输电线路耐雷水平影响因素的仿真分析

输电线路耐雷水平影响因素的仿真分析

1杆塔和避雷线布置的影响根据供电线路的防洪理论分析，线路栏杆塔的接地装置、杆塔的高度、线路的绝缘水平和避雷线的配置对其抗雷水平有重大影响。假设上述计算数据是从杆塔高度和避雷线配置的影响开始解释。本文主要讨论线路杆塔接地电阻与线路绝缘水平对输电线路耐雷水平的影响,根据输电线路雷电过电压仿真计算模型进行计算分析如下。2杆塔接地电阻对输电线路影响输电线路杆塔接地电阻越大,雷击杆塔顶时,造成作用于线路绝缘子串的电位差越大,线路的耐雷水平会降低。杆塔接地电阻对输电线路耐雷水平影响的计算结果见表1、表2。从表1的数据可知,杆塔接地电阻对输电线路耐雷水平的影响很大,当杆塔接地电阻从7Ω上升至30Ω时,钢筋混凝土单杆线路耐雷水平降低60.6%;门型钢筋混凝土双杆线路耐雷水平降低64.6%;双回线铁塔线路耐雷水平降低63.1%。从表2的数据可知,当杆塔接地电阻从7Ω上升至30Ω时,上字型钢筋混凝土单杆线路耐雷水平降低54.1%;酒杯型铁塔线路耐雷水平降低55.7%;双回线铁塔线路耐雷水平降低52.7%。杆塔接地电阻对输电线路耐雷水平的影响很大,减小杆塔接地电阻是提高输电线路耐雷水平的有效措施。3输电线路的耐雷水平计算结果上述讨论了输电线路正常绝缘水平情况下,线路耐雷水平的计算。本小节考虑加强线路绝缘后,对线路耐雷水平的影响。以110kV钢筋混凝土单杆与220kV酒杯型铁塔为例,分别在正常绝缘基础上增加1～2片绝缘子,输电线路的耐雷水平的计算结果见表3、表4。从表3中计算数据可知,线路增加1片绝缘子,其杆塔电阻值7Ω,15Ω,30Ω时的耐雷水平分别增加11.9%,15.3%,16.9%;线路增加2片绝缘子,其耐雷水平分别增加23.9%,27.6%,29.9%。杆塔电阻值越高线路增加绝缘子的效果明显,其由此可见,在输电线路的易击区,可采取增强线路绝缘的措施来提高输电线路的耐雷水平。从表4中计算数据可知,线路增加1片绝缘子,其耐雷水平增加7.1%,7.1%,7.3%;线路增加2片绝缘子,其耐雷水平增加14.0%,14.0%,14.2%。杆塔电阻值对线路增加绝缘子后的耐雷水平没有明显的影响。4耦合地线安装高度与输电线路耐雷水平关系输电线路加装耦合地线,可加强地线与输电导线之间的耦合,减小作用在线路绝缘上的电位差,而且能起到分流作用,从而提高输电线路的耐雷水平。本课题以110kV与220kV钢筋混凝土单杆、220kV酒杯型铁塔为例,计算了输电线路耐雷水平与安装耦合地线的位置关系,计算结果见表5、表6与表7。计算时,假定单根耦合地线安装在线路杆塔的中间。以表5中的数据为例,可画出耦合地线安装高度与输电线路耐雷水平的关系曲线,见图1。以表7中的数据为例,可画出耦合地线安装高度与输电线路耐雷水平的关系曲线,见图2。对于110kV单杆型式,杆塔接地电阻为7Ω时,线路耐雷水平为64.5kA,而当架设有高度为9m的耦合地线时,其耐雷水平达70.1kA,使耐雷水平增加了8.68%。220kV单杆型式,杆塔接地电阻为7Ω时,线路耐雷水平为92.2kA,架设了高度为15m的耦合地线,其耐雷水平达101.1kA,耐雷水平增加了9.65%。220kV酒杯型杆塔,杆塔接地电阻为20Ω时,线路耐雷水平为62.2kA,架设高度为13m的耦合地线,其耐雷水平达69.1kA,耐雷水平增加了11.09%。从上列图、表中数据可知,耦合地线安装位置越高,输电线路的耐雷水平越高。这是因为耦合地线距离输电导线越近,耦合作用越大,而且耦合地线的电位亦与其安装高度成正比,作用电位越高其分流作用也越大,当耦合地线安装在地面时,其耦合作用趋于零。但需说明,当耦合地线安装在地面或地下时,其将与杆塔接地装置并联,能起到减小杆塔接地电阻的作用,而在仿真计算中没有考虑这种因素。5电源电压的作用分别以110kV和220kV的单避雷线钢筋混凝土杆塔为例,在杆塔冲击接地电阻R=7Ω的条件下,考虑系统工频电源电压的作用,计算了输电线路的耐雷水平。