超/特高压输电线路雷电绕击防护性能研究

输电线路跳闸的主要原因是雷击闪络,这与线路现有雷击跳闸模型与线路实际运行情况存在较大差异有关。文中以电磁场理论为基础,对高杆塔下击距系数进行研究,利用自编程序仿真,结果表明击距系数随着杆塔高度的增加而减小,雷电流幅值对击距系数没有影响,利用线性拟合方式得击距系数β与杆塔高度H的关系式为:β=1.18?H/108.69。引入击距系数,提出利用改进的电气几何模型对超特高压线路绕击耐雷性能进行分析,并以500kV鸭福线路为例进行计算和分析,结果表明根据文中仿真模型所推导的β公式计算该线路的跳闸率与实际线路运行情况比较吻合。同时,分析了杆塔高度、地面倾角、线路保护角、线路绝缘强度等对输电线路绕击耐雷性能的影响。

计及风速影响的500kV同杆双回线路绕击耐雷性能计算模型研究

目前雷击仍然是危及输电线路安全可靠运行的主要原因,而现有评估输电线路绕击跳闸率的模型还不能与线路实际运行经验一致,该文在分析500kV同杆双回输电线路绕击耐雷性能时,以三峡电站的出线为例,充分考虑了风速的影响,对击距模型进行了改进,同时还较详细分析了地面倾角、杆塔高度等对绕击跳闸率的影响。通过编程仿真计算结果表明,随着风速的增加,输电线路保护角和绕击跳闸率都将增加,建议今后在评估输电线路绕击耐雷性能时,对风速影响因素应加以考虑。

综合考虑风偏、地形和工作电压的特高压交流线路雷电绕击性能

由于特高压线路本身的特点,雷电绕击是危及特高压输电线路安全可靠运行的主要因素之一,而现有评估输电线路绕击跳闸率的EGM模型难以取得与线路实际运行经验相一致的结果。为确保我国特高压线路安全稳定运行,研究改进特高压架空线路的绕击性能预测模型是当前我国特高压试验示范工程亟待解决的重要课题之一。本文综合考虑国内外已有成果,包括雷电对导线、地线和大地三者击距的差异、风偏影响、地形影响和导线工作电压影响等,提出综合考虑这些因素的改进EGM。应用改进模型,对我国UHVAC试验示范工程初步设计的ZMP2和ZBS2塔型的线路进行了绕击性能分析。仿真结果表明,随着地面倾角的增大,在只考虑导线工作电压峰值和考虑导线工作电压随相位变化这两种情况下,绕击跳闸率差别可达0.16次/100km.a,因此必须考虑雷击时导线工作电压相位的概率分布。随着风速和地面倾角的增大,绕击跳闸率呈加速度增长。杆塔为ZBS2的线路,在所考察范围内不会发生绕击跳闸,而杆塔为ZMP2的线路,只有当地面倾角小于10°时,才能满足特高压线路对绕击跳闸率的要求。

复杂地形输电线路绕击耐雷性能计算方法的改进

绕击耐雷性能是评价输电线路雷击特性的重要指标。在电气几何模型的基础上,以悬链线方程为依据,研究了沿线路方向上任一截面的导、地线与杆塔处导、地线的高度差及该截面对应的保护角的计算方法,结合任一截面的海拔高度给出了新的绕击耐雷性能的计算方法。以两个算列显示了笔者给出的计算方法在实际工程中的应用。根据计算结果分析了单档距地形和最大绕击雷电流和雷击跳闸率的关系。研究结果可为防雷工程计算提供参考。

平原地区500kV输电线路雷电屏蔽性能的模型试验研究

雷害是输电线路故障的主要原因,在我国南方多雷地区,超高压输电线路频繁发生雷电屏蔽失效引起的跳闸,有必要更深入地研究超高压输电线路的雷电屏蔽性能。采用1:40线路模型,通过大量的冲击放电试验,研究了500kV输电线路的雷电屏蔽性能,得到了500kV输电线路绕击概率的空间分布规律,近似为抛物线,并分析了影响绕击的各种因素,如保护角、导线电压、导线对地电阻、非垂直落雷等。试验研究结果对提高500kV输电线路的雷电屏蔽性能有一定的借鉴意义。

