淺析500kV輸變電工程設(shè)計(jì)中雷電過(guò)電壓?jiǎn)栴}

王曉偉

摘 要：隨著社會(huì)的不斷發(fā)展和進(jìn)步，人們對(duì)于輸變電工程設(shè)計(jì)中雷電過(guò)電壓?jiǎn)栴}的關(guān)注度越來(lái)越高。我國(guó)現(xiàn)今對(duì)于500kV輸變電工程設(shè)計(jì)中的雷電過(guò)電壓的計(jì)算方式過(guò)于落后，已經(jīng)不能夠滿足于當(dāng)今社會(huì)的和科學(xué)技術(shù)的需求。雖然我國(guó)就此方面的工作做出了許多的研究，但是仍有不足。文章依據(jù)現(xiàn)今500kV輸變電工程設(shè)計(jì)中的雷電過(guò)電壓的計(jì)算方式中的不足提出觀點(diǎn)和建議。

關(guān)鍵詞：500kV輸變電；輸變電工程設(shè)計(jì)；雷電過(guò)電壓?jiǎn)栴}

1 500 kV輸變電所雷電侵入波保護(hù)

1.1 雷擊點(diǎn)

按照我國(guó)規(guī)定的規(guī)程內(nèi)容在變電所外的遠(yuǎn)區(qū)雷擊只計(jì)算2km以外的地方，不需要考慮在2km以內(nèi)的雷擊區(qū)。就實(shí)際而言，能夠?qū)ψ冸娝鶅?nèi)的設(shè)備構(gòu)成威脅的是在2km以內(nèi)的近區(qū)雷擊。2km以外的遠(yuǎn)區(qū)雷擊，由于距離較長(zhǎng)，雷電波在傳輸?shù)倪^(guò)程中會(huì)逐漸減弱和波頭變緩，因此在雷電波侵入變電所內(nèi)設(shè)備的電壓較弱，若以此為考察的目標(biāo)不合適。這大概是沿用高壓和中壓系統(tǒng)的做法，以為進(jìn)線部位有加強(qiáng)絕緣或是設(shè)有避雷線，不會(huì)因?yàn)槔@擊或是反擊而進(jìn)波。事實(shí)上，進(jìn)線部位和非進(jìn)線部位并沒(méi)有什么區(qū)別，很有可能會(huì)因受到雷擊而造成侵入波。

在西歐、日本、美國(guó)等國(guó)家，都把近區(qū)雷擊看作輸變電所侵入波的考查目標(biāo)。我國(guó)對(duì)于500kV輸變電工程設(shè)計(jì)中的雷電過(guò)電壓做過(guò)大量的研究，也都是以近區(qū)雷擊為研究對(duì)象。通過(guò)大量的研究表明，一般情況下的近區(qū)雷擊比遠(yuǎn)區(qū)雷擊的侵入波過(guò)電壓高。

1.2 雷電侵入波的計(jì)算方法

以前在進(jìn)行測(cè)試時(shí)會(huì)受到條件的限制，一般情況下都是通過(guò)防雷分析儀來(lái)判斷侵入波過(guò)電壓假設(shè)在2km處的地方設(shè)置一個(gè)相當(dāng)于幅值的U50%直角波絕緣子串雷電放電電壓，對(duì)于測(cè)量變電所設(shè)備上的過(guò)電壓，現(xiàn)改用計(jì)算機(jī)來(lái)計(jì)算。有人曾提出了仍然使用防雷分析儀的方式。這樣方式理論的基本是絕緣子串放電電壓U50%要大于侵入波過(guò)電壓的幅值，而且它與2km以外的雷擊相關(guān)。在考慮近區(qū)雷擊的情況下，入侵導(dǎo)體形成的雷電流波過(guò)電壓幅值就有超過(guò)過(guò)絕緣子串的臨界放電電壓U50%的可能。一是這個(gè)過(guò)電壓的波頭較為峻峭，因此放點(diǎn)的電壓較強(qiáng)；二是耐張塔放電電壓較高，因此該方法的基礎(chǔ)條件不成立。

