超特高壓輸電線路桿塔擊距系數的研究

馬依努爾•太來提

摘要：近年來，隨著社會的不斷進步和經濟水平的迅猛提升，我國的電力行業也在不斷深化改革。在電力設施建設中，特高桿塔和高桿塔被廣泛運用，然而，因為桿塔高度相對較高，所以，它很容易遭受雷電襲擊，為此需要針對超特高壓輸電線路桿塔擊距系數展開優化研究，旨在強化線路繞擊耐雷性能，以保障電力設備的安全運行。

關鍵詞：高壓；輸電線路；桿塔；擊距系數

中圖分類號：TM726.1；TM753文獻標識碼：A 文章編號：2095－6835（2014）08－0005－02

1超特高壓輸電線路繞擊耐雷性能

就目前情況來看，我國較多地區運用的輸電線路的功率通常在500 kW以下，而雷電閃絡是造成輸電線路跳閘的主要因素。基于周圍自然環境條件對其的制約，對相關數據進行研究之后可知，十年前，因為雷電閃擊所導致的輸電線路跳閘問題占全部電路跳閘事件的30%，現今輸電線路的實際運行狀態跟此類問題的產生有著直接、必然的聯系。除此之外，一旦輸電線路功率在500 kW以上時，造成跳閘問題的主要原因已經不是雷電繞擊電塔時形成的反擊，而是在雷電環繞后電塔被擊中所致。這種狀況跟業界公認的擊距法和規程法有很大的不同，為此，需要針對超特高壓輸電線路繞擊耐雷性能進行深入分析，研究超特高壓輸電線路桿塔擊距系數，優化處理超特高壓輸電線路存在的跳閘問題，使其防雷性能更加健全、完善。

2構建超特高壓輸電線路桿塔雷電射擊模型

在自然環境中，雷電的形成是從上到下的，所以，可以將其看成是垂直的。隨著自然界中雷電的不斷出現，導致地面電場勢能逐步升高，然而，由于輸電線路桿塔自身有避雷針的屏蔽作用，使得相應導線的勢能表現不明顯。針對桿塔的實際塔高和輸電線路長度進行測量，得出電壓的計算公式為：

U=2 247/｛hln（2h/a）+5.15－5.49lna｝hln（2h/a）.（1）

式（1）中：U——電壓；

h——塔高；

通常情況下，只有輸電線路功率高于500 kW時，式（1）中的U才是真正存在的，能夠充分實現繞行價值。形成相應數據后，可合理設置一定的參數指標，而后運用計算機VC++自編程序完成對輸電線路桿塔雷電繞擊相關數據的合理計算，具體步驟是：①在程序中，輸入有效的特超高壓輸電線路桿塔參數，其中，涵蓋有桿塔高度和導線長度、雷擊徑向距離、通過公式計算得出的電壓值U等參數內容。在此需要注意的是，將此公式插入到程序中，其可被當作是計算性語句。②結合導線長度計算出導線頭部的合理電勢，而后將該電勢基于塔底和避雷線位置處形成的感應電勢計算出來，產生循環語句，對應條件為最后一個階段的BOOL型判斷性語句。③將最后一步的BOOL語句當作是主體內容，進而設置相應的條件，即最后電場的電勢發生的變化情況。由此可知，合理輸入不同的輸電線路桿塔，隨著桿塔高度的增加，使先導對導線和避雷線對應設計的距離不斷增加，但是先導對地面的射擊距離不會發生任何變化，所以說，雷電對輸電線路桿塔對應的射擊距離處于下降的狀態。結合實際輸入的電流數據信息可知，不管電流發生何種變化，先導僅會對導線和地面的繞擊距離催生變化。因此，電流的變化不會使雷電繞擊距離發生變化。

針對仿真模型實施驗證時，為了使分析過程更為便利，可以做如下假設：忽略導線的工作電位，暫時不考慮上行迎面先導的壓降，不考慮下行雷電先導電荷外的其他所有電荷對空間電場的影響。在相應的計算進程中，需要合理、有效地擇取下行先導每次前進的對應步長值。具體來說，如果步長過長，則會造成仿真結果失真；如果步長過短，則會催生較多計算量，延長計算時間，使其難以被接受。隨著桿塔高度的增加，先導對導線、避雷線的擊距都將增加，先導對地的擊距會始終保持不變。基于相同的桿塔高度，先導對避雷線和導線的擊距數值相對較為接近，隨著輸電線路桿塔高度的不斷增加，相應的擊距系數在不斷減小，先導對地面和導線的擊距會隨著雷電電流幅值的逐步加大而增大，然而，相關擊距系數卻不會隨著雷電電流幅值的變化而變化。

3實例簡析

結合某500 kV高壓輸電線路實例，在改進后的EGM中有效引入擊距系數，旨在針對該輸電線路中桿塔所擁有的繞擊耐雷性能展開合理研究。具體參數信息為，導線長度約為130 km，接地方式選用中性點直接接地，隸屬于單回線路模式；選用的導線型號是4×LGJ-400/50，地線為鋼芯鋁絞線，JLB1A-80，年雷電日是66 d，絕緣子為LXY3-160（絕緣子高度是155 mm，爬距≥380 mm），28 片。在該輸電線路運行、使用的三年時間里，接連發生2次雷擊跳閘事件，與此同時，發生故障問題的輸電線路桿塔所處區域對應地形為山區，地面有32°傾角。

在以上實例中，在輸電線路桿塔繞擊耐雷性能的實際計算過程中，相對于傳統意義上的電氣幾何模型法和規程法，實例中選用的改進后的電氣幾何模型法所得到的結果更為貼切，而傳統電氣幾何模型法和規程法計算所得結果相對于線路的實際運行狀況而言較遠一些。本文仿真模型推導計算出的線路跳閘狀況跟實際的狀況較為相似，而在實例中，導致輸電線路桿塔出現跳閘問題的原因在于桿塔高度過高且地面傾角太大，為此，需要強化設施桿塔防雷措施，旨在起到良好的保護作用。

4結束語

綜上所述，將電磁場理論作為關鍵基礎內容，優化構建特超高壓輸電線路桿塔擊距系數模型。通過對相應編程程序的合理應用，參考相關的仿真結果可知，隨著輸電線路桿塔高度的不斷加大，先導對避雷線和導線的擊距也會隨之增加，然而其針對地的擊距卻未發生任何變化。基于相同的輸電線路桿塔高度直線，先導對導線和先導對避雷線的相關擊距數值較為接近，雷電電流幅值的變化會與先導對地面和導線的擊距產生正比關系，其基本不會對相應的擊距系數產生直接影響。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