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        輸電線路直擊雷特性仿真計算

        2021-09-09 08:09:32朱文強(qiáng)
        電工材料 2021年4期
        關(guān)鍵詞:水平

        朱文強(qiáng),陳 婷

        (福建水利電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院,福建永安 366000)

        引言

        隨著我國電網(wǎng)規(guī)模不斷擴(kuò)大,雷擊對輸電線路造成的不利影響越來越大[1]。相關(guān)數(shù)據(jù)表明,因雷擊引起的輸電線路跳閘事故占全部原因的三分之二左右[2]。為了有針對性地提高輸電線路防雷水平,解決輸電線路防雷的關(guān)鍵技術(shù),有必要加強(qiáng)對多電壓等級的輸電線路遭受雷擊故障原因的研究。以35 kV輸電線路為主要研究對象,建立其輸電線路雷擊仿真模型,分別從避雷線、檔距、接地電阻和避雷器等因素進(jìn)行深入研究,分析多電壓等級輸電線路遭受雷擊的影響。

        1 直擊雷過電壓的形成

        大氣過電壓,也稱作外部過電壓,指雷云放電導(dǎo)致的電氣設(shè)備過電壓[3]。架空輸電線路上的雷電過電壓可根據(jù)形成原因分為直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓兩種[4]。直擊雷的電流幅值相對高,電流的波形也比較陡,可對各電壓等級的輸電線路和設(shè)備造成嚴(yán)重破壞。根據(jù)雷擊位置可以將直擊雷分為:(1)雷擊導(dǎo)線:雷電流的幅值非常高,最高可以達(dá)到數(shù)百千安,配電線路的絕緣水平遠(yuǎn)無法滿足,若雷擊配電線路則必然會導(dǎo)致絕緣子的閃絡(luò),甚至存在設(shè)備爆炸的風(fēng)險[5];(2)雷擊桿塔:沒有采取降阻措施的輸電桿塔,因為其接地電阻高,所以當(dāng)雷擊中桿塔時,桿塔的過電壓幅值會非常高,容易形成對線路的反擊[6]。

        感應(yīng)雷過電壓是由于雷擊輸電線路附近的大地或其他物體造成的,雷電放電過程中主放電通道周圍的電磁環(huán)境產(chǎn)生劇烈變化。感應(yīng)雷過電壓的幅值相對于直擊雷要小,波形也相對平緩,波頭時間處于數(shù)微秒到數(shù)十微秒之間。

        2 輸電線路直擊雷過電壓仿真計算

        2.1 35 kV輸電線路雷擊桿25塔仿真結(jié)果與分析

        計算輸電桿塔在不同阻值的沖擊接地極時,是否裝設(shè)避雷線對線路耐雷水平的影響,仿真結(jié)果如圖1所示[7]。從圖1可以發(fā)現(xiàn),桿塔接地電阻與輸電線路的耐雷水平呈線性負(fù)相關(guān),桿塔的接地電阻越大,輸電線路的耐雷水平越低。通過對比加裝避雷線和不加裝避雷線的系統(tǒng),接地電阻相同的條件下,加裝避雷線的輸電線路耐雷水平相對較高。且接地電阻越大,加裝避雷線對線路耐雷水平的提高越明顯。

        圖1 桿塔接地電阻的影響

        當(dāng)其他條件一定時,改變檔距分析輸電線路耐雷水平的變化,其結(jié)果如圖2所示。由圖2可知,當(dāng)輸電線路的其他參數(shù)相同時,檔距對輸電線路耐雷水平的影響明顯。在100 m的范圍內(nèi),檔距的變化對線路耐雷水平影響很大,檔距在此范圍逐漸變大,線路耐雷水平會發(fā)生急劇性的降低。而檔距在超過100 m的范圍內(nèi)變化時,線路耐雷水平會因檔距的增大而降低,但降低的幅度會逐漸變緩。檔距的變化超過200 m后,線路的耐雷水平趨于穩(wěn)定,幾乎保持不變。

        圖2 桿塔檔距的影響

        2.2 35 kV輸電線路裝設(shè)線路型避雷器后直擊雷過電壓計算

        保持輸電線路的其他參數(shù)一致,仿真分析避雷器在不同安裝方式下對線路的影響,其結(jié)果如圖3所示。由圖3可知,在其他參數(shù)一致時,避雷器的安裝方式對輸電線路耐雷水平會造成一定的影響。另外,在同一個桿塔上安裝避雷器的個數(shù)不同,也會導(dǎo)致線路的耐雷水平發(fā)生變化。在輸電線路上,三相均安裝避雷器對線路耐雷水平的提高明顯,單相裝設(shè)或兩相裝設(shè),提高不明顯。圖4為耐雷水平對比,由圖4可以發(fā)現(xiàn),安裝避雷線和避雷器的輸電線路,其耐雷水平整體要比缺少裝設(shè)高。

        圖3 避雷器不同安裝方式對線路的影響

        圖4 耐雷水平對比

        3 結(jié)論

        雷擊對多電壓等級輸電線路的危害巨大,通過建立35 kV的輸電線路雷擊模型,分析了包括裝設(shè)避雷線和避雷器、檔距以及接地電阻大小等因素對線路耐雷水平的影響,仿真結(jié)果對輸電線路防雷設(shè)計具有一定的參考價值。

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