高压输电线路先导发展绕击分析模型研究

雷电绕击是关系到特(超)高压输电线路安全稳定运行的关键问题之一。针对特(超)高压输电线路的特点,在总结前人研究结果的基础上,提出适用于特(超)高压线路的雷电上行先导起始判据,建立了基于先导发展法的绕击模型,并以日本特高压同塔双回线路的运行经验对模型进行了验证。基于该模型,对不同地形条件下、考虑线路运行电压的特高压直流线路的雷击问题进行研究,为改善线路的防雷性能提供帮助。

输电线路地线上安装水平侧向短针的防绕击效果分析

为评估在地线上安装水平侧向短针对输电线路的绕击保护效果,提出并建立了三维的电气几何模型(EGM)来计算水平侧向短针对导线的保护距离,总结了其安装和使用的规律。对110～500kV典型杆塔的计算结果表明:水平侧向短针具有一定的保护作用,但每根水平侧向短针的保护距离有限,其防绕击效果较依赖于安装数量;并且水平侧向短针对导线的保护距离受到导地线相对位置的较大影响,仅对部分保护角和塔头尺寸都较小的单回线路有效;而对于同塔多回输电线路,水平侧向短针无法起到实质上的防雷保护作用;此外,安装水平侧向短针后还会对地线的机械性能产生负面影响。因此可以认为,水平侧向短针的绕击保护效果有限,适用范围较窄,限制了它在输电线路防雷保护中的应用,该防雷措施还有待进一步的提高与完善。

减小地线保护角对改善线路防雷性能的效果

雷电绕击是影响高压输电线路安全稳定运行的关键因素之一,减少地线保护角是降低绕击跳闸率的重要手段。为此,介绍了基于先导发展模型的超高压线路雷电绕击跳闸率分析方法,利用该方法对不同地形条件下各种塔型减小保护角对改善线路防雷性能的效果进行计算和对比,提出减小保护角的改造方案,对杆塔的力学性能进行校核,评估了减小保护角的经济费用,对比了减小保护角与其他防雷措施的技术经济性。研究表明,绕击跳闸率与塔型和地形关系密切,一般来说同一塔型保护角越小绕击跳闸率也越小,但不同塔型相同保护角跳闸率差异可能很大;减小保护角对改善线路防雷性能的效果受地形影响明显;对比不同防雷措施的效果和成本可见,将地线水平宽度增加对改善跳闸率的综合效果较好。

特高压交流输电线路绕击耐雷性能仿真分析

准确评估特高压(UHV)线路绕击耐雷性能,对线路设计及施工具有重要参考价值。为此,引入了基于先导发展法的,可精确反映任意剖分区域导、地线弧垂及与大地实际相对高度的特高压输电线路雷电绕击3维剖分模型。为进一步验证该模型的实际应用价值,分析了我国晋东南—荆门1 000kV特高压交流示范线路绕击耐雷性能,及绕击跳闸率随保护角、地面倾角的变化规律。分析结果表明:ZMP2型猫头塔最大绕击跳闸率为0.057 5次/(100km.a),ZBS2型酒杯塔最大绕击跳闸率为0.032 2次/(100km.a),两型杆塔的绕击跳闸率均满足设计要求,工程中可通过适当控制导、地线的弧垂来降低线路的绕击概率;山坡外侧导线更易遭受雷击,线路绕击跳闸率随线路保护角及地面倾角增大而大幅度上升;大电流绕击发生在距线路较远处。

