某220kV同桿并架輸電線路防雷初步設(shè)計(jì)

黃萍韋寶龍

（1.廣西大學(xué) 廣西南寧 530004 2.廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司 廣西柳州 545002）

某220kV同桿并架輸電線路防雷初步設(shè)計(jì)

黃萍1韋寶龍2

（1.廣西大學(xué) 廣西南寧 530004 2.廣西柳州鋼鐵集團(tuán)有限公司 廣西柳州 545002）

本文主要對(duì)廣西某地220kV同桿并架的甲乙線進(jìn)行防雷初步設(shè)計(jì)。本文通過分析輸電線路基本參數(shù)、氣象信息、地形地貌和桿塔類型等條件，按照標(biāo)設(shè)，先初步確定全線架設(shè)雙避雷線，盡可能降低桿塔接地電阻的防雷措施；然后選擇電氣幾何模型（EGM）法來對(duì)本次防雷措施進(jìn)行繞擊跳閘率驗(yàn)算，運(yùn)用規(guī)程法進(jìn)行反擊跳閘率的初步校驗(yàn)，再進(jìn)行線路防雷措施的改進(jìn)。最后，按50%繞擊跳閘率和50%反擊跳閘的比例進(jìn)行雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估，經(jīng)過評(píng)估分析，此次防雷設(shè)計(jì)的線路總雷擊跳閘率屬B等級(jí)，防雷性能良好。

同桿并架線路；防雷設(shè)計(jì)；耐雷水平；雷擊跳閘率

1 引言

90年代后同塔多回輸電技術(shù)在日、德、俄、加、美、瑞、蘇等世界各國(guó)都得到大力發(fā)展，美日等十幾個(gè)國(guó)家擁有長(zhǎng)達(dá)3萬以上公里的275～500kV同桿并架多回架空輸電線路[1]。江蘇地區(qū)于2004年已經(jīng)建成國(guó)內(nèi)首條全長(zhǎng)為5.417km的220kV鴻山變至荊同變同桿四回架空輸電線路。而廣東地區(qū)基本均采用同桿并架輸電線路，截止2010年8月，廣東電網(wǎng)220kV及以上線路的全部同塔或部分段同塔線路共計(jì)605回，占76.9%，而500kV線路共118回，500kV線路的全部同塔或部分段同塔線路66回，占55.9%[2]。目前，廣西電網(wǎng)110kV和220kV的同桿并架輸電線路也在逐年增加，但廣西是全國(guó)雷電災(zāi)害的高發(fā)地區(qū)，很多地區(qū)年雷暴日可達(dá)80多天，最多雷暴日的可達(dá)130多天?？梢姡龊猛瑮U并架輸電線路的防雷措施才能減少雷擊跳閘停電事故，提高電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

2 防雷方案初選

2.1 設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)

本文結(jié)合線路實(shí)際情況，根據(jù)我國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》（DL/T620-1997）、《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50545-2010）和《架空送電線路運(yùn)行規(guī)程》（DL/T741-2001）等有關(guān)標(biāo)準(zhǔn)和規(guī)程進(jìn)行防雷方案設(shè)計(jì)。

2.2 輸電線路相關(guān)參數(shù)

廣西某地220kV同桿并架雙回路甲乙線位于平原地段，該地段相對(duì)土壤電阻率為ρ≤500Ω·m，年雷暴日為70d，全長(zhǎng)7.2km，共20級(jí)桿塔，即1～20#桿塔，平地標(biāo)準(zhǔn)常規(guī)直線桿塔，均為SZ型鐵塔，塔全高為41.5m左右，呼高為24m，線路導(dǎo)線采用LGJ-400/50型導(dǎo)線，為雙分裂導(dǎo)線，分裂導(dǎo)線的分裂間距為400mm。

2.3 防雷方案標(biāo)設(shè)

根據(jù)我國(guó)電力行業(yè)相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，220kV線路宜沿全線架設(shè)雙避雷線；少雷區(qū)宜架設(shè)單避雷線。而此次防雷設(shè)計(jì)是多雷區(qū)的廣西境內(nèi)的220kV架空輸電線路，每年平均雷暴日為70d，所以采用全線架設(shè)雙避雷線，避雷線采用GJ-50，檔距為400m；根據(jù)《110kV～750kV架空輸電線路設(shè)計(jì)規(guī)范》（GB50545-2010）的規(guī)定，避雷線保護(hù)角取小于20°。

