35kV输电线路雷电跳闸率计算及实例分析

专版Ｉｌ电力建设　３　５　ｋＶ输电线路雷电跳闸率计算及实例分析　陈满春　摘要：本文通过对３５ｋＶ输电线路的雷电跳闸概率的计算，介绍了输电线路中可能发生雷电跳闸的途径，并分析杆塔冲击接地电阻对　杆塔耐雷水平的影响。　关键词：３５ｋＶ：输电线路；跳闸概率；耐雷水平　刖舌　输配电线路的防雷要求是根据线路的重要程度和对线路　的安全运行要求按技术经济原则来确定的，而线路的防雷性能　取决于线路通道所处位置的落雷密度、雷电强度、采取的防雷　措施和绝缘配合的裕度。本文阐述了３５ｋＶ线路雷电绕击、反击　以及感应跳闸概率的计算方法，分析接地电阻与有避雷线线路　耐雷水平的关系，最终总结３５ｋＶ线路雷击过程中引起雷电跳　闸的主要途径。　ｌ　３５ｋＶ输电线路雷击概述　通常３５ｋＶ输电线路无避雷线保护，杆塔及线路完全暴露　在雷击环境中，再加上杆塔绝缘子串一般仅有３４个绝缘子，其　耐雷水平较低，当雷击架空线路时，不论是感应雷过电压还是　直击雷过电压都极易引起绝缘子闪络，这是３５ｋＶ输电线路的　主要防雷缺陷之一。　输配电线路地处旷野，雷击线路造成的跳闸事故在电网总　事故中占有很大的比例。同时，雷击线路时自线路入侵变电站　的雷电波也是威胁变电站的主要因素，因此，对线路的雷电跳　闸概率应全面计算。　３５ｋＶ线路的平均高度较低，其雷电击杆率约占线路雷击　的９５％，绕击率约占５％，因此遏制住线路的雷电击杆率对于大　幅度降低线路的雷击跳闸率具有十分重要的意义。雷击对电力　线路的影响通常有２种：一种是雷直接击于线路上产生放电引　起雷电过电压，通常称为直击雷过电压；另一种是雷击线路附　近地面，对地放电时因电磁感应而产生巨大的电动势，通常称　为感应雷过电压。当雷电直击架空线路时，导线上会有强大的　电流通过，形成雷电浪涌，所产生的雷电波将沿着线路向两侧　流动，其结果将会烧断导线或损坏与导线相连的电气设备，危　及电网的运行安全。　对３５ｋＶ线路，除了直击雷以外，感应雷也能造成线路跳　闸。线路杆塔的接地电阻直接关系到线路遭雷击时的反击过电　压，因此与线路的跳闸率有直接关系。接地电阻与雷击跳闸率　的关系分析对于认识线路的防雷性能和防雷措施的采取具有　重要意义。　２雷击跳闸概率计算方法　３５ｋＶ线路的雷击跳闸概率由雷电绕击跳闸概率、雷电反　击跳闸概率和雷电感应跳闸概率三部分组成。　２．１绕击跳闸概率　对于绕击的计算采用基于击距离理论的电气几何模型法，　雷电对避雷线的击距采用ＩＥＥＥ标准所推荐的击距公式：　＝１０Ｉ￣６５　（】）　１１０广东科技２０１１　５第１０期　击距系数是先导对地击距与先导对导线击距的比率，采用　ＩＥＥＥＳｔｄ１２４３—１９９７中给出的击距系数表达式：　』０－３６＋０・１７Ｉｎ（４３一ｈ　）（ｈ　＜４０ｍ）　ｆ々、　一一１０．