1.3 最大雷電流計(jì)算值

如果使用防雷分析儀法，則不需要判斷雷電流的最大值，此方式不合適。如果使用國(guó)際通用法，則需要判斷雷電流的最大值。我國(guó)在規(guī)程中對(duì)此沒(méi)有明確的規(guī)定，此值太高，會(huì)造成一定的浪費(fèi)。若是，此值太低，就會(huì)降低安全性。在日本所統(tǒng)計(jì)的雷電流幅值相較來(lái)說(shuō)較低。在500kV輸變電系統(tǒng)中，其最大雷電流在計(jì)算時(shí)取150kA。但是在西歐等國(guó)家，其最大雷電流在計(jì)算時(shí)取250KA。在選取此值時(shí)要結(jié)合國(guó)情，依據(jù)具體的雷電流幅值分布概率，在選取最大雷電流計(jì)算值時(shí)建議為210～220kA。

1.4 絕緣裕度

在使用慣用法計(jì)算時(shí)，在雷電侵入波過(guò)電壓的影響下，變電所內(nèi)設(shè)備絕緣應(yīng)該留的裕度有多大是一個(gè)重要的問(wèn)題。我國(guó)在規(guī)程中各單位對(duì)此的要求都沒(méi)有明確的規(guī)定，也沒(méi)有相似的要求。建議可以參考IEC71-2標(biāo)準(zhǔn)，而對(duì)于內(nèi)絕緣裕度則取1.15，外絕緣取1.05～1.0。

1.5 變電所內(nèi)的雷電平均無(wú)故障時(shí)間

當(dāng)使用傳統(tǒng)的方法來(lái)計(jì)算最大的雷電侵入波過(guò)電壓時(shí)，沒(méi)有考慮不同變電站運(yùn)行方式的出現(xiàn)幾率，也沒(méi)有計(jì)及各種雷電流幅值、變電所內(nèi)不同的過(guò)電壓、進(jìn)線段桿塔絕緣子串閃絡(luò)的出現(xiàn)幾率。這是采用慣用法的缺點(diǎn)，但是若是采用統(tǒng)計(jì)法卻可以避免這些缺點(diǎn)。但是我國(guó)對(duì)于使用統(tǒng)計(jì)法來(lái)計(jì)算變電所的耐雷指標(biāo)時(shí)沒(méi)有同意的相關(guān)規(guī)定。CIGRE的工作組認(rèn)為，目前可以接受的事故率的典型值為0.1～0.3%，設(shè)計(jì)的失敗率應(yīng)該在這個(gè)范圍內(nèi)。我國(guó)500kV的電網(wǎng)結(jié)構(gòu)不是很強(qiáng)，而且運(yùn)行的水平比較低，因此主張MTBF取值為800-1000a，這也是我國(guó)一些電力運(yùn)行部門希望的結(jié)果。

2 500kV輸電線路的雷擊跳閘率的計(jì)算方式

2.1 反擊

2.1.1 雷擊塔頂時(shí)計(jì)算導(dǎo)線上的感應(yīng)過(guò)電壓

按照我國(guó)規(guī)定的規(guī)程內(nèi)容定感應(yīng)過(guò)電壓U，使用以下公式進(jìn)行計(jì)算：

Ui=ahc（1-（hg/hc）k0）

式中，hc是導(dǎo)線對(duì)地的平均高度；hg是避雷線對(duì)地的平均高度；k0是避雷線和導(dǎo)線之間的藕合系數(shù)；a是雷電流陡度。

當(dāng)hc=50m，hg=60m，k0=0.3，a=57.69kA，則Ui=1846kV，感應(yīng)過(guò)電壓占86%的臨界放電電壓絕緣子串。再加上桿塔橫擔(dān)電壓，不管多么小的桿塔接地電阻，絕緣子串必須閃緣。而此計(jì)算電壓一定遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于實(shí)際的電壓。以上所敘述的計(jì)算公式是在前蘇聯(lián)半個(gè)世紀(jì)以前所研究出來(lái)的成果，因此對(duì)于現(xiàn)代這顆科技發(fā)展過(guò)快的時(shí)代較為落后，所以在運(yùn)用時(shí)不太合適，尤其是對(duì)于大跨越線路、同桿雙回線路、山區(qū)線路等。

