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        江西電網(wǎng)500kV輸電線路雷擊故障分析

        2016-08-22 04:34:30喻濱丁元
        大科技 2016年24期
        關(guān)鍵詞:故障

        喻濱 丁元

        (國(guó)網(wǎng)江西省電力公司檢修分公司江西南昌330000)

        江西電網(wǎng)500kV輸電線路雷擊故障分析

        喻濱 丁元

        (國(guó)網(wǎng)江西省電力公司檢修分公司江西南昌330000)

        本文針對(duì)江西電網(wǎng)500kV輸電線路在2015年的7次雷擊跳閘故障桿塔,進(jìn)行了反擊、繞擊的耐雷水平和跳閘率的計(jì)算,并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)登塔檢查及雷電定位系統(tǒng)顯示數(shù)據(jù),判斷出繞擊是江西電網(wǎng)500kV輸電線路雷擊故障的主要原因,并據(jù)此制定了差異化防雷措施。

        反擊:繞擊:故障分析

        前言

        隨著極端天氣頻現(xiàn),江西電網(wǎng)500kV輸電線路雷擊引起的跳閘故障也逐年上升,雷擊跳閘在總跳閘事故中的比例也呈上升趨勢(shì),其中2015年雷擊跳閘7次,占總跳閘次數(shù)的63%。鑒于此,對(duì)江西電網(wǎng)500kV輸電線路雷擊故障進(jìn)行分析,并針對(duì)故障原因進(jìn)行防治也顯得意義重大。

        1 雷擊跳閘的主要形式

        出現(xiàn)在輸電線路上有兩種大氣過(guò)電壓:①雷電擊中線路下發(fā)地面,由于電磁感應(yīng)所引起的,稱為感應(yīng)雷過(guò)電壓;②雷電直接擊中線路本體引起的,稱為直擊雷過(guò)電壓。由于500kV線路絕緣水平較高,感應(yīng)雷過(guò)電壓不會(huì)引起閃絡(luò)。雷直擊于有地線線路的情況可分為三種,即雷擊桿塔塔頂、雷擊地線檔距中間和雷繞過(guò)地線擊于導(dǎo)線,前兩種統(tǒng)稱為反擊,后一種稱為繞擊。

        1.1 反擊

        當(dāng)雷電直接擊中桿塔或地線時(shí),如果桿塔接地電阻較大,雷電流通過(guò)接地裝置時(shí)會(huì)出現(xiàn)很高的電位,因此與接地裝置相連的桿塔也會(huì)處于高電位。當(dāng)桿塔電位升高到一定值時(shí),桿塔對(duì)導(dǎo)線放電使絕緣發(fā)生擊穿,從而導(dǎo)致線路跳閘。如桿塔與接地裝置的阻抗較低,則線路的耐雷水平較高。一般500kV線路為125~175kA。

        1.2 繞擊

        在雷電波作用下,線路與大地之間存在阻抗(稱為波阻抗),當(dāng)雷電繞過(guò)地線擊中導(dǎo)線時(shí),雷電流將經(jīng)導(dǎo)線的波阻抗流散大地,導(dǎo)線的電位同時(shí)也急速上升,使導(dǎo)線對(duì)桿塔之間發(fā)生閃絡(luò),從而導(dǎo)致線路跳閘。由于導(dǎo)線的波阻抗較高,較低的雷電流可以產(chǎn)生較高的電壓,因此線路的繞擊耐雷水平較低。按有關(guān)規(guī)程上的算法,線路的繞擊耐雷水平為U50%/100(kA),其中U50%為線路絕緣子串的50%沖擊放電電壓。

        2 雷擊故障計(jì)算

        2.1 反擊計(jì)算

        本文桿塔反擊計(jì)算中分別采取規(guī)程法和ATP-EMTP(電磁暫態(tài)模型)法進(jìn)行計(jì)算。

        2.1.1 規(guī)程法計(jì)算

        根據(jù)DL/T620-1997,在中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)中,輸電線路反擊耐雷水平為:

