±1 100 kV特高壓直流線路無間隙線路避雷器雷電防護(hù)適用性研究

顧建偉,余輝,陳維江,黃勝鑫,何天宇,邊凱,時(shí)衛(wèi)東

(1.中國(guó)電力科學(xué)研究院有限公司,北京 100192;2.水電水利規(guī)劃設(shè)計(jì)總院,北京,100120;3.國(guó)家電網(wǎng)公司,北京 100031;4.電力規(guī)劃設(shè)計(jì)總院,北京 100120)

0 引言

近年來,我國(guó)特高壓直流輸電技術(shù)持續(xù)發(fā)展,已經(jīng)建成20多項(xiàng)特高壓工程,其中特高壓直流工程額定電壓等級(jí)已達(dá)1 100 kV[1-3]。線路額定工作電壓等級(jí)的提高,對(duì)線路絕緣強(qiáng)度的要求逐漸提高,已經(jīng)建成的昌吉-古泉±1 100 kV特高壓直流線路,該線路途徑我國(guó)六省,沿線地形復(fù)雜,對(duì)線路絕緣水平的要求高[4]。特高壓線路的外絕緣一般依靠導(dǎo)線與塔頭之間的空氣間隙保證,塔頭尺寸通常由極間距控制[5]。為節(jié)約塔材投資和線路走廊寬度,我國(guó)±1 100 kV昌吉-古泉特高壓直流輸電線路采用大截面導(dǎo)線,實(shí)現(xiàn)了極間距縮小的目標(biāo)。在此條件下,操作過電壓下要求的導(dǎo)線對(duì)塔身最小空氣間隙可能成為塔頭尺寸的控制因素。目前,特高壓直流工程設(shè)計(jì)中均采用故障極線路中點(diǎn)接地在健全極產(chǎn)生的最高過操作電壓作為全線統(tǒng)一的操作過電壓進(jìn)行絕緣配合[6-7],為了減小導(dǎo)線對(duì)塔身操作間隙的要求,昌吉-古泉±1 100 kV特高壓直流輸電線路擬在線路中部裝設(shè)幾組無間隙線路避雷器,深度抑制線路中部的過電壓水平。值得注意的是,裝設(shè)無間隙線路避雷器后,不但能夠深入抑制線路的操作過電壓,同時(shí)還可對(duì)線路的雷電過電壓進(jìn)行防護(hù),需要深入研究無間隙線路避雷器的雷電保護(hù)范圍,綜合評(píng)價(jià)其防雷效果和優(yōu)化配置方法。

昌吉-古泉±1 100 kV特高壓直流線路的線路避雷器采用懸掛方式安裝在輸電線路直線塔和耐張塔上,與絕緣子并聯(lián)[8]。綜合考慮線路抑制過電壓水平和經(jīng)濟(jì)技術(shù)指標(biāo),中國(guó)電力科學(xué)研究院建議在線路中部裝設(shè)4組避雷器[6],可滿足抑制要求。但昌吉-古泉特高壓直流線路工作電壓等級(jí)高,直線塔或耐張塔高度往往在80 m以上,導(dǎo)線和地線懸掛高度高,線路經(jīng)過高原、丘陵等地區(qū),地形條件復(fù)雜,途經(jīng)地區(qū)雷電活動(dòng)頻繁,極易發(fā)生雷擊閃絡(luò)。對(duì)于特高壓直流線路,繞擊閃絡(luò)的問題突出[9-11],發(fā)生雷電繞擊時(shí),雷電過電壓沿導(dǎo)線傳播,雷電過電壓與線路工作電壓相互疊加,絕緣子更易發(fā)生閃絡(luò)。目前用以抑制操作過電壓的線路避雷器,對(duì)雷電過電壓抑制方面的研究少有報(bào)道。