５５（ｈ≤４０）　…　ｒｓ＝ｋｒｓ　（３）　式中：Ｉ为雷电流（ｋＡ）；ｒｓ为雷电对避雷线的击距（ｍ）；ｒｇ为　雷电对大地的击距（ｍ）；ｈ　为导线平均高度（ｍ）。　当雷电发生绕击，即避雷线保护失败时，雷电击中导线，但　是此情况下并不一定会引起绝缘闪络，因为输电线路具有一定　的耐雷水平，只有当雷电流超过线路绕击的耐雷水平Ｉ　时才　会闪络。图１是雷绕击导线时的等值电路，图中Ｉ为雷电流　（ｋＡ），Ｚ０为闪电通道波阻（Ｑ），ｚ为导线波阻抗（　），Ｕ　为导线　上的工作电压（ｋＶ）。　图１雷电绕击导线等值电路　雷电为负极性时，绕击耐雷水平由下式确定：　Ｉｏ￣ｏ＋２　Ｚｏ　Ｕ＝（Ｕ５…＿ｐｈ）　（４）　式中，Ｕ一为绝缘子负极性５０％闪络电压绝对值（ｋｖ）。　线路的绕击跳闸概率为：　Ｐ．＝Ｊ　ｘ（Ｉ）Ｆ（Ｉ）ｄＩ　（５）　２．２反击跳闸概率　在耐雷水平计算中，波阻抗也可以用集中电感代替，雷击　杆塔时，单根导线和避雷线的波阻取４００１￣，２根避雷线的波阻　取２５０Ｑ。如取固定波头长度Ｔｌ＝２．６１ｘｓ，则ｎ＝Ｉ　／２６，此时耐雷水　平为：　Ｕ　５０％　式中：ｋ为导线和避雷线之间的耦合系数；Ｂ为分流系数；Ｒ　为杆塔的冲击接地电阻（ｎ）；ｈ　横担对地高度（ｍ）；ｈ　杆塔高度　（ｍ）；Ｕ　绝缘子串的临界闪络电压（ｋｖ）；Ｌ。杆塔的电感（ｐＨ）；　ｈ　避雷线对地的平均高度（ｍ）；导线对地的平均高度（ｍ）；ｋ。导　线和避雷线之问的几何耦合系数。　有避雷线线路的反击跳闸率可按下式计算：　Ｎ＝ＮＬ＇ｑｇＰ　（７）　式中：Ｎ为跳闸率　为建弧率；ｇ为击杆率；Ｐ为超过雷击　杆塔顶部时耐雷水平的雷电流概率。　２．３雷电感应跳闸概率　３５ｋＶ线路除了直击雷外还有感应雷也能造成线路跳闸，　感应过电压主要引起线路绝缘子闪络。假设落雷点在档距的中　间的任意位置，并且忽略感应电流在线路中的折反射，假设当　落雷点在距离导线的最近距离为Ｓ，在导线上的投影距离绝缘　子串的距离为ｘ，则雷电在高度为ｈ　导线上的感应电压为：　门　ｊ＿Ｌ　ｏｎｎ　ｃ丽ｈ＋　一　（８）　当雷电在导线的感应电压超过绝缘子串的临界闪络电压　Ｕ　则发生导线跳闸：　ｕ￣＝６０Ｉｌｎ（＠ｘＳ２ｘ２－＋１　Ｓ？！Ｘ２　ｃ９　由此可以得到此时的耐雷水平为：　Ｕ５ｏ％　６ｏｎ　Ｓ＋ｘ　Ｖ＼／　＋　Ｓ　ｘ　（１０）　根据规程，在我国一般地区雷电流幅值超过：Ｉ的概率可按　下式求得：　ＩｇＰ－－　（１１）　式中：Ｐ为雷电流幅值累积概率；Ｉ为雷电流幅值（ｋＡ），则　雷电流的分布密度函数为：　ｌ　ｌ　Ｉ　ｆ（Ｉ）＝　（１０　）　（１２）　可以获得在此雷电落点，Ｔ　　侧距ｄＳ内的雷电绕击跳闸概率上　为：　ｎｇ　ｏ．２ＮＴ』　ｄｓ』二一　１０亩ｄＩ　（１３）　式中：ｈ为避雷线对地平均高度（ｍ）。则考虑到雷击点的任　意性，可以得到以下雷击跳闸率的计算公式：　Ｎ　（＝　ｌＪ　０　（０．　