当作用的工频电压与杆塔电位反相且达峰值时,线路的耐雷水平最低,110kV线路的最低耐雷水平为61.5kA,220kV线路的最低耐雷水平为85.7kA。由前述计算数据比较可知,当考虑系统工频电压作用时,110kV线路的耐雷水平下降了4.65%,220kV线路的耐雷水平下降了7.05%。6不平衡单元与线路避雷器的配合对试验线路影响分析电力系统的实际运行经验与前述的仿真计算结果表明,高压输电线路防雷保护的一般措施有:降低线路杆塔的接地电阻、增加绝缘子的片数、采用耦合地线。但在雷电活动强烈、土壤电阻率高、地形复杂的地区,采用上述措施难以奏效时,可以考虑利用线路避雷器来降低线路的雷击跳闸率。运行经验已证明线路避雷器是有效的防雷保护措施,在美、日等国有10多年的运行历史,我国也开始批量应用。但线路避雷器运行成本较高,而且只能保护安装处的线路绝缘。本节通过仿真计算研究线路避雷器以及线路采用不平衡绝缘方式与线路避雷器的配合对耐雷水平的影响。以220kV酒杯型铁塔输电线路为例,仿真计算等值电路如图3所示。图3中雷电流注入的杆塔线路绝缘子串旁并接了避雷器,在其左侧相邻的杆塔绝缘子串设置了闪络开关,以考察注入较大的雷电流时对相邻杆塔绝缘的影响。其它杆塔型式接线路避雷器的仿真计算等值电路同图3相仿。以220kV酒杯型铁塔输电线路为例,在不同线路绝缘条件下配置相应的线路避雷器后,其线路耐雷水平的计算结果见表8。从表8中数据分析可知,当220kV酒杯型铁塔绝缘子串的边相配置一相线路避雷器时,线路的耐雷水平已超过三相增加1片绝缘子的水平,其值增加了7.34%～9.33%;当绝缘子串的边相配置两相线路避雷器时,线路的耐雷水平已超过三相增加2片绝缘子的水平,其值增加了21.8%～27.3%;当三相绝缘子串旁都配置线路避雷器时,表中的耐雷水平是指引起相邻杆塔绝缘子串(假设没装线路避雷器)闪络的雷电流幅值。从表8中数据还可分析出,当绝缘子串的边相配置两相线路避雷器、中相增加2片绝缘子时,杆塔冲击接地电阻为15Ω的耐雷水平已接近不装避雷器、接地电阻为7Ω的水平,相应接地电阻为30Ω的耐雷水平已接近不装避雷器、接地电阻为15Ω的水平;线路安装避雷器后,杆塔冲击接地电阻越大,其耐雷水平的增幅也越大。220kV酒杯型铁塔绝缘子串的两个边相各配置一相线路避雷器后,杆塔冲击接地电阻为15Ω,当雷绕击边相导线时,引起中相绝缘子闪络的雷电流达到了89.7kA。由此可知,安装了线路避雷器,亦大大提高了雷绕击线路的耐雷水平。7杆塔接地电阻对输电线路影响的数值分析根据输电线路雷电过电压仿真计算模型,对110kV和220kV高压输电线路防雷保护的各种措施进行仿真计算与理论分析,其结论如下:①当杆塔接地电阻从7Ω上升至30Ω时,110kV钢筋混凝土单杆、门型钢筋混凝土双杆、双回线铁塔的耐雷水平分别降低60.6%,64.6%和63.1%。220kV上字型钢筋混凝土单杆、酒杯型铁塔、双回线铁塔的耐雷水平分别降低54.1%,55.7%和52.7%。杆塔接地电阻对输电线路耐雷水平的影响很大,减小杆塔接地电阻是提高输电线路耐雷水平的有效措施。②110kV线路增加1片绝缘子,其杆塔电阻值7Ω,15Ω,30Ω时的耐雷水平分别增加11.9%,15.3%,16.9%;线路增加2片绝缘子,其耐雷水平分别增加23.9%,27.6%,29.9%。杆塔电阻值越高,线路增加绝缘子后线路耐雷水平提高的效果越明显。③220kV线路增加1片绝缘子,其耐雷水平增加7.1%,7.1%,7.3%;线路增加2片绝缘子,其耐雷水平增加14.0%,14.0%,14.2%。杆塔电阻值对线路增加绝缘子后的耐雷水平没有明显的影响。④耦合地线安装位置越高,输电线路的耐雷水平越高。架设最高允许高度的耦合地线,可使线路的耐雷水平提高约10%。⑤考虑系统工频电压的作用,110kV线路的耐雷水平降低了4.65%,220