已有研究針對(duì)的輸電線路工作電壓等級(jí)較低,多為交流線路,工作電壓影響小。研究方法主要結(jié)合EMTP-ATP電磁暫態(tài)程序和電氣幾何模型(Electrical Geometry Model,EGM),計(jì)算反、繞擊情況下導(dǎo)線電磁暫態(tài)過電壓水平和線路雷擊閃絡(luò)率,以及避雷器保護(hù)范圍[12-19]。例如10 kV配電線路避雷器保護(hù)范圍研究發(fā)現(xiàn)[20],避雷器僅可保護(hù)300 m 范圍內(nèi)的線路,僅安裝一組避雷器無法對(duì)臨近線路起到雷擊防護(hù)。王振國(guó)等人利用ATPDraw軟件分析了浙福特高壓線路避雷器的防護(hù)性能[21],分析發(fā)現(xiàn)配置有避雷器的線路繞擊耐雷水平達(dá)到80 kA以上,他們未涉及避雷器保護(hù)范圍方面的研究。陳忠明等人建立了220 kV線路雷擊電磁暫態(tài)計(jì)算模型[22],計(jì)算了避雷器的保護(hù)范圍以及繞擊電位轉(zhuǎn)移特性,基于計(jì)算結(jié)果,他們建議對(duì)于雷電流繞擊頻發(fā)的線路,應(yīng)采取多個(gè)桿塔加裝避雷器的方式。陳繼東等人利用EMTP分析了本塔安裝一組500 kV線路型避雷器繞擊臨界桿塔的閃絡(luò)情況,結(jié)果顯示,避雷器只對(duì)加裝級(jí)的桿塔起到了防護(hù)作用,臨近桿塔依舊閃絡(luò)[23]。肖國(guó)斌等人也獲得了與上述結(jié)論相似的結(jié)果[24]。在避雷器安裝方式方面,劉策等人分析了兩種避雷器接線形式[25],提出端子間接線方式是限制相地電壓、極間過電壓的有效形式。盡管國(guó)內(nèi)外研究學(xué)者在避雷器抑制過電壓效果和保護(hù)范圍等方面開展了大量研究,但現(xiàn)階段研究的線路,其工程電壓等級(jí)較低,昌吉-古泉±1 100 kV特高壓直流線路工作電壓等級(jí)高,繞擊閃絡(luò)率在雷擊故障中占比逐漸增加[26-30],±1 100 kV特高壓直流線路安裝的無間隙線路避雷器對(duì)雷電防護(hù)效果方面的研究較少。

為研究±1 100 kV特高壓直流線路無間隙避雷器兼顧雷電防護(hù)效果,并提出優(yōu)化配置原則,本研究基于EMTP-ATP,建立雷電過電壓形成和傳播過程的仿真模型,計(jì)算分析導(dǎo)線雷擊瞬態(tài)過電壓特性及避雷器抑制效果,結(jié)合EGM方法,綜合分析線路避雷器對(duì)繞、反擊的保護(hù)范圍。本研究不僅可以評(píng)估線路避雷器兼顧雷電防護(hù)效果,而且可以為±1 100 kV特高壓直流輸電線路線路避雷器的優(yōu)化配置提供理論依據(jù)。

1 雷電過電壓電磁瞬態(tài)仿真模型

基于EMTP-ATP仿真軟件,本研究建立了雷擊導(dǎo)線后瞬態(tài)過電壓傳播計(jì)算模型,模型分別包括桿塔、線路、絕緣子、線路避雷器和雷電通道的等效模型,現(xiàn)將對(duì)其進(jìn)行逐一介紹。

1)輸電線路導(dǎo)線與桿塔模型

昌吉-古泉±1 100 kV輸電線路的導(dǎo)、地線參數(shù)見表1。本研究采用LCC的JMarti模型。為消除雷電波在桿塔的折反射過程,需合理設(shè)置模型的桿塔數(shù)目,文中在雷擊級(jí)的桿塔兩側(cè)各設(shè)置6個(gè)檔距的線路。仿真線路段的終端,各加入30 km的線路,以保證在所研究時(shí)間范圍內(nèi)不會(huì)有反射波影響雷擊處的電位。

表1 導(dǎo)線和地線參數(shù)

