特高壓直流輸電線路耐雷性能分析方法研究

王法治 張巧 王遠(yuǎn)

摘 要：本文首先對特高壓直流輸電線路耐雷性能的影響因素進(jìn)行了概述，分析了接地電阻、絕緣子串長度、桿塔高度影響等因素；隨后，重點(diǎn)分析了特高壓直流輸電線路的耐雷性能模型分析方法，旨在為關(guān)注這一領(lǐng)域的人士提供一些可行性較高的參考意見。

關(guān)鍵詞：特高壓直流輸電；耐雷性能；雷電流模型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.167

0 引言

隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，社會各界對于我國電力系統(tǒng)供配電領(lǐng)域的發(fā)展，尤其是特高壓直流輸電線路質(zhì)量，與線路耐雷性能等方面關(guān)注程度越來越高。對于現(xiàn)代化的電力系統(tǒng)供配電管理工作來說，特高壓線路的質(zhì)量會受到許多不同因素的影響。其中，雷電對線路質(zhì)量和穩(wěn)定性的影響最為明顯。如何對特高壓直流輸電線路的進(jìn)行系統(tǒng)分析，成為了相關(guān)領(lǐng)域工作人員的工作重點(diǎn)之一。

1 特高壓直流輸電線路耐雷性能影響因素

特高壓直流輸電線路的耐雷性能會受到多種不同的因素影響，具體內(nèi)容如下：

1.1 接地電阻影響

特高壓直流輸電線路中，桿塔接地電阻的大小，對橫擔(dān)電位存在影響，進(jìn)而會影響線路整體的耐雷水平。在輸電線路的設(shè)計中，降低桿塔接接地電阻，是一項(xiàng)十分有效的反擊耐雷水平的方法。據(jù)此，應(yīng)用相交計算法，可以使系統(tǒng)的耐雷水平達(dá)到最高；應(yīng)用規(guī)程法計算得出的耐雷水平最低。并且，特高壓直流輸電線路的耐雷水平，會隨著電阻的增加而降低。現(xiàn)代發(fā)展法曲線，呈現(xiàn)出十分明顯的下降趨勢。當(dāng)系統(tǒng)線路的接地電阻從5Ω增加到20Ω時，系統(tǒng)的耐雷水平會降低約70kA。可見，提升線路的接地電阻是提高線路耐雷水平的有效措施[1]。

1.2 絕緣子串長度影響

絕緣子串長度的增加，會在一定程度上，提升絕緣子串的絕緣水平，最終達(dá)到提高輸電線路耐雷水平的目的。比如，在仿真試驗(yàn)中，可以將500kV的絕緣子串長度從原本的6m提高到7.5m，同時，將800kV的絕緣子串長度從原本的10m提升到11.5m。通過分析可以得出，不同絕緣子串長度情況下，特高壓直流輸電線路的耐雷水平。

1.3 桿塔高度影響

桿塔高度的增加，會使線路的反擊耐雷能力下降。出現(xiàn)此種情況的主要原因是，雷擊發(fā)生之后的雷電波，會在桿塔內(nèi)部傳播時間延長。經(jīng)過接地電阻之后，再返回到桿塔之中。該過程會在一定程度上，削弱雷電流的作用。比如，某地區(qū)在進(jìn)行仿真試驗(yàn)時，分別設(shè)定了高度為50m、60m和70m的桿塔，在其他條件相同時，判斷不同桿塔的實(shí)際耐雷水平，得出了相同的結(jié)論。

2 特高壓直流輸電線路耐雷性能模型分析

特高壓直流輸電線路的耐雷性能研究工作，需要借助耐雷性能的分析模型和科學(xué)的研究方法。

2.1 仿真計算模型

（1）線路模型。在特高壓直流輸電線路的應(yīng)用中，雷電波本身具有較多的高頻率諧波波段。所以，在對類帶輸電線路進(jìn)行測試時，要綜合分析到線路隨著頻率變化和雷電流頻變特征。比如，應(yīng)用ATPDraw當(dāng)中的JMARTI模型，計算輸入特高壓直流輸電線路所在區(qū)域，各個線路的參數(shù)。根據(jù)ATPDraw進(jìn)行計算模擬，最終可以得出特高壓直流輸電線路的反擊雷擊模型電路圖。