铁塔横担侧向避雷针的绕击保护效果分析

为评估在杆塔横担上安装侧向避雷针的防雷电绕击效果，提出建立三维的电气几何模型，计算侧向避雷针对导线的绕击保护距离，并总结了其安装和使用的规律。针对110～500kV典型杆塔线路的计算表明：侧向避雷针能较好地保护杆塔附近的重点绕击危险区域，从而可以有效地降低线路的绕击跳闸率。研究还表明，侧向避雷针对导线的保护效果会受到针杆长度和安装位置的影响，针杆的长度应大于2m，并且尽量架设在避雷线保护角较大的导线横担上。实际工程的运行经验表明，侧向避雷针确实可以在输电线路上起到较好的防雷效果，其有效性已得到证明。因此，对于雷害严重的高杆塔、山区输电线路，在杆塔的横担上安装侧向避雷针是线路防绕击治理的有效途径。

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。

500kV交流同塔四回线路的绕击耐雷性能

为解决架设500kV同塔四回输电线路高杆塔时的雷害问题,运用改进的电气几何模型法及电磁暂态仿真程序计算了杆塔的绕击耐雷性能,得出了不同杆塔呼称高度、地面倾角、杆塔保护角和击距系数等参数时的绕击跳闸率并且详细分析了地面倾角、杆塔高度等参数对绕击跳闸率的影响。最后提出了改善500kV同塔四回绕击耐雷性能的措施,即在实际工程中,从减小杆塔高度、避雷线采用负保护角、增加绝缘子片数以及尽量避免在地面倾角较大的地点架设输电线路等几个方面综合考虑。

基于先导发展法的特高压直流输电线路绕击特性分析

雷电绕击是影响高压输电线路安全稳定运行的关键因素之一,特高压直流线路对雷电防护的需求与常规线路相比更加迫切。为此介绍了基于先导发展法的特高压直流线路雷电绕击跳闸率分析方法;利用该方法针对±800 kV特高压直流线路绕击特性开展仿真研究,分析了绕击跳闸率随绝缘水平、保护角的变化规律,研究了典型地形条件下雷电绕击路径和绕击电流的分布特性,分析了山坡、山脊和跨谷地形条件下线路的绕击跳闸率,研究了线路极性对跳闸率的影响。研究表明,减小保护角可明显降低绕击跳闸率,在山坡地形条件下,外侧导线由于受屏蔽减弱更易受到雷击,雷电先导可从近似水平的方向击中导线;跨谷深度增加时,由于地面屏蔽作用减小,雷击跳闸率明显提高;理论分析和运行经验都表明,直流线路正极导线遭受雷击的概率远高于负极,线路位于山脊时雷电绕击基本发生在正极导线侧。

基于直接获取雷击参数的输电线路雷击风险优化评估方法

输电线路实际的雷击特征参数是进行线路耐雷性能分析的关键参数。目前的防雷评估方法一般采用线路走廊的雷电监测参数间接计算得到雷击参数，无法完全客观反映线路实际雷击风险。为研究输电线路实际雷击风险，提出了直接获取雷击参数的优化分析方法，对现有雷击风险评估方法进行了优化。该优化方法基于雷击在线监测系统对线路本体雷击情况的长期监测数据，统计分析线路本体的雷击频度、雷电流幅值概率分布，获得比雷电定位系统更直接、准确的雷击参数。利用这些参数进行雷击跳闸率计算并逐基杆塔评估雷击闪络风险，可以提高评估结果的准确性。案例分析结果表明优化方法与常规方法的雷击频度差异通常在10％一60％。该方法供输电线路运维部门用于提高差异化防雷治理的技术经济性。

直流输电系统的防雷保护

针对我国高压直流输电线路的雷击闪络率较高的问题,深入研究了直流输电系统的防雷保护。由于其结构和控制保护不同于交流系统,直流输电线路的雷电性能与交流输电线路有所不同,通过对国内外计算方法的分析研究,结合我国正极性导线容易发生雷击闪络的运行经验,提出了直流输电线路的计算方法和计算用参数的建议并对直流换流站的防雷措施进行了分析,提出了合适的直流输电系统的防雷保护措施。