        式(1)中:U50%為絕緣子串50%沖擊閃絡(luò)電壓(kV);k為導(dǎo)線線間耦合系數(shù);k0為導(dǎo)線與地線間的耦合系數(shù);β為分流系數(shù);Rch為桿塔沖擊接地電阻(Ω);ha為橫擔(dān)對(duì)地高度(m);ht為桿塔高度(m);hg為地線平均高度(m);hc為導(dǎo)線平均高度(m);Lt為桿塔等值電感(μH)。

        規(guī)程法是由早期線路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)與模擬試驗(yàn)歸納得出的,主要考慮保護(hù)角和桿塔高度的影響,將地形宏觀地分為平原與山區(qū)兩種,未考慮雷電先導(dǎo)入射角、地面傾角、桿塔形狀、工作電壓和雷電參數(shù)等對(duì)繞擊率的影響,無(wú)法解釋屏蔽失效、存在最大繞擊電流的問(wèn)題和繞擊率過(guò)大的原因[2]。

        2.1.2 ATP-EMTP計(jì)算

        ATP-EMTP仿真計(jì)算法基于架空線路的實(shí)際布線結(jié)構(gòu)和桿塔參數(shù),考慮雷電參數(shù)、波傳播過(guò)程、運(yùn)行電壓等建立計(jì)算模型,以絕緣子閃絡(luò)電壓值為判斷依據(jù)模擬雷擊過(guò)程,計(jì)算桿塔的耐雷水平。

        2.2 繞擊計(jì)算

        繞擊計(jì)算采取目前國(guó)際通用計(jì)算方法——改進(jìn)電氣幾何模型(EGM)。電氣幾何模型是指將雷電的放電特性與線路的結(jié)構(gòu)參數(shù)、桿塔所在地形等聯(lián)系起來(lái)而建立的一種幾何分析計(jì)算模型,其基本原理為:由雷云向地面發(fā)展的先導(dǎo)放電通道頭部到達(dá)被擊物體的臨界擊穿距離(擊距)以前,擊中點(diǎn)是不確定的,先到達(dá)哪個(gè)物體的擊距之內(nèi),即向該物體放電。

        3 江西省500kV輸電線路雷擊故障計(jì)算結(jié)果與分析

        本文針對(duì)江西省500kV輸電線路2015年雷擊故障的7基桿塔進(jìn)行了計(jì)算,計(jì)算結(jié)果見(jiàn)表1。

        表1 雷擊故障桿塔耐雷水平及跳閘率

        通過(guò)表1數(shù)據(jù),結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)登塔檢查結(jié)果及雷電定位系統(tǒng)收集的雷電信息,可以判定江西電網(wǎng)2015年7基桿塔故障均為雷電繞擊引起的跳閘故障。

        4 結(jié)論

        通過(guò)對(duì)江西電網(wǎng)500kV輸電線路2015年雷擊故障分析,可以得出以下結(jié)論:

        (1)江西省500kV輸電線路中,單回路輸電線路邊相易遭受雷擊,雙回路輸電線路中相易遭受雷擊。同時(shí),由于山坡對(duì)導(dǎo)線的屏蔽作用減弱,導(dǎo)致處于山頂或山坡上桿塔的下坡側(cè)導(dǎo)線更易遭受雷擊。

        (2)江西電網(wǎng)500kV輸電線路防雷電反擊水平遠(yuǎn)高于防雷電繞擊水平,建議對(duì)500kV輸電線路進(jìn)行防雷評(píng)估,針對(duì)桿塔的具體情況進(jìn)行防雷差異化改造,對(duì)需要改造的桿塔安裝可控放電避雷針。

        [1]周澤存,沈其工,等.高電壓技術(shù)(第二版).北京:中國(guó)電力出版社,2005.

        [2]黎彬.基于電氣幾何模型的輸電線路繞擊耐雷性能研究[D].南寧:廣西大學(xué),2008.

        TM75

        A

        1004-7344(2016)24-0063-01

        2016-8-10

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