按照相關(guān)規(guī)范和標(biāo)準(zhǔn)，初步選擇采用GJ-50型號(hào)的避雷線，檔距約為400m。選擇易發(fā)生雷擊事故的甲乙線中比較典型的5#～10#桿塔段為分析對(duì)象，導(dǎo)線弧垂為11.58m，地線弧垂為9m。此次220kV架空輸電線路直線和耐張串采用被廣泛使用的FC70P-146懸式絕緣子，結(jié)構(gòu)高度為146mm，爬電距離≥268mm，雙回路絕緣子片數(shù)暫時(shí)均取為13。選擇理由是FC70P-146懸式絕緣子機(jī)械強(qiáng)度較高，被廣泛使用，性能良好。

避雷線橫擔(dān)設(shè)置為外側(cè)端到鐵塔中心線的長(zhǎng)度是3.49m，該桿塔型號(hào)都為SZT型，根據(jù)避雷線和各導(dǎo)線之間的垂直夾角，通過幾何關(guān)系計(jì)算得到：距離最上層導(dǎo)線橫擔(dān)的高度為4.5m，對(duì)上層導(dǎo)線保護(hù)角約為10.21°，對(duì)最外側(cè)導(dǎo)線保護(hù)角約為13.26°，對(duì)最下層導(dǎo)線保護(hù)角計(jì)算為5.37°。

3 雷擊跳閘率計(jì)算

3.1 繞擊跳閘率計(jì)算

目前，我國(guó)主要使用電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》（DL/T620-1997）推薦的規(guī)程法和世界各國(guó)采用較多的電氣幾何模型（EGM）法來進(jìn)行輸電線路繞擊跳閘率計(jì)算，而規(guī)程法只是使用于一般的單回輸電線路的繞擊跳閘率計(jì)算，因此，本次同桿并架雙回輸電線路防雷設(shè)計(jì)采用EGM法來進(jìn)行輸電線路繞擊跳閘率計(jì)算校驗(yàn)。

3.1.1 電氣幾何模型（EGM）法

電氣幾何模型（EGM）法在已經(jīng)在輸電線路防雷設(shè)計(jì)和計(jì)算中得到廣泛應(yīng)用，電氣幾何模型（EGM）法是將線路的結(jié)構(gòu)尺寸和雷電的放電特性關(guān)聯(lián)起來而建立的幾何分析與計(jì)算模型的方法[1]。

電氣幾何模型暴露距離法公式為：

3.1.2 繞擊跳閘率計(jì)算結(jié)果

桿塔簡(jiǎn)化模型：b代表避雷線平均高度，1、2、3分別代表?xiàng)U塔上、中、下的導(dǎo)線，高度取平均對(duì)地高度。

采用電氣幾何模型法分別求出導(dǎo)線1、2、3的繞擊跳閘率，根據(jù)回路數(shù)算出總的繞擊跳閘率，再折算至一回路跳閘率，該地在平原地段，直接取地面傾角為0°時(shí)的參數(shù)計(jì)算。

根據(jù)公式計(jì)算，得：

hb=35.5m，U50%=1220kV，Ic=6.10kA，rs=32.394m，Ng=5.759次/（km2·y）

從最后計(jì)算結(jié)果可知：導(dǎo)線1的繞擊跳閘率為0.0857次/（100km·y），導(dǎo)線2的繞擊跳閘率為0.0785次/（100km·y），導(dǎo)線3的繞擊跳閘率為0。

3.2 反擊跳閘率計(jì)算

3.2.1 反擊耐雷水平

我國(guó)輸電線路防雷反擊的計(jì)算方法普遍采用行業(yè)中的標(biāo)準(zhǔn)法（規(guī)程法），所以本文采用這個(gè)方法計(jì)算反擊跳閘率[4]。要求反擊跳閘率，就必須先求出輸電線路的反擊耐雷水平。

我國(guó)規(guī)程法計(jì)算雷擊反擊跳閘率公式為：

3.2.2 反擊跳閘率計(jì)算結(jié)果

在13片F(xiàn)C70P-146絕緣子和接地電阻為Ri=10Ω下，計(jì)算得到：

反擊耐雷水平I1=88.62kA，反擊跳閘率n1=1.135次/（100km·y），折算至一回路反擊跳閘率為0.568次/（100km·y），反擊跳閘率相對(duì)220kV雙回輸電線路較高，必須對(duì)線路進(jìn)行相應(yīng)改進(jìn)。

4 線路的防雷改進(jìn)和防同跳的差異化防雷設(shè)計(jì)

4.1 線路的防雷改進(jìn)

