輸電線路架空導(dǎo)線雷擊斷線斷股試驗(yàn)研究

毛先胤，彭 赤，黃 良，呂乾勇，張 偉，蔡 力

(1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，貴州 貴陽 550000；2.武漢大學(xué) 電氣工程學(xué)院，湖北 武漢 430072)

0 引 言

雷電現(xiàn)象在我國廣泛分布，有些地區(qū)甚至頻繁發(fā)生[1]。對于雷電現(xiàn)象人們雖然已經(jīng)有了很多了解，但由于雷電所具有的功率巨大、數(shù)量大、種類多、隨機(jī)性大、地區(qū)分布不均勻、發(fā)展過程極快等特征，人類尚不能完全解釋其機(jī)理、掌握其普遍規(guī)律，因此對于雷電打在輸配電線路上這種現(xiàn)象無法完全避免，高壓以及超高壓輸電線路距離長、運(yùn)行范圍大，導(dǎo)地線發(fā)生斷股不易發(fā)現(xiàn)，地線發(fā)生斷股散絲極易擴(kuò)大、引起對地短路，導(dǎo)線發(fā)生斷股損失機(jī)械強(qiáng)度，一旦發(fā)生斷線，容易引起多塔連鎖事故，對電網(wǎng)運(yùn)行影響極大。

目前關(guān)于雷電對電網(wǎng)線路影響的研究主要集中在雷擊光纖復(fù)合地線(OPGW)以及雷擊絕緣線路上[2-10]，主要分析雷擊導(dǎo)致OPGW和絕緣線路斷線的機(jī)理以及一些預(yù)防措施的提出，針對輸電架空線路導(dǎo)線雷擊的斷線斷股問題研究較少。

本文通過對輸電線路的常用導(dǎo)線進(jìn)行選型，根據(jù)選型的架空導(dǎo)線，研究鋼芯鋁絞線鋁線單根截面積、鋼芯鋁絞線總的截面積以及雷電流C分量大小對導(dǎo)線燒蝕特性的影響，通過比較導(dǎo)線燒蝕損傷面積、斷線斷股的情況來比較導(dǎo)線燒蝕情況。為輸電線路架空導(dǎo)線防雷選型提供依據(jù)。

1 試驗(yàn)安排

由于輸電線路導(dǎo)線型號繁雜，因此需要選取一些常用的有代表性的型號進(jìn)行試驗(yàn)，為架空輸電線路防雷提供參考， 根據(jù)鋼芯鋁絞線參數(shù)，再綜合考慮國家電網(wǎng)以及南方電網(wǎng)輸110 kV～500 kV輸電線路工程典型設(shè)計(jì)[11-13]中經(jīng)常選擇的導(dǎo)線型號，本文選取較有代表性的且常用的JL/G1A-240/30、JL/G1A-300/25，這兩種型號導(dǎo)線作為實(shí)驗(yàn)樣品，表1所示為選用導(dǎo)線型號具體參數(shù)。

本試驗(yàn)參照標(biāo)準(zhǔn)DLT 832-2003 光纖復(fù)合架空地線中附錄F雷擊試驗(yàn)[14]，用以研究鋼芯鋁絞線承受規(guī)定雷電沖擊時(shí)的燒蝕特性。本實(shí)驗(yàn)雷擊試驗(yàn)裝置布置如圖1所示，實(shí)驗(yàn)裝置左右兩端為固定導(dǎo)線的夾具，實(shí)驗(yàn)時(shí)將試樣導(dǎo)線固定夾緊后，在導(dǎo)線左端接上拉力計(jì)，然后通過搖桿對試樣導(dǎo)線施加拉力，在拉力計(jì)讀取到所需拉力后即停止，記下拉力值后，取下拉力計(jì)，然后就可以準(zhǔn)備進(jìn)行雷擊試驗(yàn). 本雷擊試驗(yàn)在一段長度不小于5 m的鋼芯鋁絞線試樣中點(diǎn)上進(jìn)行試驗(yàn)。施加在鋼芯鋁絞線試樣上的拉力為鋼芯鋁絞線額定拉斷力的15%。

表1 輸電線路架空導(dǎo)線常用鋼芯鋁絞線型號與參數(shù)整理

試驗(yàn)導(dǎo)線每種試樣分別在50 C、100 C、150 C、200 C四種雷電流C分量下進(jìn)行三次試驗(yàn)，將每種導(dǎo)線分成4組12份，將導(dǎo)線分別標(biāo)上標(biāo)號，如C50-1表示C分量50C雷擊第一次實(shí)驗(yàn)試樣，依此類推。每種導(dǎo)線共需進(jìn)行12次雷擊試驗(yàn)，所有導(dǎo)線共計(jì)進(jìn)行24次雷擊試驗(yàn)。