由于±1 100 kV特高壓線路桿塔高度往往超過80 m,因此本研究采用多波阻抗模型進(jìn)行桿塔建模[18]。

2)絕緣子模型

采用壓控開關(guān)模型模擬絕緣子,其動(dòng)作電壓為絕緣子的U50%放電電壓。

3)線路避雷器模型

昌吉-古泉±1 100 kV特高壓直流輸電線路采用的無間隙線路避雷器型號(hào)為YH20WDL1-1308/2200[6]。本研究采用指數(shù)擬合,擬合函數(shù)如式(1)所示,模擬避雷器的伏安特性。

i=ps(u/Uref)q

(1)

式中,ps為常數(shù),其值與避雷器的材料、尺寸相關(guān),kA;Uref為避雷器參考電壓,kV;q為與避雷器材料有關(guān)的系數(shù)。

4)雷電通道模型

本研究采用Heilder模型模擬雷電通道,波形參數(shù)為2.6/50 μs,波阻抗依據(jù)其與雷電流幅值相互關(guān)系確定。

5)工作電壓源模型

線路正常運(yùn)行時(shí),絕緣子兩端為工作電壓,雷擊時(shí),工作電壓幅值已經(jīng)與雷電過電壓相差不大,會(huì)對(duì)絕緣子的閃絡(luò)特性產(chǎn)生影響,因此不可忽視工作電壓。模型中將工作電壓設(shè)置為幅值±1 100 kV的直流電壓源,分別接入正極和負(fù)極導(dǎo)線。

線路的計(jì)算模型見圖1,為研究避雷器保護(hù)范圍,模型采用12級(jí)桿塔。為研究繞擊同一檔距的不同位置,將圖1中的繞擊檔距均分為10等份,見圖2。

圖1 EMTP-ATP仿真模型

圖2 檔距等分示意圖

2 線路耐雷性能評(píng)價(jià)方法

本研究采用耐雷水平(反擊、繞擊)和繞、反擊閃絡(luò)率表征線路的雷擊耐雷性能。繞、反擊耐雷性能越高,絕緣子越不易發(fā)生閃絡(luò)?；贓MTP-ATP模型計(jì)算耐雷水平,按照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)推薦方法計(jì)算反擊閃絡(luò)率[31],采用EGM計(jì)算方法計(jì)算繞擊閃絡(luò)率[26,32]。

3 計(jì)算結(jié)果與分析

為研究無間隙線路避雷器兼顧雷電防護(hù)的效果,本節(jié)分別介紹無間隙線路避雷器對(duì)雷電過電壓波形的影響、安裝無間隙線路避雷器的保護(hù)范圍,以及無間隙線路避雷器對(duì)±1 100 kV昌吉-古泉特高壓直流輸電線路的雷擊閃絡(luò)率的影響,并基于計(jì)算結(jié)果提出安裝無間隙線路避雷器的優(yōu)化配置原則。

3.1 雷擊瞬態(tài)過電壓波形特性分析

為分析無間隙線路避雷器對(duì)雷擊瞬態(tài)過電壓波形的影響,需要考慮雷擊輸電線路的不同位置,示意圖詳見圖3,將輸電線路等效為無限長(zhǎng)導(dǎo)線,考慮對(duì)稱性可僅分析避雷器加裝級(jí)桿塔單側(cè)不同雷擊點(diǎn)位置的影響,即避雷器加裝于第N級(jí)桿塔。輸電線路雷擊可分為反擊(雷擊桿塔塔頂或避雷線)和繞擊(雷擊導(dǎo)線)。對(duì)反擊可分析雷擊N至N+2級(jí)桿塔,甚至更遠(yuǎn)多級(jí)桿塔;對(duì)繞擊可分析雷擊檔距A和B,甚至雷擊更遠(yuǎn)級(jí)檔距。

