高压输电线路的防雷研究

目 录 6.2)1(6.2)()1( 050 00 ccgttai hkhhLkhhRk u 影 响 线 路 雷 击 跳 闸 因 素 的 计 算 研 究 杆 塔 接 地 电 阻 影 响 雷 击 跳 闸 率 的 计 算 研 究降 低 杆 塔 接 地 电 阻 是 高 压 输 电 线 路 基 本 的 防 反 击 雷 害 措 施 ，应 给 予 优 先 考 虑 。I= 110（ kA）按 照 1997年 电 力 行 业 标 准 （ 规 程 ） DL/T620-1997交 流 电 气 装 置过 电 压 保 护 和 绝 缘 配 合 中 的 110500kV线 路 的 杆 塔 尺 寸 和 绝 缘 子的 50%雷 电 冲 击 绝 缘 水 平 ， 对 不 同 杆 塔 接 地 电 阻 计 算 出 各 自 的 耐 雷水 平 如 下 表 。 110 500kV线 路 耐 雷 水 平 与 杆 塔 接 地 电 阻 的 关 系电 压 等 级 (kV) 110 220 500 接 地 电 阻 ( ) 7 15 30 50 7 15 30 50 7 15 30 50耐 雷 水 平 (kA) 63 41 24 16 110 76 48 32 177 125 81 55 88I)( 21 PPgPNN aL 在 规 程 中 雷 电 流 强 度 概 率 分 布 用 lgP= - 计 算 ， 由 计 算 式 ：得 到 雷 击 跳 闸 率 ： 平 原 地 区 为 0.25， 山 丘 地 区 为 0.43。表 5.2： 雷 电 流 强 度 的 概 率 分 布I k(kA) 100 80 60 40 20 10规 程 值 P(%) 7.31 12.33 20.81 35.11 59.26 76.98实 测 值 P(%) 5.63 9.94 18.20 35.06 68.96 94.81 当 接 地 电 阻 发 生 变 化 时 ， 耐 雷 水 平 和 雷 击 跳 闸 率 也 将 发 生 相 应的 变 化 。使 用 ATPEMTP计 算 ：主 要 使 用 ATPEMTP计 算 机 算 雷 击 杆 塔 的 耐 雷 水 平 。1I 建 模 ：a. 雷 电 流 的 模 型 雷 电 流 幅 值 、 波 头 时 间 均 按 规 程 规 定 处 理 ， 从 严 考 虑 取 0.14概 率 的 雷 电 流 波 型 为 2.6 50 s、 负 极 性 ， 作 为 研 究 中 的 主 要 波 型。 用 简 炼 的 数 学 表 达 式 来 描 述 典 型 的 雷 电 流 波 形 ， 显 然 有 助 于 定 量分 析 ， 以 便 于 进 行 许 多 相 关 的 计 算 。 Stekolnikov（ 1941） 以 及Bruce和 Golde（ 1941） 同 时 提 出 了 双 指 数 表 达 式 ： mi= A I exp(- t)-exp(- t) 图 5.1 雷 电 模 型经 计 算 ， 其 双 指 数 波 形 的 表 达 式 为 ：mi=1.082I exp(-13136t)-exp(-861549t) b. 杆 塔 模 型 在 工 程 近 似 计 算 上 ， 杆 塔 常 被 等 效 为 集 中 参 数 的 电 感 或 分 布 参数 长 线 。 本 文 将 杆 塔 视 为 分 布 参 数 ， 采 用 我 国 规 程 推 荐 的 杆 塔 波 阻抗 为 150 ， 杆 塔 电 感 为 0.5 H/ ， 相 应 的 波 速 为 300 / ， 模型 如 下 ： 图 5.2 酒 杯 塔 仿 真 模 型 c 绝 缘 子表 5.3 绝 缘 子 串 雷 电 冲 击 伏 秒 特 性25片 28片 31片 34片t( s) V(kV) V(kV) V(kV) V(kV)2 3330 3550 3930 42503 2830 3000 3360 36504 2630 2810 3080 33305 2500 2690 2940 3140 7 2330 2500 2740 292010 2260 2400 2625 280014 2200 2375 2560 2720 29、 30、 33片 几 种 绝 缘 子 可 根 据 以 上 数 值 进 行 牛 顿 插 值 得 到 其雷 电 冲 击 伏 秒 特 性 。 