２ＮＴ』』Ｊ　　ｄ２ｈ　ｌＳ　』ｆ　ｃｘ　ｌ　ｌｄＩ）ｄｘ　Ｊｌ　／（Ｌ／２）‘（１４　）　式中：Ｓ　为最大感应雷跳闸侧距（ｍ）；Ｎ为落雷密度　（ｔｉｍｅｓ／ｄ）；ｈ避雷线平均高度（ｍ）；Ｔ为雷暴日数（ｄ）；Ｉ为雷电流　幅值（ｋＡ）；Ｌ为线路的档距（ｍ）。　３实例计算　３５ｋＶ线路杆塔如图２所示，使用由３个绝缘子组成的绝　缘子串，导线采用ＬＧＪ一１８５型，避雷线型号为Ｇ．Ｉ一３５型，线路档　距取为１　００ｍ。年雷暴目取为４０ｄ，落雷密度取为０．０７ｔｉｍｅ＆ｍ２・ｄ。　经过计算发现雷电绕击时杆塔的冲击接地电阻对输电线　路的耐雷水平基本没有影响，从而对线路的绕击跳闸概率也没　有影响。对于此杆塔模型进行雷电绕击跳闸概率计算得　０．００７３ｔｉｍｅ／１００ｋｍ・ａ。　由于杆塔所处的地形不同，杆塔的冲击接地电阻会有很大　差别，一般取为５－１００￣Ｑ，使用公式（６）计算杆塔随冲击接地电　阻变化的反击耐雷水平如图３所示，耐雷水平随冲击接地电阻　在１２～５３ｋＡ之间变化，同时可以根据公式（７）计算获得反击跳　闸概率如图３所示，在０．４３～１．２６ｔｉｍｅ／１００ｋｉｎ・ａ之间变化。　由于感应雷是在线路中同时形成近似等值的过电压，因而　不可能发生线间闪络，因此感应过电压主要引起线路绝缘子闪　络。感应过电压与杆顶的接地电阻、导线的电感无关，而且同一　图２杆塔模型图　雷电流离导线的远近不同而形成不同的感应过电压，因此线路　耐受感应过电压的水平主要体现在线路绝缘子的耐压水平。对　于此杆塔的感应跳闸概率使用公式（１４），计算获得线路的感应　跳闸概率为８．０５ｔｉｍｅ／１００ｋｍ・ａ。　ｌ　＊　■　｛　蔫　憎　堪　差　葛　遁　冲击攘地电阻／ｏｈｍ　冲击攘埯电ｍ／ｏｈｍ　图３反击耐雷水平和跳闸率随接地电阻的变化　４结束语　通过分析获得３５ｋＶ输电线路的雷电绕击跳闸概率非常　小，与雷电反击跳闸概率和感应跳闸概率相比可以忽略其影　响，雷电反击跳闸概率仅为ｌｔｉｍｅ／１００ｋｍ・ａ，而雷电感应跳闸概　率８．０５ｔｉｍｅ／１００ｋｍ・ａ，３５ｋＶ输电线路雷电跳闸主要由感应跳闸　引起。雷电反击耐雷水平和反击跳闸概率随杆塔的冲击接地电　阻变化较大，冲击接地电阻在１００ｇ￣时的反击跳闸概率为５ｎ　时的３倍左右，雷电绕击耐雷水平和绕击跳闸概率与杆塔的冲　击接地电阻大小无关，雷电感应耐雷水平和感应跳闸概率也与　杆塔的冲击接地电阻大小无关。　参考文献：　［１］冯杰，司马文霞，杨庆．３５ｋＶ变电站雷电入侵波特性的仿真与分析　ｌＪ１．高电压技术，２００６，３２（２）．　［２］袁涛，刘渝根，陈先禄．山区３５ｋＶ线路防雷值得注意的一个问题『Ｊ１．　重庆大学学报，２００２，２５（７）．　［３］赵莲清，李月乔，刘向军．传输线感应雷防护计算方法的研究现代电　力Ⅲ．２００４，２１（６）．　（作者单位：湖南省电力公司郴０，Ｊ１电业局）　广东科技２０１１　５第１０期１１１