圖3 輸電線路不同雷擊位置示意圖

1)反擊過電壓波形抑制分析

經(jīng)計(jì)算,線路反擊耐雷水平為217 kA,表2和圖4所示為300 kA雷電流下雷擊第N級(jí)桿塔時(shí)線路和絕緣子過電壓波形。

圖4 300 kA雷擊第N級(jí)桿塔的過電壓波形

表2 300 kA雷擊第N級(jí)桿塔導(dǎo)線和絕緣子過電壓

分析可見,雷擊第N級(jí)桿塔塔頂,第N級(jí)極I(正極)處絕緣子發(fā)生閃絡(luò)。這是由于雷電過電壓通過桿塔入地,正極側(cè)絕緣子兩端過電壓為正工作電壓疊加正向雷電過電壓,而對(duì)于負(fù)極側(cè)絕緣子兩端過電壓為二者之差,因此極I(正極)絕緣子先發(fā)生閃絡(luò)。第N級(jí)桿塔加裝避雷器后,避雷器動(dòng)作使得雷電過電壓經(jīng)避雷器入地,絕緣子兩端過電壓幅值顯著降低。而對(duì)于負(fù)極性側(cè)絕緣子,加裝線路避雷器后過電壓幅值衰減并不大。對(duì)于線路上過電壓波形,加裝避雷器后由于避雷器動(dòng)作,雷電過電壓波尾振蕩減緩,約25 μs后導(dǎo)線過電壓可恢復(fù)到工作電壓附近。對(duì)于未加裝線路避雷器時(shí)的導(dǎo)線雷電過電壓波形,閃絡(luò)后的60 μs內(nèi)過電壓尚未降低到正常工作電壓水平。

表3和圖5所示為300 kA雷電流雷擊第N+1級(jí)桿塔塔頂時(shí)導(dǎo)線、絕緣子雷電過電壓幅值和過電壓波形。圖中可見,未加裝線路避雷器時(shí),雷擊第N+1級(jí)桿塔使得第N+1級(jí)桿塔正極側(cè)絕緣子閃絡(luò),第N級(jí)和第N+2級(jí)關(guān)于第N+1級(jí)對(duì)稱分布,其導(dǎo)線和絕緣子兩端過電壓水平相差不多。第N級(jí)桿塔加裝線路避雷器后,雷擊第N+1級(jí)桿塔塔頂依舊帶來第N+1級(jí)正極側(cè)絕緣子閃絡(luò)。

圖5 300 kA雷擊第N+1級(jí)桿塔的過電壓波形

表3 300 kA雷擊第N+1級(jí)桿塔導(dǎo)線和絕緣子過電壓

綜上所述,雷電流幅值較大(大于反擊耐雷水平),加裝線路避雷器能保護(hù)加裝級(jí)桿塔絕緣子不發(fā)生閃絡(luò),且導(dǎo)線上的雷電過電壓可以在更短時(shí)間內(nèi)恢復(fù)至正常工作電壓水平。當(dāng)雷擊非加裝線路避雷器的桿塔時(shí),非加裝避雷器的桿塔絕緣子兩端過電壓超過絕緣子閃絡(luò)電壓,絕緣子閃絡(luò)。但避雷器降低了加裝級(jí)桿塔導(dǎo)線的雷電過電壓幅值。無論加裝線路避雷器與否,雷擊非加裝級(jí)桿塔后導(dǎo)線雷電過電壓波形差異不大。

2) 繞擊過電壓抑制波形分析

計(jì)算結(jié)果顯示,雷擊極I(正極)的繞擊耐雷水平為52 kA,雷擊極II(負(fù)極)的繞擊耐雷水平為36 kA。對(duì)于繞擊,需要分別分析雷擊極I(正極)導(dǎo)線、雷擊極II(負(fù)極)導(dǎo)線兩種情況。