得 到 ： 表 5.4 29片 绝 缘 子 串 的 伏 秒 特 性 t( s) 2 3 4 5 7 10 14V+(kV) 3669.75 3111.72 2895.43 2772.10 2578.64 2472.22 2437.28 表 5.5 30片 绝 缘 子 串 的 伏 秒 特 性t( s) 2 3 4 5 7 10 14V+(kV) 3799.14 3234.94 2986.79 2856.79 2660.25 2548.89 2499.38表 5.6 33片 绝 缘 子 串 的 伏 秒 特 性 t( s) 2 3 4 5 7 10 14V+(kV) 4163.58 3577.16 3255.68 3085.68 2874.69 2755.56 2671.60运 用 MATLAB【 39】 【 40】 的 线 性 系 数 回 归 分 析 ， 构 造 一 个 指 数 函数 作 为 绝 缘 子 的 伏 秒 特 性 曲 线 ：-t/4 -t/1.5 -t/0.80 1 2 3u(t)=a +ae +a e +a e 对 于 未 知 数 a0、 a1、 a2和 a3， 使 用 最 小 二 乘 法 ， 经 过 回 归 分析 后 的 方 程 为 ： 表 5.7 32片 绝 缘 子 串 的 伏 秒 特 性t( s) 2 3 4 5 7 10 14V+(kV) 4054.2 3477.28 3170.99 3017.65 2813.09 2695.56 2617.84 表 5.8 34片 绝 缘 子 串 的 伏 秒 特 性t( s) 2 3 4 5 7 10 14V+(kV) 4250 3650 3330 3140 2920 2800 2720表 5.9 36片 绝 缘 子 串 的 伏 秒 特 性t( s) 2 3 4 5 7 10 14V +(kV) 4321.36 3676.5 3431.23 3191.23 2942.47 2822.22 2795.49同 样 得 到 绝 缘 子 伏 秒 特 性 ：32片 ： u(t) = -t/4 -t/1.5 -t/0.82582.2+1282e +1449.6e +3810.7e 34片 ： u(t) = -t/4 -t/1.5 -t/0.82684.5+1275.3e +2305.3e +2242.3e36片 ： u(t) = -t/4 -t/1.5 -t/0.82733.9+1237.7e +2620.1e +1700.6e式 中 ， 时 间 t的 单 位 为 s， 正 极 性 放 电 电 压 u(t)的 单 位 为 kV。接 地 电 阻 的 变 化 对 雷 击 跳 闸 率 的 影 响 68101214 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 68101214 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 图 5.3 山 顶 杆 塔 图 5.4 山 坡 杆 塔 （ a） 部 分 屏 蔽 (a) shielding failure （ b） 完 全 屏 蔽 (b)perfect shielding图 5.5 Eriksson 分 析 模 型 Fig. 2.4 Model of Eriksson 图 5.6 220kV铁 塔 简 单 尺 寸 图 为 地 面 倾 斜 角 ）其 拟 合 的 方 程 极 其 误 差 分 别 如 下 ：图 5.7： 220kV曲 线 拟 合 图 （ 为 地 面 倾 斜 角 ） 图 5.8 500kVZB6T酒 杯 形 铁 塔 尺 寸 示 意 图 CFG-X3型 可 控 放 电 避 雷针 照 片 CFG-X1和 CFG-X2型 可 控 放 电避 雷 针 照 片 可 控 放 电 避 雷 针 的 保 护 特 性 明 显 优 于 富 兰 克 林 避 雷 针 ，就 主 要 参 数 绕 击 概 率 和 保 护 范 围 而 言 ， 是 令 人 非 常 满 意的 ： 如 图 6.1、 6.2。 图 6.1 可 控 放 电 与 传 统 避 雷 针 保 护 曲 线 比 较 图 6.2 可 控 放 电 避 雷 针 与 富 兰 克 林 避 雷 针 的 保 护 角 特 性 安 装 在 吉 林 白 山 供 电 局 220kV浑 白 线 上 的 可 控 针