110kV双回线路管型复合材料绝缘杆避雷线接地引下方式研究

为了解决我国南部沿海地区110 k V双回架空线路试点应用的管型复合材料绝缘杆(简称"复合材料杆")所存在的接地引下线易短接杆身绝缘的问题,针对典型设计的110 k V双回线路复合材料杆的结构特点,分析了避雷线采用沿杆表面架设接地引下线方式所面临电气问题的本质成因,提出了沿导线方向在两回线路中心线上竖直架设引下线的方式,定义为内侧竖直接地引下方式。该方式实现了将铁塔2项功能分离:复合材料杆起结构支撑作用、接地引下线起导电通流功能。通过真型杆头雷电冲击放电试验,证实了内侧竖直接地引下方式较沿杆表面接地引下方式的电气优势:沿杆表面和内侧竖直2种接地引下方式下的雷电冲击绝缘强度U50%分别为960 k V和1 230k V,后者较前者提高了28%;观察内侧竖直接地引下方式中雷电冲击放电路径,当垂直引下线离杆身距离大于0.60 m时,可避免沿杆表面接地引下时雷击闪络和工频续流电弧烧蚀复合材料横担,并可利用杆身绝缘性增加相对地爬距。结合雷电性能计算,获得了内侧竖直接地引下方式的雷电性能,与沿杆表面接地引下方式相比,反击耐雷水平提高了28%,雷击闪络跳闸率降低了54%。因此110 k V双回线路管型复合材料杆避雷线采用内侧竖直接地引下方式的雷电性能明显优于沿杆表面接地引下方式。

110kV双回线路格构式复合材料杆塔雷电防护研究

应用复合材料杆塔需要经济的、适于杆塔材料和结构特点、并能有效提高杆塔雷电性能的雷电防护设计方案。为此,以110 kV线路杆塔为目标,首先从电气要求和经济成本方面考虑,提出了由复合材料塔头和金属角钢塔身组合而成"半绝缘结构格构式复合材料杆塔"的设计方案。针对该结构的复合材料杆塔,分析了避雷线和接地引下线的架设与否对线路雷电性能的影响,提出了杆塔应采用架设避雷线、且通过接地引下线逐塔接地的防雷方案。针对复合材料被电弧烧蚀后易失去绝缘性能和结构强度的特点,提出了沿导线方向在两回线路中心线上竖直架设引下的方式。然后,开展了复合材料真型塔头雷电冲击放电试验,确定了引下线离塔身距离和下相横担离金属塔身距离,以及杆塔雷电冲击绝缘强度。通过理论计算,获得了110 kV双回线路格构式复合材料杆塔的雷电性能。计算结果表明:与同电压等级铁塔雷电性能相比,复合材料杆塔雷电冲击绝缘强度提高了近1.14倍;在接地电阻为7Ω和20Ω条件下,杆塔的耐雷水平分别提高了81%和94%,雷击闪络跳闸率降低了71%和82%。

110kV双回线路格构式复合材料杆塔电气结构设计

电气结构设计是110 k V格构式复合材料杆塔应用所关注的焦点问题,其重点在于如何提高防污和防雷性能。首先针对杆塔复合材料的绝缘特性进行了分类、分项测试,结果表明E型玻璃纤维增强型环氧树脂复合材料满足绝缘材料电阻特性要求,可用于制作绝缘杆塔。结合考虑断线张力等因素,通过污秽试验和电场仿真计算,确定了横担采用格构式横担悬挂加装均压环的FXBW-35/70防污型复合绝缘子的防污设计,试验表明,其污耐压高达145 k V。杆塔防雷须采用架设避雷线、且通过接地引下线逐塔接地的方案;针对复合材料被电弧烧蚀后易失去绝缘性和结构强度的特点,提出了沿导线方向在两回线路中心线上竖直架设引下的方式。然后,开展了真型塔头雷电冲击放电试验,确定了引下线离塔身距离和下相横担离金属塔身距离,以及杆塔雷电冲击绝缘强度。结合理论计算,获得了110 k V双回线路格构式复合材料杆塔的雷电性能,与同电压等级铁塔相比,复合材料杆塔雷电冲击绝缘强度提高了近1.14倍;在接地电阻为20Ω条件下,杆塔的耐雷水平提高了94%,而雷击闪络跳闸率降低了82%。综上,110 kV双回线路格构式复合材料杆塔采用提出的电气结构设计,具有更好的防污和防雷性能。

35kV管型复合材料杆塔并联间隙防雷保护方案

为了充分利用35 kV双回线路管型复合材料杆塔本身性能的优点,需设计合理的雷电防护方案。为此,针对雷害程度不同的地区,提出了2种并联间隙防雷保护方案,分别采取了接地引下线外置和内置的引下方式,并在复合绝缘子横担上设计制造了相应的并联间隙装置。在2种并联间隙雷电防护方案下,对35 kV复合材料真型塔头进行了雷电冲击放电试验,确定了合适的并联间隙尺寸以及杆塔雷电冲击绝缘强度。通过规程法的计算分析结果表明,与同电压等级一般铁塔的防雷性能相比,2种方案下35 kV双回线路管型复合材料杆塔的雷电冲击绝缘强度分别提高了67%和125%,耐雷水平分别提高了58%和109%,雷击闪络跳闸率分别降低了31%和60%。研究结论可为35 kV复合材料杆塔的防雷设计提供参考和依据。

改进复合材料杆塔多波阻抗模型及其仿真计算

针对目前复合材料杆塔耐雷性能仿真分析中多采用传统多波阻抗模型,雷击过电压仿真计算结果偏大的情况,考虑导线对地电容影响,提出了改进的多波阻抗模型,根据110 k V复合材料杆塔结构与接地方式,计算各部分波阻抗;建立复合杆塔三维模型,利用有限元法计算导线对地等效电容;利用改进多波阻抗模型计算分析不同塔型、不同接地引下线方式的复合材料杆塔耐雷特性,并与传统模型计算结果进行对比。结果表明,考虑电容时杆塔上的过电压下降了38%,更接近实际值;采用沿线路方向内侧竖直悬垂接地引下的方式可使复合材料杆塔的耐雷水平最大化。

35kV双回线路管型复合材料杆塔雷电防护研究

为了进一步利用复合材料杆塔本身结构特点,有效提高杆塔雷电性能,需设计合理的雷电防护方案。针对35 kV双回线路管型复合材料杆塔,提出了两种横担组合方式。根据该结构复合材料杆塔特点,从结构实现容易程度上分析,提出在多雷区采用架设地线,并采取杆塔线路内侧竖直接地引下方式的防雷方案。在两种横担组合方式下,对复合材料真型塔头进行雷电、操作冲击放电试验,确定了不同工况下接地引下线离塔身合适距离,以及杆塔雷电冲击绝缘强度。通过计算分析,获得35 kV双回线路管型复合材料杆塔防雷性能,与同电压等级一般铁塔防雷性能相比,复合材料杆塔雷电冲击绝缘强度提高了近1.67倍,在其他设计参数相同条件下,杆塔的耐雷水平提高了149%,雷击闪络跳闸率降低了78%。