75 kA雷電流幅值雷電繞擊極I(正極)導(dǎo)線不同位置時(shí),過電壓波形見圖6。分析可見,對(duì)于雷擊檔距A的1號(hào)位置,避雷器動(dòng)作使得過電壓經(jīng)避雷器入地,正極側(cè)導(dǎo)線絕緣子兩端過電壓從正1 100 kV降低,但未超過絕緣子閃絡(luò)電壓不會(huì)發(fā)生閃絡(luò),對(duì)線路絕緣子起到保護(hù)作用,此時(shí)第N級(jí)至第N+1級(jí)桿塔正極性導(dǎo)線絕緣子過電壓均不高,未發(fā)生絕緣閃絡(luò)。但當(dāng)雷擊點(diǎn)處于檔距A的5號(hào)位置時(shí),盡管避雷器動(dòng)作保護(hù)住了第N級(jí)桿塔的絕緣子,第N+1級(jí)桿塔正極側(cè)絕緣子兩側(cè)過電壓已經(jīng)超過其閃絡(luò)電壓,N+1級(jí)桿塔正極側(cè)絕緣子發(fā)生絕緣閃絡(luò),負(fù)極側(cè)絕緣子不會(huì)閃絡(luò)。此時(shí)加裝線路避雷器僅對(duì)第N級(jí)桿塔導(dǎo)線過電壓幅值略有降低。當(dāng)雷擊點(diǎn)位于檔距B的中央時(shí),該現(xiàn)象更為顯著,第N+1級(jí)桿塔正極側(cè)絕緣子兩端電壓超過其閃絡(luò)電壓,發(fā)生繞擊閃絡(luò),而第N級(jí)桿塔由于加裝了線路避雷器,其過電壓得到抑制,但并未對(duì)相鄰桿塔起到保護(hù)作用。

圖6 75 kA雷擊正極導(dǎo)線檔距不同位置過電壓波形

75 kA雷電流幅值雷電繞擊極II(負(fù)極)導(dǎo)線典型位置處的雷電過電壓波形見圖7。雷擊A.1位置時(shí),由于避雷器的動(dòng)作使得導(dǎo)線過電壓得到抑制,負(fù)極側(cè)絕緣子受到避雷器保護(hù)而不會(huì)發(fā)生閃絡(luò),從波形上,線路避雷器使得負(fù)極導(dǎo)線波形波尾變緩。當(dāng)雷擊點(diǎn)逐漸遠(yuǎn)離第N級(jí)桿塔,避雷器抑制作用逐漸降低,雷擊點(diǎn)為A.5時(shí),第N+1級(jí)桿塔負(fù)極側(cè)絕緣子兩端電壓超過其閃絡(luò)電壓,發(fā)生了閃絡(luò),正極側(cè)絕緣子未閃絡(luò)。此時(shí)線路避雷器并未對(duì)第N+1級(jí)桿塔過電壓起到抑制作用。該現(xiàn)象當(dāng)雷擊點(diǎn)位于相鄰檔距時(shí)更為顯著。

圖7 75 kA雷擊負(fù)極導(dǎo)線檔距不同位置過電壓波形

綜上所述,雷電流幅值較大(大于繞擊耐雷水平)情況下,加裝避雷器的桿塔,無論雷電繞擊極I(正極)或極II(負(fù)極)導(dǎo)線,線路和絕緣子兩端的雷電過電壓幅值得到了顯著降低,不會(huì)發(fā)生閃絡(luò),且相鄰桿塔的絕緣子兩端過電壓不超過其閃絡(luò)電壓,未發(fā)生閃絡(luò)。對(duì)于未加裝避雷器的桿塔,當(dāng)雷電繞擊點(diǎn)遠(yuǎn)離線路避雷器時(shí),無論雷電繞擊極I(正極)或極II(負(fù)極)導(dǎo)線,線路和絕緣子兩端的雷電過電壓幅值均會(huì)升高,未加裝線路避雷器的桿塔遭受雷擊對(duì)應(yīng)極性導(dǎo)線側(cè)的絕緣子發(fā)生閃絡(luò),且該現(xiàn)象隨雷擊點(diǎn)距線路避雷器距離的增加而愈加顯著。

3.2 避雷器對(duì)雷電過電壓的保護(hù)范圍

基于前述章節(jié)避雷器對(duì)雷電過電壓波形的抑制效果,本研究定義避雷器的保護(hù)范圍是桿塔數(shù),結(jié)合耐雷水平,分析避雷器的保護(hù)范圍。

1)雷電反擊時(shí)避雷器的保護(hù)范圍

加裝避雷器后反擊耐雷水平計(jì)算結(jié)果如表4所示。加裝避雷器后,對(duì)于雷電流較低(低于耐雷水平)的情況,線路不會(huì)發(fā)生雷擊閃絡(luò),因此保護(hù)范圍為整條線路。對(duì)于雷電流較高(高于耐雷水平)的情況,雷擊加裝避雷器的桿塔不會(huì)發(fā)生閃絡(luò),但雷擊附近未加裝避雷器的桿塔會(huì)發(fā)生絕緣子閃絡(luò)。因此避雷器的保護(hù)范圍受雷電流的幅值的影響顯著。

