500kV雙回垂直排列緊湊型線路防雷性能分析

朱偉俊 鄧文強 葉世順

（1.中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司，湖南長沙 410007；

2.湖南省送變電工程公司，湖南株洲 412000）

500kV雙回垂直排列緊湊型線路防雷性能分析

朱偉俊1鄧文強2葉世順1

（1.中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司，湖南長沙 410007；

2.湖南省送變電工程公司，湖南株洲 412000）

500kV雙回垂直排列緊湊型線路是一種新型輸電線路，較常規(guī)500kV雙回路減少房屋拆遷40%以上。基于此，通過計算分析得出500kV雙回垂直排列緊湊型線路的防雷性能優(yōu)于常規(guī)雙回線路，并就進一步提高其耐雷水平提出建議。

垂直排列；緊湊型線路；耐雷水平；雷電跳閘率

500 kV雙回垂直排列緊湊型線路首次應用于湖南長沙星沙-星城500kV送電線路工程，如圖1所示。較之采用常規(guī)雙回路塔架設方案，減少房屋拆遷面積1 120m2/km，節(jié)約綜合造價290萬/km。考慮到500kV雙回垂直排列緊湊型線路導線布置新穎，塔頭高度較大，有必要就其防雷性能進行專門分析。

1 雷擊塔頂時耐雷水平的計算

輸電線路的防雷性能與耐雷水平有關，雷擊塔頂時耐雷水平［1］I1計算如下：

圖1500 kV雙回垂直排列緊湊型線路

式（1）中，I1與沖擊接地電阻Rsu、桿塔高度有關外，也與導地線幾何耦合系數(shù)K0相關，K0主要取決于導地線布置。500kV雙回垂直排列緊湊型線路導地線布置新穎，同一回路三相導線距離為7.7m-7.5m-7.7m，上下回路導線垂直距離為12m，導地線垂直距離8m，地線和相鄰層導線水平位移2m，這種布置方式與常規(guī)雙回路塔有很大不同，如圖2所示。

表1雙回路垂直排列緊湊型線路鐵塔和常規(guī)雙回路鼓形塔耐雷水平

表2雷擊桿塔跳閘率

圖2 塔頭布置圖

雙回路垂直排列緊湊型線路鐵塔和常規(guī)雙回路鼓形塔耐雷水平計算結果如表1所示。

由表1可知，雙回路垂直排列緊湊型線路鐵塔沖擊接地電阻20Ω以下時，可滿足500kV線路耐雷水平大于125kA的要求［2］。雙回路垂直排列緊湊型線路鐵塔耐雷水平高于常規(guī)雙回路鼓形塔，呼高和沖擊接地電阻越低時，優(yōu)勢越明顯。由于地線的耦合作用，最上層導線耐雷水平可能高于其他層導線，雙回路垂直排列緊湊型線路鐵塔在這一點上更加明顯，由此可適當增長第3層導線絕緣子串長度，提高其50%沖擊放電電壓U50%，使第3層導線耐雷水平高于第4層導線；同時將沖擊接地電阻限制在15～20Ω以下，使第2層導線耐雷水平高于第4層導線，從而提高雙回路垂直排列緊湊型線路鐵塔的整體耐雷水平。

2 雷電跳閘率計算

根據(jù)雷擊輸電線路部位不同，雷電過電壓可以分為如下4種：①雷擊桿塔；②雷擊避雷線檔距中央；③雷電直接擊中導線，即繞擊事故；④雷擊導線附近地面，導線上的感應過電壓。其中第②種和第④種情況一般不易在較高電壓等級線路上造成閃絡事故，在計算500kV線路防雷性能時，一般主要考慮①③兩種情況，即雷擊桿塔和雷電繞擊情況。雷電跳閘率n=n1+n2，n1為雷擊桿塔跳閘率，n2為繞擊跳閘率。

2.1 雷擊桿塔跳閘率

雷擊桿塔跳閘率計算公式如下：

n1=NgP1η（2）

式（2）中，N是每100km線路每年遭受雷擊的次數(shù)，N=0.1γT（b+10hav），取雷暴日T為40；γ為雷電密度，γ= 0.023T0.3=0.07；b為避雷線間距，取11.5；hav為地線平均高

