jì)算(圖2)。

圖2 繞擊率計(jì)算方法

隨著雷電流的增大，擊距rs增大，上相導(dǎo)線被避雷線、下導(dǎo)線或地面完全屏蔽，以及以避雷線和上相導(dǎo)線、中相導(dǎo)線為圓心圓弧交于一點(diǎn)，可以推算出該點(diǎn)為以避雷線、上導(dǎo)線、下導(dǎo)線組成三角形的外接圓圓心。

根據(jù)IEEE推薦的擊距公式，反推雷電流Imax，超過Imax的雷電流將不再發(fā)生繞擊。

獲得Imax后，繞擊率可由下式進(jìn)行計(jì)算：

P′(I)為繞擊率；DC(I)為雷電流幅值概率密度分布。根據(jù)安徽省雷電定位系統(tǒng)歷年數(shù)據(jù)，對(duì)雷電流幅值累積概率曲線進(jìn)行擬合后，可得如下表達(dá)式：

計(jì)算結(jié)果見表2。

表2 線路繞擊率

2.3 地面傾斜角的影響

當(dāng)桿塔處于山坡時(shí)，由于地面傾斜角的存在，對(duì)線路繞擊跳閘率將產(chǎn)生一定影響。

當(dāng)線路處于山坡處時(shí)，地面對(duì)線路的屏蔽作用進(jìn)一步減弱，考慮500 kV線路較高，依然只考慮避雷線和中相導(dǎo)線對(duì)上導(dǎo)線的屏蔽作用，上相導(dǎo)線的繞擊率基本不發(fā)生變化。

當(dāng)線路處于山坡處、地面傾角較大時(shí)，須考慮地面對(duì)導(dǎo)線的屏蔽作用。隨著雷電流的增加，擊距r增大，地面對(duì)中相導(dǎo)線產(chǎn)生屏蔽作用，造成中相導(dǎo)線的繞擊暴露面減小，上相導(dǎo)線的繞擊概率增大；隨著r的進(jìn)一步增大，可能出現(xiàn)中相導(dǎo)線被屏蔽的情況，雷擊上相概率進(jìn)一步增大。

3 分析及結(jié)論

在不考慮地面傾角的情況下，通過電氣幾何模型對(duì)同塔雙回線路上相導(dǎo)線繞擊率的計(jì)算結(jié)果是規(guī)程法計(jì)算結(jié)果的幾十倍，規(guī)程法不能反映線路的具體特征，無法解釋屏蔽實(shí)效和繞擊率過大的問題，使用電氣幾何模型方法更能解決實(shí)際問題。

通過同塔雙回路桿塔的電氣幾何模型的建立，分析雷電先導(dǎo)對(duì)導(dǎo)線的放電，發(fā)現(xiàn)上相導(dǎo)線雖然處在避雷線和中相導(dǎo)線的保護(hù)下，但依然可能存在暴露弧面，在雷電流超過絕緣子串或空氣間隙50%沖擊放電電壓時(shí)，造成線路跳閘。

本模型很好地解釋了在地面傾斜角較大時(shí)，雷擊同塔雙回線路上相的問題，這與線路2、線路3雷擊跳閘的實(shí)際情況相符合。

參考文獻(xiàn)：

[1]劉芳，許飛.超高壓輸電線路雷擊跳閘典型故障分析[J].高壓電技術(shù)，2006，32(4)：114-115