表4 加裝避雷器后雷擊不同桿塔的反擊耐雷水平

進(jìn)一步分析表4可見,當(dāng)?shù)贜級(jí)桿塔加裝線路避雷器,雷電直擊附近第N+1級(jí)和第N+2級(jí)桿塔,輸電線路的反擊耐雷水平依舊為217 kA,即避雷器未能起到有效保護(hù),僅能保護(hù)加裝避雷器的桿塔。

2)雷電繞擊時(shí)避雷器的保護(hù)范圍

根據(jù)前文所述計(jì)算結(jié)果,當(dāng)雷擊點(diǎn)距離避雷器加裝級(jí)桿塔較近時(shí),線路避雷器可對(duì)導(dǎo)線雷電過電壓有較好的抑制作用;而隨雷擊點(diǎn)遠(yuǎn)離加裝級(jí)桿塔,避雷器對(duì)導(dǎo)線雷電過電壓的抑制效果逐漸減弱,這表明線路避雷器對(duì)導(dǎo)線繞擊存在保護(hù)范圍。圖8所示為桿塔加裝避雷器后,線路的繞擊耐雷水平。圖中橫軸原點(diǎn)為加裝線路避雷器的桿塔所在的位置,黑線表示雷電繞擊極I(正極)導(dǎo)線,紅線表示雷電繞擊極II(負(fù)極)導(dǎo)線。分析可見線路避雷器對(duì)導(dǎo)線繞擊耐雷水平的影響具有距離性,基本可保護(hù)加裝避雷器級(jí)桿塔附近約200 m～250 m范圍,±1 100 kV特高壓直流輸電線路檔距一般在500 m,相鄰桿塔之間的距離大于避雷器有效保護(hù)距離,因此加裝避雷器后,臨近未加裝避雷器的桿塔繞擊耐雷水平未見改變,這也表明,雷電繞擊下,避雷器的保護(hù)范圍為一級(jí)桿塔,即僅可保護(hù)加裝避雷器的桿塔。

圖8 加裝避雷器后繞擊耐雷水平

綜上所述,加裝線路避雷器,對(duì)雷電繞、反擊僅可保護(hù)加裝級(jí)桿塔,對(duì)臨近未加裝級(jí)桿塔無法起到保護(hù)作用,即避雷器的保護(hù)范圍僅為1級(jí)桿塔。

3.3 雷擊閃絡(luò)率

基于昌吉-古泉±1 100 kV特高壓直流輸電線路的參數(shù),計(jì)算了線路未加裝避雷器時(shí)的反擊閃絡(luò)率,計(jì)算結(jié)果見表5。考慮沿線地形、雷電環(huán)境因素,本研究計(jì)算可得,昌吉-古泉±1 100 kV特高壓直流輸電線路的反擊閃絡(luò)率是0.038 次/100 km·年。

表5 反擊閃絡(luò)率

由于繞擊閃絡(luò)率受到地形的影響,本研究計(jì)算了昌吉-古泉±1 100 kV特高壓直流線路沿線不同地形(地面傾角)下的繞擊閃絡(luò)率,結(jié)果見表6。對(duì)于地形陡峭(地面傾角一般大于15°)的線路桿塔,降低地線保護(hù)角的方法可以有效降低繞擊閃絡(luò)率。

表6 繞擊閃絡(luò)率

圖9所示為不同地面傾角下,最大繞擊雷電流和加裝避雷器后線路耐雷水平的相互關(guān)系,可見對(duì)于正極導(dǎo)線而言,加裝避雷器后,地面傾角大于15°時(shí),最大繞擊雷電流大于耐雷水平,出現(xiàn)繞擊閃絡(luò)。同樣的對(duì)于負(fù)極導(dǎo)線,加裝避雷器后,地面傾角大于20°時(shí),最大繞擊雷電流大于耐雷水平,出現(xiàn)繞擊閃絡(luò)。

