±800 kV特高压直流输电线路雷电性能及防护措施研究

[目的]雷击是造成±800 kV特高压直流输电线路故障的首要原因,开展输电线路防雷评估对系统的安全与稳定运行至关重要。[方法]文章依托我国某在建±800 kV特高压直流输电线路工程,根据工程设计使用条件选用导、地线型,通过沿线各海拔、气象区分布塔型数量,确定了主力杆塔;综合沿线各塔位地面倾角、土壤电阻率、雷暴日、气象区等分布比例,评估了全线耐雷性能,并针对工程雷电特性,提出了具体的防雷优化措施,此外,还对比了电气几何模型(EGM)法中关于地形考虑的2种方法间的计算差异。[结果]计算结果表明:工程综合雷击闪络率不满足设计参考值要求,全线以绕击防护为主,沿线雷暴日与杆塔正极侧的地形条件是防雷关键影响因素。[结论]将全线位于C级及以上多雷区,山区正极侧地面倾角≥25°的杆塔保护角采用-15°设计后,可满足雷击闪络率不大于0.10次/(100 km·a·40 d)的防雷要求,经分析对比邻近已投运±800 kV线路的耐雷性能与实际运行数据,论述了文章计算方法及结果的合理性。

不同串型设计条件下的特高压交流同塔双回线路雷电性能

为准确评估1 000 k V特高压同塔双回线路在不同绝缘子串型下的雷电性能,基于电磁暂态程序(EMTP)和电气几何模型(EGM),分别对特高压同塔双回线路在"I"型、"V"型绝缘子串设计条件下的反击和绕击性能进行了仿真研究。并分析了不同的杆塔最小空气间隙距离、塔高、接地电阻、地面倾斜角对线路雷电性能的影响,提出了最佳优化设计方案。最后,结合"皖电东送"工程的设计、运行情况,对比研究了"V"串线路与"I"串线路的雷电性能。结果表明,与"I"串线路相比,"V"串线路更易出现导线对上横担放电闪络,且反击闪络率也略高,但2者的绕击闪络率相差不大。此外,"V"串线路的防雷薄弱点在于其易出现导线对上横担的放电闪络,而"I"串线路的防雷薄弱点在于其易出现导线对下横担的放电闪络。工程设计中可针对2种串型线路各自的雷电薄弱点进行防雷优化设计。

±800 kV输电线路雷电绕击防护性能研究

针对输电线路雷电绕击对设备和系统安全运行造成的威胁,从雷电绕击机理入手,通过分析输电线路受雷击的危害及影响耐雷性能的因素,分别从地面倾角、工作相位、塔型和塔高、保护角等方面对±800 kV输电线路的雷电绕击特性进行全面研究,结果表明,减小地面倾角、工作相位选择90°~270°、地线采用负保护角等能够有效提高输电线路的耐雷水平。该研究可为今后电力输电设备的防雷设计提供参考。

±500kV同杆双回直流线路雷电性能的研究

为了解决同杆双回线塔身高、易遭雷击等问题,计算研究了±500kV同杆并架双回直流线路的雷电性能,提出了有较好防雷电绕击性能的塔型。双回线路4种极性排列方式的计算表明,除方式C外,其他3种方式的线路雷击闪络率≤0.093次/(100km·a)(地面倾斜角为15°时),均<0.1363次/(100km·a)的500kV交流线路统计结果,双正极性极线同时跳闸率小于单正极性。同杆并架双回直流线路能够满足雷电性能的要求。

大尺寸特高压输电线路雷电屏蔽性能模拟试验影响因素

输电线路雷电屏蔽性能模拟试验研究是线路雷电防护研究的重要手段。根据实际观测的雷电梯级先导停滞时间,确定采用负极性20/2 500?s和负极性80/2 500?s两种操作冲击电压波形模拟雷电最后一击的放电过程,针对1 000 kV特高压线路SZ322型杆塔开展了模型比例为1:12.5的大尺寸雷电屏蔽性能模拟试验。试验结果表明:导线接地方式明显影响导线的放电被击概率;正极性偏置电压将增大导线的放电被击概率,负极性偏置电压将减小导线的放电被击概率;波头时间对放电路径影响不明显;导线被击概率随着线路保护角的增大而增大。所得结果为后续特高压线路雷电屏蔽性能试验的开展提供参考借鉴。

