浅谈110kV高压输电线路杆塔分流系数

陈国宇

摘要：高压输电线路是电力系统的重要组成部分，而其安全性与杆塔分流系数具有密切的关系。文章简要分析了高压输电线路杆塔分流系数的重要性，影响杆塔分流系数的几个重要因素，包括雷电流幅值、雷电流陡度和杆塔接地电阻，不同条件下的杆塔分流系数及其计算测定方法。

关键词：高压输电线路；输电线杆塔；分流系数

中图分类号：TM753 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）03-0139-02

高压输电线路是电力系统中最为重要的组成部分，而雷电是影响输电线路安全性的重要因素。在输电线路防雷计算中需要考虑到几个重要的参数，包括地闪密度、击杆率、杆塔分流系数及绕击率等，其中的杆塔分流系数是就算杆塔耐雷击水平的重要参数。本文就杆塔分流系数的相关方面进行了探讨，为杆塔分流系数的调节应用提供基础。

1 高压输电线路杆塔分流系数的重要性

通常的杆塔计算模型主要有三类，即集中电感、单一波阻抗及多波阻抗模拟的杆塔。三种模型各有各的优缺点，而在实际当中最多使用的是集中电感模拟杆塔。在电感模拟杆塔中对于塔顶电位的计算，按照下式进行计算：

式中：

Ri—冲击接地电阻

Lt—总电感

dIt/dt—雷电流陡度

βtow—分流系数

It—雷电流值

I—雷电流

构成塔顶电位有两部分：（1）接地冲击电阻引起的电压；（2）雷电流变化引起杆塔电感的感应电压，它们都与杆塔分流系数紧密相关。除了塔顶电位之外，如绝缘配合、绝缘击穿等都是与杆塔风流系数相关联的。但是在工程设计应用时，为了设计计算的方便，常将βtow取定为常数，如在单根避雷针设计时，取βtow=0.9，双根避雷针设计时，取βtow=0.86。而实际情况是βtow的值，受到很多因素的影响，如雷电流的陡度、幅值、雷击杆塔部位等的不同而有不同的计算方法，因此将杆塔分流系数取定为常数，是存在安全隐患的，不利于提高输电线路的绝缘可靠性。

2 高压输电线路杆塔分流系数的影响因素

2.1 雷电流幅值对分流系数的影响

理论上而言，杆塔电感对雷电流有一定的阻流效应，但是阻流的能力是随着时间的变化而表现出不同的阻流效果，所以分析认为杆塔分流系数是随着时间的变化而改变的。在一定的雷电流波形下，进行仿真模拟试验确发现，雷电流幅值的变化并未导致杆塔分流系数的显著变化，分析其中的原因，认为杆塔和避雷线上的电流是同步变化的，变化比例系数相同，因此杆塔分流系数未见显著变化。

2.2 雷电流陡度对分流系数的影响

在雷电流幅值固定的前提下，雷电流陡度的影响分成两种情况：（1）雷电波以斜角波时，根据DL/T620-1997中的规定，其中Lg是避雷线

的等效电感值，所以杆塔分流系数与雷电流的陡度大小无关。（2）而实际雷电流的波形是变化的，故杆塔分流系数与是会随着雷电流陡度的变化而改变的。在波形发生改变时，雷电流陡度调整变化，尤其是雷电流幅值固定时，即使很小的波头变化，也会导致陡度的极大变化，因此，在集中电感模拟的杆塔设计计算时，陡度的增大会导致分流系数的减小。

2.3 杆塔接地电阻对分流系数的影响

杆塔接地电阻的大小受到土壤特性和季节性冻土的影响，在一般的情况下，土壤特性可以在杆塔设计建设时进行测定，以确定杆塔的分流系数，但是对于季节性变化的引起的土壤电阻的大小的改变，会直接影响到杆塔分流系数的确定。总体而言，冻土层的厚度小于接地装置的埋深时，土壤高阻层对杆塔接地电阻的影响很小，而在超过接地装置的埋深时，则会急剧的增大。当冻土层厚达到3m时，杆塔接地电阻是正常季节30左右。所以在设计接地到导线时要充分考虑到季节性冻土对电阻的影响，应取用最差条件下的分流系数作为设计参数。另外通过增加垂直接地极可有效的改善输电线路的稳定性。

3 不同条件下的杆塔分流系数的变化

对杆塔而言，线路避雷器的防雷执行有两个方面：一方面雷电直接击中杆塔的顶部或档距中部时，钳电位发挥作用，通过线路避雷器向被保护相的导线分流，其再与地线耦合，以降低杆塔顶部的雷电位，提高杆塔绝缘子串的耐雷击水平；另一方面，雷电绕击输电线路的导线时，也通过钳电位作用，防止保护相绝缘子串闪络，此时雷电流分向杆塔。（1）雷击杆塔顶部。雷电流主要通过杆塔两侧相邻导线进行分流，是相对较为简单的情况。（2）雷击线路档距中部。雷电流经雷击点两侧的避雷线电感分流后，再流向两侧杆塔入地。（3）雷电绕击导线。雷电流一部分在绕击点和线路避雷器段导线产生电感，再进入杆塔进一步分流，而另一部分则直接流入大地。在忽略残压的情况下，认为杆塔冲击接地电阻在7～15Ω时，雷击杆塔顶部，杆塔分流系数在0.0717～0.0954，线路避雷器能向导线分流7%～10%，并且随着杆塔冲击电阻的增大而增大。在雷击档距中部时，可分流量在6%～8%，而在雷电绕击导线时，杆塔分流系数在0.7124～0.7390之间，避雷器可向大地分流72%左右，在此情况下，杆塔冲击电阻越小，杆塔分流系数越大，避雷器避雷作用越明显。

4 高压输电线路杆塔分流系数的测定

杆塔避雷线分流系数可通过，序分量法、相分量法和简易计算法等方法来计算得到，但是由于各方法都存在一定的缺陷，缺乏实际可用性，如：序分量法对于避雷线分流线的计算十分的麻烦，而相分量法则存在有计算中有很多的未知参数。正如前文所分析的杆塔分流系数的准确性是关乎高压输电线路安全性的关键性参数，所以准确有效的得到分流系数是进行输电线路设计必要的，而通过现场测试的方法得到原始数据计算得到的分流系数更为准确。与各种理论计算方法相比具有更为直接有效的优势，并且现场测试所需的仪器仪表没有特殊的要求，如电流表、空气开关，数字万用表和滑动变阻器等，它们均是电力测试中常用的设备。

但是值得指出的是现场测量不是直接的测定后，从仪器仪表上读出杆塔分流系数，而是通过电流电压法测定出避雷线分流接地阻抗上的压降和电流，以此为基础计算出避雷线分流接地阻抗大小和杆塔分流系数。其中在采集到足够的实际数据之后，通过计算方法，如最小二乘法，它是几组数据来寻找出两个变量的近似函数关系，得到的公式称之为经验公式。

5 结语

高压输电线路杆塔分流系数是关系到输电线路安全性的重要参数，而在以往的计算应用当中往往认为其是一定的常数，因此可能会导致高压输电线路埋下安全隐患，存在不切合实际情况的现象。另外，对于分流系数的测定多停留在繁复的计算当中，缺乏实际测定的经验，这样也会导致数据的不准确，所以对于高压输电线路杆塔分流系数的研究仍旧有许多的工作要探索。

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