從計(jì)算結(jié)果分析，當(dāng)桿塔接地電阻降到5Ω左右的時(shí)候，反擊跳閘率相比設(shè)計(jì)的10Ω降到了56～66%，耐雷水平從88.62kA提高到120kA以上，效果明顯，根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)可得，最后確定采用降低桿塔接地電阻的防雷措施，利用人工接地裝置和化學(xué)降阻劑降低接地電阻至4Ω左右。

4.2 防同跳的差異化防雷設(shè)計(jì)

從計(jì)算結(jié)果分析，當(dāng)絕緣子串絕緣子片數(shù)為16片的時(shí)候，耐雷水平從13片的130.07kA提高到了151.13kA以上，提高了16.19%左右，而單回反擊跳閘率卻減少到了0.094次/（100km·y），相對(duì)減少了51.05%，效果明顯，根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)和經(jīng)濟(jì)條件考慮，此次220kV雙回路一回路絕緣子串仍采用13片F(xiàn)C70P-146懸式絕緣子，另一回路采用16片F(xiàn)C70P-146懸式絕緣子，提高了一回的絕緣水平，最后形成線路不平衡絕緣防同跳的差異化防雷設(shè)計(jì)。

5 雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

線路防雷改造方案以降低輸電線路繞擊跳閘率和反擊跳閘率為目的。典型線路的雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估一般先要根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)雷擊跳閘率的考核指標(biāo)歸算至線路實(shí)際地閃密度情況下的雷擊跳閘率的考核指標(biāo)，分為A、B、C、D四個(gè)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)區(qū)間，然后根據(jù)結(jié)合線路雷擊跳閘情況，根據(jù)架空輸電線路桿塔防雷閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果等因素，可以確定需要進(jìn)行桿塔防雷改造的范圍[3～4]。

本文設(shè)計(jì)的某220kV同桿并架輸電線路歸算到標(biāo)準(zhǔn)雷暴日（Td=40）下的雷擊跳閘率為0.315次/（100km·y）。甲乙線平均地閃密度為5.759次/（100km·y），最后可得該線路歸算到實(shí)際地閃密度情況下允許的雷擊跳閘率考核指標(biāo)為0.653次/（100km·y），然后以50%繞擊跳閘和50%反擊跳閘的比例進(jìn)行初步分配，把雷擊跳閘率為0.653次/（100km·y）的考核指標(biāo)以[0，25%]、（25%，50%]、（50%，75%]、（75%，+∞]比例區(qū)間分成 A、B、C、D 四個(gè)雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估等級(jí)區(qū)間，即 A（0，0.163]、B（0.163，0.327]、C（0.327，0.490]、D（0.490，0.653]?？芍捍舜畏览壮醪皆O(shè)計(jì)的線路繞擊跳閘率為0.263次/（100km·y），繞擊防護(hù)性能良好；線路反擊跳閘率為0.285次/（100km·y），總的雷擊跳閘率為0.548次/（100km·y），折算至單回雷擊跳閘率為0.274次/（100km·y），得到線路雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為B區(qū)間，防雷性能良好。

6 結(jié)論

多回線路同桿并架技術(shù)（同塔多回線路）能夠提高電網(wǎng)電力輸送能力、提高輸電線路走廊資源面積利用率、節(jié)約土地資源和建設(shè)成本。本文所設(shè)計(jì)的某220kV同桿并架輸電線路防雷方案滿足相關(guān)規(guī)程和標(biāo)準(zhǔn)所要求的繞擊跳閘率、反擊跳閘率和耐雷水平。該線路雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)等級(jí)為B區(qū)間，防雷性能良好，滿足設(shè)計(jì)要求。

[1]沈志恒.同塔雙回輸電線路雷擊同跳保護(hù)研究.[D].碩士學(xué)位論文，浙江大學(xué)電氣工程，2013.

[2]《中華人民共和國(guó)電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》（DL/T620/1997）.交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合[S].北京：中國(guó)電力出版社，1997.

[3]彭向陽、周華敏，等.同塔多回輸電線路幾種防雷擊跳閘措施的評(píng)估[J].南方電網(wǎng)技術(shù)，2012，6（3）：28～32.

[4]黃愛華，鄭 旭，錢廣忠.同桿并架多回路技術(shù)的應(yīng)用[J].華東電力，2006，34（8）：60～63.

TM862

A

1004-7344（2016）18-0068-02

2016-5-20

黃 萍（1977-），女，廣西德保人，講師，研究方向?yàn)楦唠妷号c絕緣技術(shù)方向。

韋寶龍（1993-），男，廣西柳州人，助理工程師。