（2）雷電流模型。雷電流模型式波形仿真模型中的一種特殊形式。應(yīng)用該仿真模型時，需要對輸電線路的防雷計算和設(shè)計特征進(jìn)行模擬。根據(jù)國家電力系統(tǒng)特高壓直流輸電線路的管理標(biāo)準(zhǔn)可以得出，仿真雷電流主要是通過一個電流源并聯(lián)波阻抗進(jìn)行模擬實(shí)現(xiàn)的方法。并聯(lián)的波阻抗阻值在100Ω至400Ω之間，此時將雷電波阻設(shè)定為300Ω。仿真選用的標(biāo)準(zhǔn)雷電流波形的雙指數(shù)波模型，模型公式為：

其中，Im為固定雷電流值，α和β是標(biāo)準(zhǔn)常數(shù)，t為雷電發(fā)生的時間。

（3）接地電阻模型。接地電阻模型的數(shù)值，對于線路反擊耐雷性能具有關(guān)鍵影響，根據(jù)接地電阻模型，可以計算得出雷電流和耐雷性能的函數(shù)關(guān)系。雷擊桿塔頂端之后，會有一定大小的雷電流經(jīng)過接地體泄流。在計算中，應(yīng)用IEC推薦的公式進(jìn)行計算：

其中，R0為接地電阻的阻值；I為通過接地體的雷電流數(shù)值。I0為使土壤發(fā)生電離的最小電流值。

2.2 耐雷性能分析

（1）雷擊桿塔頂部。按照雷擊的位置，可以將雷擊的情況分成多種不同的類型，其中，影響最為明顯的為雷擊桿塔頂部對特高壓直流輸電線路造成的影響。在對特高壓直流輸電線路進(jìn)行分析時，模擬仿真雷擊桿塔頂部的情況。比如，在這一過程中，可以應(yīng)用負(fù)極性雷電波擊桿塔頂端的方法。在仿真模擬中，雷擊會導(dǎo)致正極導(dǎo)線的絕緣子承受更大的過電壓。在進(jìn)行分析時，要根據(jù)正極性導(dǎo)線絕緣子的電位，實(shí)現(xiàn)仿真分析。將接地電阻設(shè)定為30Ω，可以得出，當(dāng)雷電流為-350kA時，在0.0003s之后，正極導(dǎo)線電位會發(fā)生畸變，使系統(tǒng)進(jìn)入到6MV峰值之后，迅速恢復(fù)到正常的工作電壓。此時，絕緣子沒有產(chǎn)生閃絡(luò)情況。

（2）雷擊避雷線中央。在對雷擊避雷線中央的情況進(jìn)行模擬仿真時，同樣可以將接地電阻的初始值設(shè)定為30Ω。通過對正極性導(dǎo)線絕緣子沒有發(fā)生閃絡(luò)時的波形圖，與發(fā)生閃絡(luò)的波形圖進(jìn)行對比。經(jīng)過計算可以得出，當(dāng)雷電流幅值為-460kA時，系統(tǒng)內(nèi)部的絕緣子沒有發(fā)生閃絡(luò)；當(dāng)雷電流的幅值為-472kA時，正極性導(dǎo)線的絕緣子開始出現(xiàn)閃絡(luò)。因此，可以得出，雷擊避雷線擋距中央部分的耐雷水平為-472kA。結(jié)合系統(tǒng)當(dāng)中的歷史數(shù)據(jù)，可以進(jìn)一步得出特高壓直流輸電線路的耐雷擊水平，進(jìn)而有針對地對系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計。

3 總結(jié)

綜上所述，文章在對特高壓直流輸電線路的耐雷性能影響因素進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步探究了特高壓直流輸電線路的模型分析方法。通過搭建線路模型、雷電流模型、接地電阻模型等方法，可以使仿真計算模型發(fā)揮出最大的應(yīng)用功效。搭配雷電桿塔頂部性能分析、雷擊避雷線中央分析方法，有利于優(yōu)化特高壓直流輸電線路的分析結(jié)果。

參考文獻(xiàn)：

[1]周羽生，劉詩涵，劉超智.酒湖線湖南段特高壓直流輸電線路耐雷性能分析[J].電瓷避雷器，2018（02）：8-14+19.