复杂地形下输电线路绕击跳闸次数3维计算方法

实际线路参数超出其有效计算条件的范围时,传统耐雷性能评估方法便不能反映弧垂和输电线路走廊复杂地形对线路绕击耐雷性能的影响。为此,提出了一种计算分析复杂地形下输电线路绕击防雷性能的方法,该方法基于改进电气几何模型(EGM),考虑3维空间内导、地线相对于地面的高度变化以及输电线路走廊复杂地形的影响,以单个档距线路为研究对象,通过求取导线暴露面的水平投影面积来直接计算出该线路的绕击跳闸次数。以某复杂地形下的500 kV输电线路为例,绕击跳闸次数计算结果为0.000 77次/a,与实际运行数据相符较好。结果表明该方法能更准确简便地计算出单个档距输电线路的绕击防雷性能,并能较好地反映出线路走廊地形的影响,可为输电线路差异化防雷研究提供参考。

三维激光扫描技术在输电线路差异化防雷治理中的应用

输电线路差异化防雷评估技术作为掌握输电线路防雷性能、明确防雷重点的有效方法,已得到各级运行管理部门的认可。地形地貌和杆塔结构作为线路绕击防雷性能的影响因素,是防雷评估时需获取的重要基础参数。为研究获取全档距地形地貌参数和杆塔结构参数的技术,以及将这些参数应用于防雷性能评估的方法,提出基于三维激光扫描数据建立线路走廊三维模型,根据此模型提取差异化防雷评估所需的全档距地形地貌参数和杆塔结构参数,进而进行全档距绕击防雷性能评估。经与山区典型220 kV线路比对,评估结果与实际雷击故障记录吻合良好,充分说明了三维激光扫描技术应用于输电线路差异化防雷治理的有效性。

川藏联网工程500kV高海拔输电线路的耐雷水平

川藏联网工程是联结四川电网和西藏电网的重要民生工程,工程500 kV输电线路分为乡城—巴塘和巴塘—昌都这2个部分。线路经过地区年平均雷电日高达70 d,属于多雷区;沿线地形中高山大岭和峻岭约占80%;最高海拔高度达5 000 m;线路耐雷水平亟待研究。为此,对川藏联网工程沿线电网近几年的雷击跳闸情况进行了统计分析,对乡城—巴塘和巴塘—昌都500 kV输电线路的雷电性能进行了研究,给出了线路雷电绕击计算方法和反击计算方法,对线路雷击跳闸率进行了加权计算。计算结果表明,乡城—巴塘和巴塘—昌都这2段线路折算至40雷电日时的雷击跳闸率分别为0.24次/(100 km·a)和0.17次/(100 km·a),均大于500 kV输电线路0.14次/(100km·a)的控制要求值。鉴于川藏联网工程的重要性,为增大线路防雷的安全裕度,需要增设一些线路防雷措施。如在易击塔和易击相上加装线路避雷器,乡城—巴塘线路段的雷击跳闸率可由0.24次/(100 km·a)降低至0.13次/(100km·a),巴塘—昌都线路段的雷击跳闸率由0.17次/(100 km·a)降低至0.11次/(100 km·a),均可满足要求。研究结果可为川藏联网工程高海拔输电线路的设计和建设提供指导,对后续高海拔输电线路耐雷水平的提高具有重要意义。

220/110kV同杆四回线路耐雷性能的研究

计算了深圳鹏城-新田双回220kV输电线路中3段220/110kV同杆并架四回线路的雷电绕击跳闸率和雷电反击跳闸率,分析了减小避雷线保护角、采用不平衡绝缘和安装线路型避雷器等措施对雷电反击跳闸率的影响。提出了减小避雷线保护角至0°、降低杆塔冲击接地电阻至10Ω、在一回110kV线路上增强绝缘、在另一回110kV线路上安装绝缘子并联间隙以及在高土壤电阻率地区或雷电易击处的一回110kV线路上装设线路避雷器等降低雷电反击跳闸率的措施。