某220kV同杆并架输电线路防雷初步设计

2016-08-20黄萍韦宝龙

大科技 2016年18期

关键词：耐雷同塔避雷线

黄萍韦宝龙

（1.广西大学广西南宁 530004 2.广西柳州钢铁集团有限公司广西柳州 545002）

某220kV同杆并架输电线路防雷初步设计

黄萍1韦宝龙2

（1.广西大学广西南宁 530004 2.广西柳州钢铁集团有限公司广西柳州 545002）

本文主要对广西某地220kV同杆并架的甲乙线进行防雷初步设计。本文通过分析输电线路基本参数、气象信息、地形地貌和杆塔类型等条件，按照标设，先初步确定全线架设双避雷线，尽可能降低杆塔接地电阻的防雷措施；然后选择电气几何模型（EGM）法来对本次防雷措施进行绕击跳闸率验算，运用规程法进行反击跳闸率的初步校验，再进行线路防雷措施的改进。最后，按50%绕击跳闸率和50%反击跳闸的比例进行雷击闪络风险评估，经过评估分析，此次防雷设计的线路总雷击跳闸率属B等级，防雷性能良好。

同杆并架线路；防雷设计；耐雷水平；雷击跳闸率

1 引言

90年代后同塔多回输电技术在日、德、俄、加、美、瑞、苏等世界各国都得到大力发展，美日等十几个国家拥有长达3万以上公里的275～500kV同杆并架多回架空输电线路[1]。江苏地区于2004年已经建成国内首条全长为5.417km的220kV鸿山变至荆同变同杆四回架空输电线路。而广东地区基本均采用同杆并架输电线路，截止2010年8月，广东电网220kV及以上线路的全部同塔或部分段同塔线路共计605回，占76.9%，而500kV线路共118回，500kV线路的全部同塔或部分段同塔线路66回，占55.9%[2]。目前，广西电网110kV和220kV的同杆并架输电线路也在逐年增加，但广西是全国雷电灾害的高发地区，很多地区年雷暴日可达80多天，最多雷暴日的可达130多天。可见，做好同杆并架输电线路的防雷措施才能减少雷击跳闸停电事故，提高电力系统的安全稳定运行。

2 防雷方案初选

2.1 设计标准

本文结合线路实际情况，根据我国电力行业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997）、《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）和《架空送电线路运行规程》（DL/T741-2001）等有关标准和规程进行防雷方案设计。

2.2 输电线路相关参数

广西某地220kV同杆并架双回路甲乙线位于平原地段，该地段相对土壤电阻率为ρ≤500Ω·m，年雷暴日为70d，全长7.2km，共20级杆塔，即1～20#杆塔，平地标准常规直线杆塔，均为SZ型铁塔，塔全高为41.5m左右，呼高为24m，线路导线采用LGJ-400/50型导线，为双分裂导线，分裂导线的分裂间距为400mm。

2.3 防雷方案标设

根据我国电力行业相关设计标准，220kV线路宜沿全线架设双避雷线；少雷区宜架设单避雷线。而此次防雷设计是多雷区的广西境内的220kV架空输电线路，每年平均雷暴日为70d，所以采用全线架设双避雷线，避雷线采用GJ-50，档距为400m；根据《110kV～750kV架空输电线路设计规范》（GB50545-2010）的规定，避雷线保护角取小于20°。

按照相关规范和标准，初步选择采用GJ-50型号的避雷线，档距约为400m。选择易发生雷击事故的甲乙线中比较典型的5#～10#杆塔段为分析对象，导线弧垂为11.58m，地线弧垂为9m。此次220kV架空输电线路直线和耐张串采用被广泛使用的FC70P-146悬式绝缘子，结构高度为146mm，爬电距离≥268mm，双回路绝缘子片数暂时均取为13。选择理由是FC70P-146悬式绝缘子机械强度较高，被广泛使用，性能良好。

避雷线横担设置为外侧端到铁塔中心线的长度是3.49m，该杆塔型号都为SZT型，根据避雷线和各导线之间的垂直夹角，通过几何关系计算得到：距离最上层导线横担的高度为4.5m，对上层导线保护角约为10.21°，对最外侧导线保护角约为13.26°，对最下层导线保护角计算为5.37°。

3 雷击跳闸率计算

3.1 绕击跳闸率计算

目前，我国主要使用电力行业标准《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997）推荐的规程法和世界各国采用较多的电气几何模型（EGM）法来进行输电线路绕击跳闸率计算，而规程法只是使用于一般的单回输电线路的绕击跳闸率计算，因此，本次同杆并架双回输电线路防雷设计采用EGM法来进行输电线路绕击跳闸率计算校验。