三峡500kV出线同杆双回线路雷电性能研究

现有规程推荐的方法不适合于同杆双回线路防雷计算，故介绍了用ＥＭＴＰ和电气几何模型计算的三峡５００ｋＶ 同杆双回线路耐雷水平的结果，并提出降低雷击跳闸率及其危害的措施。

导线电压对其雷电绕击耐雷性能的影响

雷电绕击是高压线路的雷击事故的主要因素。为了提高压输电线路绕击耐雷性能,考虑雷击大地、避雷线和导线的差别,分析了导线工作电压对击距的影响,推导出最大击距的计算公式,从而得到最大击距与雷电的正负极性、导线电压的大小及正负极性、击距系数的关系,并以实例论证了可以通过平衡塔高、地面倾角、击距系数和保护角的取值有效地提高线路的绕击耐雷性能。

超特高压输电线路雷电绕击防护性能分析

现代社会对于电能有着较强的依赖性,保证供电的稳定性具有重要的现实意义。从目前的具体情况分析来看,电能在供应的过程中,自身系统的问题会导致能量输送的中断,外部环境当中存在的突发性因素也会导致电力输送的中断,最为典型的便是特高压线路在受到雷击后的运输中断。简言之,电能的输送需要保证持续性,而雷电的发生又具有不确定性,所以为了强化输电线路对雷击问题的规避,对特高压输电线路进行雷电绕击防护性能分析并提升其防护力十分必要。

用线路避雷器改善63KV、90KV屏护和非屏护输电线路的雷电性能

本文对由线路避雷器防护的63KV及90KV屏护和非屏护线路的雷电性能进行了讨论。一种专业抱被用于线路快速暂态前沿的计算。用Monte Carlo统计法与三维电矢量模型来确定雷击点位置，文中也分析，比较了不同避雷器的安装方式，并且对线路避雷器的能量负载也进行了统计计算。

关于高压输电线路雷电屏蔽性能探究

近年来,伴随着人们生活水平的显著提高,各种高压输电线路不断建立,然而,由于高压输电线路建立过程中没有做好防雷措施,也就间接地导致各种安全事故的发生。对此,相关人员一直对高压输电线路的雷电屏蔽性能进行研究,并取得显著成效。

特高压直流输电线路雷电屏蔽性能研究

根据国外的运行数据，由屏蔽失效引起的事故占据特高压交流输电线路雷击跳闸事故的百分比在逐年增多。本文在长空气间隙放电理论的基础上提出了一种在雷电屏蔽失效模式下的传播模型。基于此模型计算输电线路雷电屏蔽性能，通过云广±800kV特高压直流±雷电屏蔽性能计算结果，表明屏蔽失效会增加随着坡角和屏蔽角的增大。因此，在特高压的输电线路建设中适宜采用负保护角运行。

山区500kV输电线路雷电屏蔽性能模型试验研究

500kV输电线路是我国电网的主干网,在远距离输电中起着极为重要的作用,其输电线路的防雷工作任重而道远。为了进一步深入研究山区雷害特征,需要对山区架设的输电线路的雷电屏蔽性能进行模拟试验,考虑各方面的影响,从而提高防雷效果。基于此本文分析了山区500kV输电线路雷电屏蔽性能模型试验。

变压器油的制备及其电气性能试验研究

采用高(中)压加氢处理-加氢补充精制、低压加氢脱酸-糠醛精制-白土补充精制2种不同工艺,以中海油环烷基常二线馏分油为原料制备变压器油,并进行击穿特性与介电特性研究。结果表明,实验室制备的变压器油成品性能满足GB2536-2011标准要求。在试验测试条件范围内,实验室制备的3种变压器油的雷电冲击击穿性能和介电特性满足相关标准要求,与市售参比变压器油的电气性能相当。

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。

1000kV交流特高压输电线路的防雷保护

利用研究输电线路雷电性能的自编程序LLPP,对UHV输电线路的雷电性能进行研究。介绍了对UHV输电线路避雷线屏蔽性能的研究结果和改进建议,并对UHV输电线路雷电反击耐雷性能进行计算。交流特高压输电线路的运行经验表明:特高压输电线路仍有相当的雷击闪络跳闸,初步分析是因避雷线屏蔽失效而致;杆塔较高和导线上工作电压幅值大,可能是较重要的因素。在工程设计中,对耐张塔和转角塔也要专门研究,使其具有较少的保护角。对于山区,因地形影响(山坡、峡谷),避雷线的保护可能要取负保护角,这些有待于进一步研究,从而保证我国特高压输电线路具有较好的雷电性能。交流特高压输电线路杆塔上较高的绝缘强度,使其具有良好的承受雷电反击的能力。

