500kV双回垂直排列紧凑型线路防雷性能分析

2018-11-24中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司朱伟俊

大众用电 2018年11期

● 中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司吴煌朱伟俊

目前国内500kV双回路线路大多采用垂直排列鼓形铁塔，边导线宽度约22m，拆房范围约32m。随着国民经济的持续发展和城镇建设的不断提速，输电线路走廊日益紧张，房屋拆迁成本居高不下，工程建设难度持续加大。为尽量压缩线路走廊，减少房屋拆迁量，一种新型输电线路——双回垂直排列紧凑型线路首次在湖南长沙星沙至星城500kV输电线路上得到应用。较之采用常规双回鼓形铁塔架设方案，减少房屋拆迁面积1120m2/km，节约综合造价290万元/km。考虑到500kV双回垂直排列紧凑型线路导线布置新颖，塔头高度较大，有必要就其防雷性能进行专门分析。

1 雷击塔顶时耐雷水平的计算

输电线路的防雷性能与耐雷水平有关，雷击塔顶时耐雷水平I1计算如下：

式中：U50%-绝缘子串50%冲击放电电压（kV）；k-导地线电晕耦合系数；K0-导地线几何耦合系数；Rsu-杆塔接地装置的冲击接地电阻（Ω）；ha-导线横担高度（m）；h1-地线横担高度（m）；Lt-杆塔电感（μH）；hgv-地线平均高度（m）；hav-导线平均高度（m）；β-杆塔分流系数。

根据（1）式，I1与冲击接地电阻Rsu、杆塔高度有关外，也与导地线几何耦合系数K0相关，K0主要取决于导地线布置。500kV双回垂直排列紧凑型铁塔导地线布置新颖，同一回路三相导线距离为7.7m-7.5m-7.7m，上下回路导线垂直距离为12m，导地线垂直距离8m，地线和相邻层导线水平位移2m，这种布置方式与常规双回路塔有很大不同。

双回路垂直排列紧凑型铁塔和常规双回路鼓形铁塔耐雷水平（kA）计算如表1。

由表1可知，双回路垂直排列紧凑型铁塔冲击接地电阻20Ω以下时，可满足500kV线路耐雷水平大于125kA的要求。双回路垂直排列紧凑型铁塔耐雷水平高于常规双回路鼓形铁塔，呼高和冲击接地电阻越低时，优势越明显。由于地线的耦合作用，最上层导线耐雷水平可能高于其它层导线，双回路垂直排列紧凑型铁塔在这一点上更加明显，由此可适当增长第三层导线绝缘子串长度，提高其50%冲击放电电压U50%，使第三层导线耐雷水平高于第四层导线；同时将冲击接地电阻限制在15～20Ω以下，使第二层导线耐雷水平高于第四层导线，从而提高双回路垂直排列紧凑型铁塔的整体耐雷水平。

表1 双回路垂直排列紧凑型铁塔和常规双回路鼓形铁塔耐雷水平比较

2 雷电跳闸率计算

根据雷击输电线路部位不同，雷电过电压可以分为以下4种：

（1）雷击杆塔；（2）雷击避雷线档距中央；（3）雷电直接击中导线，即绕击事故；（4）雷击导线附近地面，导线上的感应过电压。其中第（2）种和第（4）种情况一般不易在较高电压等级线路上造成闪络事故，在计算500kV线路防雷性能时，一般主要考虑（1）（3）两种情况，即雷击杆塔和雷电绕击情况。雷电跳闸率n=n1+n2，n1为雷击杆塔跳闸率，n2为绕击跳闸率。

2.1 雷击杆塔跳闸率

表2 雷击杆塔跳闸率

由表2可知，由于耐雷水平较高，同时地线间距较小，双回路垂直排列紧凑型铁塔雷击杆塔跳闸率低于常规双回路鼓形塔。

2.2 绕击跳闸率

绕击跳闸率n2计算公式如下：

表3 绕击跳闸率

由表3可知，由于双回路垂直排列紧凑型铁塔防雷保护角最大为-4.27°(第二层导线)，而常规双回路鼓形铁塔防雷保护角最大为0°(第二层导线)，因此双回路垂直排列紧凑型线路绕击跳闸率远低于常规双回线路。

2.3 线路雷电跳闸率

综合雷击杆塔跳闸率和绕击跳闸率后，线路雷电跳闸率如表4。以线路平均呼高42m，冲击接地电阻15Ω时，双回路垂直排列紧凑型线路雷电跳闸率较常规双回路降低12%左右。杆塔呼高和冲击接地电阻越低，双回路垂直排列紧凑型线路雷电跳闸优势越明显。

表4 线路雷电跳闸率

3 线路运行经验

国内第一条双回路垂直排列紧凑型线路星沙至星城500kV送电线路已于2014年7月投运，4年多来未发生雷电跳闸故障。而同期湖南地区500kV常规双回鼓形塔线路，如艾鹤双回、黔艳双回、湘云双回等均有雷电跳闸记录，合计雷电跳闸率0.623次/100km·年。运行经验证明500kV双回垂直排列紧凑型线路防雷性能优于常规双回鼓形塔线路。