3.1.1 电气几何模型（EGM）法

电气几何模型（EGM）法在已经在输电线路防雷设计和计算中得到广泛应用，电气几何模型（EGM）法是将线路的结构尺寸和雷电的放电特性关联起来而建立的几何分析与计算模型的方法[1]。

电气几何模型暴露距离法公式为：

3.1.2 绕击跳闸率计算结果

杆塔简化模型：b代表避雷线平均高度，1、2、3分别代表杆塔上、中、下的导线，高度取平均对地高度。

采用电气几何模型法分别求出导线1、2、3的绕击跳闸率，根据回路数算出总的绕击跳闸率，再折算至一回路跳闸率，该地在平原地段，直接取地面倾角为0°时的参数计算。

根据公式计算，得：

hb=35.5m，U50%=1220kV，Ic=6.10kA，rs=32.394m，Ng=5.759次/（km2·y）

从最后计算结果可知：导线1的绕击跳闸率为0.0857次/（100km·y），导线2的绕击跳闸率为0.0785次/（100km·y），导线3的绕击跳闸率为0。

3.2 反击跳闸率计算

3.2.1 反击耐雷水平

我国输电线路防雷反击的计算方法普遍采用行业中的标准法（规程法），所以本文采用这个方法计算反击跳闸率[4]。要求反击跳闸率，就必须先求出输电线路的反击耐雷水平。

我国规程法计算雷击反击跳闸率公式为：

3.2.2 反击跳闸率计算结果

在13片FC70P-146绝缘子和接地电阻为Ri=10Ω下，计算得到：

反击耐雷水平I1=88.62kA，反击跳闸率n1=1.135次/（100km·y），折算至一回路反击跳闸率为0.568次/（100km·y），反击跳闸率相对220kV双回输电线路较高，必须对线路进行相应改进。

4 线路的防雷改进和防同跳的差异化防雷设计

4.1 线路的防雷改进

从计算结果分析，当杆塔接地电阻降到5Ω左右的时候，反击跳闸率相比设计的10Ω降到了56～66%，耐雷水平从88.62kA提高到120kA以上，效果明显，根据计算数据可得，最后确定采用降低杆塔接地电阻的防雷措施，利用人工接地装置和化学降阻剂降低接地电阻至4Ω左右。

4.2 防同跳的差异化防雷设计

从计算结果分析，当绝缘子串绝缘子片数为16片的时候，耐雷水平从13片的130.07kA提高到了151.13kA以上，提高了16.19%左右，而单回反击跳闸率却减少到了0.094次/（100km·y），相对减少了51.05%，效果明显，根据计算数据和经济条件考虑，此次220kV双回路一回路绝缘子串仍采用13片FC70P-146悬式绝缘子，另一回路采用16片FC70P-146悬式绝缘子，提高了一回的绝缘水平，最后形成线路不平衡绝缘防同跳的差异化防雷设计。

5 雷击闪络风险评估

线路防雷改造方案以降低输电线路绕击跳闸率和反击跳闸率为目的。典型线路的雷击闪络风险评估一般先要根据标准雷击跳闸率的考核指标归算至线路实际地闪密度情况下的雷击跳闸率的考核指标，分为A、B、C、D四个雷击闪络风险评估等级区间，然后根据结合线路雷击跳闸情况，根据架空输电线路杆塔防雷闪络风险评估结果等因素，可以确定需要进行杆塔防雷改造的范围[3～4]。

本文设计的某220kV同杆并架输电线路归算到标准雷暴日（Td=40）下的雷击跳闸率为0.315次/（100km·y）。甲乙线平均地闪密度为5.759次/（100km·y），最后可得该线路归算到实际地闪密度情况下允许的雷击跳闸率考核指标为0.653次/（100km·y），然后以50%绕击跳闸和50%反击跳闸的比例进行初步分配，把雷击跳闸率为0.653次/（100km·y）的考核指标以[0，25%]、（25%，50%]、（50%，75%]、（75%，+∞]比例区间分成 A、B、C、D 四个雷击闪络风险评估等级区间，即 A（0，0.163]、B（0.163，0.327]、C（0.327，0.490]、D（0.490，0.653]。可知：此次防雷初步设计的线路绕击跳闸率为0.263次/（100km·y），绕击防护性能良好；线路反击跳闸率为0.285次/（100km·y），总的雷击跳闸率为0.548次/（100km·y），折算至单回雷击跳闸率为0.274次/（100km·y），得到线路雷击闪络风险等级为B区间，防雷性能良好。