UHVAC输电线路大跨越段的防雷保护

为确保特高压输电线路的耐雷可靠性,对晋东南-南阳-荆门UHV输电线路的黄河大跨越段和汉江大跨越段的雷电性能进行了研究并介绍了UHV输电线路大跨越段雷电性能评估的计算方法,同时根据我国输电线路大跨越段的运行情况,参考俄罗斯标准,以大跨越段在雷电过电压下的雷击无故障时间(耐雷指标)来确定防雷保护方案,还计算了UHV输电线路大跨越段的年绕击跳闸次数和年反击跳闸次数及雷击避雷线跨越档距中央的反击跳闸次数,提出了按雷电过电压要求的跨越塔塔头间隙。研究表明,我国特高压输电线路大跨越段的耐雷指标不宜<50 a。

煤矿采动影响区特高压交流线路分体塔的防雷保护

为了论证长治-南阳-荆门1000 kV特高压交流输电线路煤矿采动影响区拟采用的分体型杆塔方案是否满足防雷保护要求,对分体型杆塔的中相和边相绕击屏蔽性能以及反击耐雷性能进行了研究计算。结果表明:ZBF1和JTF1分体型杆塔的中相不会发生绕击闪络;针对JTF1型杆塔地线对外侧跳线屏蔽较差的情况,推荐在JTF1型杆塔外侧跳线横担前端和其塔顶上各安装一支0.5 m高的避雷针来保护跳线段;JTF1分体型杆塔的中相不会发生反击闪络;为了使特高压分体型杆塔的反击耐雷水平>200 kA,推荐ZBF1塔工频接地电阻应控制在<10Ω,JTF1塔工频接地电阻应控制在<15Ω。

基于先导放电理论的雷击上行先导起始研究

作为输电线路雷电屏蔽分析模型中的关键物理过程,关于上行先导起始机制及其判据的研究尚待深入。基于先导放电物理机制,建立了导线表面稳定上行先导起始仿真模型,并利用模拟电荷法计算分析了导线周围电场分布特征。结果表明,稳定先导起始时,导线周围平均电场强度达到流注场强的区域几乎不受雷电参数和导线参数的影响,由此提出一种上行先导起始新判据,即当线路周围一定区域内的平均电场强度达到流注场强时,稳定连续的上行先导起始。长间隙放电观测结果及对国内外典型线路雷电屏蔽性能的计算结果与运行数据相符,验证了该判据的有效性。通过与以往上行先导起始判据的比较分析,指出已有的输电线路先导起始判据可能会夸大上行先导的引雷作用。

负极性雷击下地面物体上行先导稳定起始的初始流注动态临界长度判据

厘清雷击作用下地面物体上行先导的起始物理机制,是防雷系统分析设计以及提升防护性能的重要基础。在现有先导发展模型基础上,该文纳入雷电下行先导发展速度对上行先导起始的影响作用,给出单位长度上行先导发展所需电荷量与先导发展速度的关系,并改进稳定先导的起始条件,建立负极性雷击下的上行先导发展模型。通过模拟风电机组不同位置的上行先导起始情况,指出稳定上行先导起始时,其初始流注长度存在某个临界值。由此提出判别稳定先导起始的初始流注动态临界长度判据,即地面物体附近空间背景电势曲线和流注区域电势曲线的交点横坐标(初始流注长度)超过临界值时,稳定上行先导起始。长间隙放电与实际雷电观测结果验证了该判据的有效性和正确性。该判据显著简化了上行先导起始的判断过程,拓展了现有平均背景电场判据和临界长度判据的概念,并指出动态临界长度受雷电下行先导发展速度和雷电流峰值的共同影响。通过与已有上行先导起始判据的交互比较发现,所提判据能更好地模拟地面高大物体(如风电机组)的上行先导起始过程,可为雷击防护系统优化设计提供理论和方法依据。