在歐洲、美洲、日本等地區(qū)都認(rèn)同有感應(yīng)過(guò)電壓，并且對(duì)此提出了相應(yīng)的計(jì)算公式，但是Ui的計(jì)算比我國(guó)規(guī)程法規(guī)定的計(jì)算要小很多。他們?cè)诜览子?jì)算時(shí)是不考慮感應(yīng)過(guò)電壓這項(xiàng)因素的，因此與中國(guó)、前蘇聯(lián)的做法有很大的差異。

2.1.2 工作電壓的影響

500kV線路的工作電壓較高，在反擊時(shí)，在絕緣子串中已經(jīng)占據(jù)了大部分的兩端電壓比例。在計(jì)算時(shí)忽略耐雷水平影響的工頻電壓，則會(huì)導(dǎo)致出現(xiàn)更大的錯(cuò)誤。在日本、美國(guó)、歐洲等諸多國(guó)家都已經(jīng)考慮到工作電壓的影響，當(dāng)時(shí)我國(guó)還沒(méi)有注意到，因此建議對(duì)此進(jìn)行修改。

2.2 高桿塔繞擊的計(jì)算方式

按照我國(guó)規(guī)定的規(guī)程內(nèi)容對(duì)高桿塔繞擊的計(jì)算方式為：

對(duì)平原線路：lgP=（α/86）-39

對(duì)山區(qū)線路：lgP=（α/86）-335

式中，α為避雷線邊緣導(dǎo)線的保護(hù)角。但是此式在運(yùn)用時(shí)也有一定的條件，α條件為15°：必大于15°小于40°和ht小于50米的前提下，才可以使用此公式，若是不符合此前提標(biāo)準(zhǔn)則不可以。

3 500kV線路的防雷設(shè)計(jì)

同桿雙回線路的好處是可以減小走廊的寬度、增大單位走廊寬度內(nèi)的輸電容量、節(jié)約成本。日本的500kV的線路幾乎都是采用同桿雙回線路的方法。這種方法在歐美等國(guó)家非常盛行，現(xiàn)今在我國(guó)的使用率也越來(lái)越高。其中有一個(gè)極為重大的問(wèn)題就是耐雷性能變差，這些還需要進(jìn)一步的深入研究。在我國(guó)現(xiàn)有規(guī)程內(nèi)關(guān)于防雷計(jì)算方法的內(nèi)容都只適用于單回路。同桿雙回線路的特點(diǎn)有兩點(diǎn)，第一是桿塔高，容易發(fā)生繞擊和反擊的現(xiàn)象，第二是在發(fā)生雷擊桿塔的同時(shí)導(dǎo)致雙回同時(shí)跳閘的狀況發(fā)生。如果使用規(guī)程法內(nèi)的計(jì)算方法同桿雙回線路的總跳閘率較高，而且基本上都是雙回同時(shí)跳閘，這同實(shí)際情況是不吻合的，因此需要進(jìn)一步的研究，并整理出一套完整的防雷計(jì)算方法，以方便相關(guān)的使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

由于我國(guó)的發(fā)展日益完善，不斷的與國(guó)際接軌，因此在500kV輸變電工程設(shè)計(jì)中雷電過(guò)電壓中暴露出一些問(wèn)題，需要不斷地修改與補(bǔ)充。希望通過(guò)文章的論述，可以提高此項(xiàng)工作的安全性和合理性。

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