圖9 加裝線路避雷器繞擊耐雷水平和不同地面傾角下最大繞擊雷電流相互關(guān)系

進(jìn)一步的,假設(shè)線路避雷器可不受限制安裝于線路任何位置,以分析線路避雷器對(duì)輸電線路雷擊閃絡(luò)率的影響,分別計(jì)算了避雷器加裝次數(shù)對(duì)反、繞擊閃絡(luò)率的影響。表7為加裝避雷器后反擊閃絡(luò)率的計(jì)算結(jié)果。分析計(jì)算結(jié)果可知,加裝線路避雷器后可顯著降低反擊閃絡(luò)率,全線加裝避雷器下可將線路反擊閃絡(luò)率降低為理論值0。隨著避雷器加裝數(shù)量的降低,線路反擊閃絡(luò)率逐漸增加。

表7 加裝線路避雷器反擊閃絡(luò)率

由于輸電線路在地面傾角大于15°情況下繞擊現(xiàn)象更為突出,分析了不同地形下加裝避雷器的繞擊閃絡(luò)率,如表8所示。值得注意的是,昌吉-古泉±1 100 kV特高壓直流線路沿線地形環(huán)境復(fù)雜,本研究計(jì)算中考慮了平原、丘陵、山地和高山大川。可見加裝線路避雷器能夠有效降低線路的繞擊閃絡(luò)率,且繞擊閃絡(luò)率隨避雷器加裝數(shù)目的降低而增加。

表8 不同地形下加裝避雷器的繞擊閃絡(luò)率

3.4 無間隙線路避雷器的優(yōu)化配置原則

由于昌吉-古泉±1 100 kV特高壓直流輸電線路僅加裝4組無間隙線路避雷器,因此并不能實(shí)現(xiàn)全線任意安裝,但加裝線路避雷器,確實(shí)有效降低了線路的繞/反擊閃絡(luò)率。由于加裝線路避雷器僅可保護(hù)加裝級(jí)桿塔絕緣子不發(fā)生雷擊閃絡(luò),筆者認(rèn)為,若要兼顧雷電防護(hù)作用,無間隙線路避雷器在滿足操作過電壓抑制要求的同時(shí),考慮將無間隙線路避雷器適當(dāng)調(diào)整至輸電線路雷電易擊段上,即可將線路避雷器的加裝級(jí)適當(dāng)安裝于地面傾角大于15°的中高雷區(qū)、桿塔接地電阻較大的桿塔上,結(jié)合降低地線保護(hù)角的方法,起到最優(yōu)的雷擊防護(hù)作用。

4 結(jié)論

±1 100 kV特高壓直流輸電線路應(yīng)用無間隙線路避雷器不僅可以抑制操作過電壓,也可兼顧雷電防護(hù)。本研究計(jì)算分析了無間隙線路避雷器導(dǎo)線雷擊瞬態(tài)過電壓特性及其抑制效果,獲取的主要結(jié)論如下:

1)無論雷電繞、反擊,無間隙線路避雷器對(duì)雷電過電壓幅值和波形均存在抑制作用。無間隙線路避雷器提高了加裝級(jí)桿塔的繞、反擊耐雷水平,但無間隙線路避雷器的保護(hù)范圍僅為一級(jí)加裝了避雷器的桿塔,無法對(duì)未加裝避雷器的桿塔起到保護(hù)。

2)昌吉-古泉±1 100 kV特高壓直流輸電線路反擊閃絡(luò)率為0.038 次/100 km·年,全線-8°地線保護(hù)角下繞擊閃絡(luò)率為0.143 次/100 km·年。加裝線路避雷器后,輸電線路的反/繞擊閃絡(luò)率顯著降低,隨避雷器安裝數(shù)目的降低,閃絡(luò)率增加。

3)提出了無間隙線路避雷器的優(yōu)化配置原則。昌吉-古泉±1 100 kV特高壓直流輸電線路無間隙線路避雷器,在滿足操作過電壓抑制要求的前提下,可考慮安裝于輸電線路雷電易擊段上,即適當(dāng)調(diào)整至位于地面傾角大于15°的中高雷區(qū)、接地電阻較大的桿塔上。