圖1 雷擊試驗(yàn)裝置布置圖

2 輸電架空導(dǎo)線試驗(yàn)結(jié)果

2.1 導(dǎo)線JL/G1A-240/30燒蝕情況

作用在導(dǎo)線上拉力為該型號額定拉斷力的15%，由表1知其額定拉斷力為75.6 kN，則導(dǎo)線試驗(yàn)所加拉力計(jì)算值為N=10.8 kN。圖2為該導(dǎo)線在50C、100C、150C、200C 4種不同電荷量下導(dǎo)線燒蝕情況和為對應(yīng)電流波形圖。

將型號JL/G1A-240/30的所有雷電流C分量試驗(yàn)結(jié)果整理在表2中，排除試驗(yàn)可能的誤差情況下，從表中可以看出導(dǎo)線JL/G1A-240/30在4種不同庫倫量雷電流燒蝕作用下均未出現(xiàn)明顯斷線斷股現(xiàn)象。由圖2導(dǎo)線表面燒蝕狀況也可以看出，當(dāng)雷電流庫倫量較小時(shí)燒蝕部位的導(dǎo)線表面呈現(xiàn)發(fā)黑，但導(dǎo)線的絞線完好，無明顯熔化現(xiàn)象；當(dāng)雷電流庫倫量加大到150 C、200 C時(shí)導(dǎo)線燒蝕表面可看到明顯熔化現(xiàn)象，但卻沒有熔斷。

圖2 導(dǎo)線JL/G1A-240/30雷電流燒蝕情況及雷電流波形圖

表2 型號240/30雷電流C分量雷擊試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)

2.2 導(dǎo)線JL/G1A-300/25燒蝕情況

作用在導(dǎo)線上拉力為該型號額定拉斷力的15%，由表1可知其額定拉斷力為83.4 kN，則導(dǎo)線試驗(yàn)所加拉力計(jì)算值為N=12.5 kN。圖3為該導(dǎo)線在不同電荷量下導(dǎo)線燒蝕情況和對應(yīng)電流波形圖。將型號300/25的所有雷電流C分量試驗(yàn)結(jié)果整理在表3中，排除試驗(yàn)可能的誤差情況下，從表中可以看出導(dǎo)線300/25在150 C雷電流燒蝕下開始出現(xiàn)斷股，在200C雷電流燒蝕作用下平均斷股數(shù)為2根，在50 C、100 C雷電流下表現(xiàn)良好。

對比導(dǎo)線JL/G1A-240/30燒蝕情況，可以明顯看出，盡管導(dǎo)線JL/G1A-300/25截面積較大，但是由于該導(dǎo)線股數(shù)增多，導(dǎo)致導(dǎo)線單股直徑(2.85 mm)小于導(dǎo)線JL/G1A-240/30單股直徑(3.42 mm)，因此在相同雷電流轉(zhuǎn)移電荷量作用下，導(dǎo)線JL/G1A-300/25雷電流燒蝕情況要嚴(yán)重。

3 結(jié) 論

(1)兩種常用的JL/G1A-240/30、JL/G1A-300/25架空輸電線路導(dǎo)線都表現(xiàn)出良好的耐雷電流燒蝕能力，100 C及以下雷電流作用下，2種規(guī)格導(dǎo)線都不會(huì)出現(xiàn)斷線斷股現(xiàn)象，最大200C雷電流作用下，JL/G1A-300/25導(dǎo)線平均出現(xiàn)2股斷線斷股現(xiàn)象，JL/G1A-240/30導(dǎo)線沒有出現(xiàn)斷股現(xiàn)象，相比而言JL/G1A-240/30導(dǎo)線耐雷性能更好。

(2)輸電線路燒蝕特性與鋼芯鋁絞線的單根鋁絞線直徑密切相關(guān)，單根鋁絞線直徑越大，導(dǎo)線越不容易發(fā)生斷股現(xiàn)象。在相同截面積大小的情況下，導(dǎo)線單根鋁絞線直徑加粗，對于改善導(dǎo)線的耐雷電流燒蝕能力具有顯著作用。

圖3 導(dǎo)線JL/G1A-300/25雷電流燒蝕情況及雷電流波形圖

表3 型號300/25雷電流C分量雷擊試驗(yàn)情況統(tǒng)計(jì)