度；g是擊桿率，對于雙地線線路，平原取1/6，山地取1/ 4；P1是雷電流幅值超過雷擊桿塔耐雷水平I1的概率，lgP1=-I1/88；η是建弧率，η=（4.5E0.75-14）×10-2，E為絕緣子串的平均運行電壓梯度，對于500kV線路復合絕緣子串長4 900mm，E=70.41kV/m。計算得到雷擊桿塔跳閘率n1如表2所示。

由表2可知，由于耐雷水平較高，同時地線間距較小，雙回路垂直排列緊湊型線路鐵塔雷擊桿塔跳閘率低于常規(guī)雙回路鼓形塔。

2.2 繞擊跳閘率

繞擊跳閘率n2計算公式如下：

式（3）中，N、η同2.1；Pθ為繞擊率，按經(jīng)驗公式計算，平原線路，山區(qū)線路θ為地線對外側導線的保護角，h為地線懸掛高度；P2是雷電流幅值超過雷擊導線耐雷水平I2的概率，lgP2=-I2/88，I2=U50%/100。計算得到繞擊跳閘率n2如表3所示。

表3繞擊跳閘率

由表3可知，由于雙回路垂直排列緊湊型線路鐵塔防雷保護角最大為-4.27°（第2層導線），而常規(guī)雙回路鼓形塔防雷保護角最大為0°（第2層導線）。因此，雙回路垂直排列緊湊型線路繞擊跳閘率遠低于常規(guī)雙回線路。

2.3 線路雷電跳閘率

綜合雷擊桿塔跳閘率和繞擊跳閘率后，線路雷電跳閘率如表4所示。以線路平均呼高42m，沖擊接地電阻15Ω時，雙回路垂直排列緊湊型線路雷電跳閘率較常規(guī)雙回路降低12%左右。桿塔呼高和沖擊接地電阻越低，雙回路垂直排列緊湊型線路雷電跳閘優(yōu)勢越明顯。

表4線路雷電跳閘率

3 線路運行經(jīng)驗

國內第一條雙回路垂直排列緊湊型線路星沙-星城500kV送電線路已于2014年7月投運，2a多來未發(fā)生雷電跳閘故障。而同期湖南地區(qū)500kV常規(guī)雙回鼓形塔線路，如艾鶴雙回、黔艷雙回、湘云雙回等均有雷電跳閘記錄，合計雷電跳閘率0.623次/100km·a。運行經(jīng)驗證明，500kV雙回垂直排列緊湊型線路防雷性能優(yōu)于常規(guī)雙回鼓形塔線路。

4 結論

①由于導地線布置緊湊，地線間距小，500kV雙回垂直排列緊湊型線路耐雷水平和雷電跳閘率均優(yōu)于常規(guī)鼓形塔線路。

②沖擊接地電阻20Ω以下時，500kV雙回垂直排列緊湊型鐵塔耐雷水平高于125kA。沖擊接地電阻15Ω以下時，雷擊跳閘率0.4次/100km·a左右，與500kV線路運行參照值接近。鐵塔呼高增加時，應進一步降低沖擊接地電阻，滿足防雷性能要求。

③建議適當增加“V”串的絕緣子長度，進一步提高500kV雙回垂直排列緊湊型線路耐雷水平。

［1］國家電力公司東北電力設計院.電力工程高壓送電線路設計手冊［M］.北京：中國電力出版社，2002.

［2］DL/T620-1997.交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合［S］.

Lightning Protection Performance Analysis of 500kV Double Circuit Vertical Arrangement Compact Transmission Line

Zhu Weijun1Deng Wenqiang2Ye Shishun1
（1.China Energy Engineering Co.Ltd.Hunan Electricity Power Design Institute，Changsha Hunan 410007；2.Hunan Power Transmission and Distribution Engineering Company，Zhuzhou Hunan 412000）

500kV double circuit vertical arrangement compact transmission line is a new type overhead power line, which reduces over 40%house demolition as regular double circuit transmission line.Based on this,Through calcula?tion and analysis,it was concluded that the lightning protection performance of the 500kV double circuit vertical ar?rangement compact transmission line excelled that of regular double circuit transmission line,and threw out a sugges?tion for increasing its lightning protection level.

vertical arrangement；compact transmission line；lightning protection level；lightning trip rate

TM751

A

1003-5168（2016）10-0151-03

2016-09-15

朱偉俊（1980-），男，碩士，工程師，研究方向：輸電線路設計；鄧文強（1984-），男，本科，工程師，研究方向：輸電線路運檢；葉世順（1975-），男，工程師，研究方向：輸電線路設計。