特高压输电线路防雷技术的探讨

[size=+0]1 引言

　　特高压（UHV）是指1000千伏及以上电压。在我国，特高压电网是指1000千伏交流和±800千伏直流电压等级的输电网络。由于特高压输电线路跨大区、跨流域、长距离，受地理环境和恶劣天气的影响大，特别大部分特高压输电线路地处山区，雷害活动十分频繁，就导致了输电线路的故障中雷害占据了首要位置。国外研究特高压输电及其防雷技术至今已有将近四十年的历史，其目的是继续提高输电能力，实现大功率的中、远距离输电，以及实现远距离的电力系统互联，建成联合电力系统。本文就通过对前苏联的特高压输电线路的防雷工程实践分析，来探讨中国发展特高压输电线路的防雷应注意的问题。

　　前苏联从上世纪60年代开始研究特高压输电防雷技术，集中了政府、科研、设计和大专院校等庞大的技术力量，按照理论研究、实用技术研究和试验、电气设备研制和工业性试验运行考核三大步骤进行了大量的工作，研究取得了突破性的进展，获取的数据和资料可以满足工程建设的需要[5]。为了研究1150kV线路的雷击特性以及雷电跳闸的概率，前苏联对于杆塔上雷电流的测量、雷击线路的位置等的综合研究从1985年就已经开始了，下表是俄罗斯500kV,1150kV两种输电线路从1985到1994十年间按跳闸原因分类的跳闸数和自动重合闸后线路的稳定跳闸数[1]。由表1可以看出，随着线路额定电压的增加，雷电跳闸占跳闸总数的比例上升，从500kV的17.5%增加到1150kV的84.2%，雷电事故跳闸占事故跳闸总数的比例也从500kV的12.23％增加到1150kV的75%；但是线路每百公里的平均跳闸率却随着线路额定电压的增加而减少，1150kV的每百公里的平均跳闸率仅为500kV的三分之一左右。

　该结果方面说明了由于1150kV特高压输电技术要求较高，因而线路的设计、建造、调试都是由具有专业技能的运行人员专门负责的，从而使得1150kV线路的稳定性大大提高，线路平均跳闸率大大降低；另一方面也表示由于特高压输电线路结构的增大，在人为因素对系统的影响可以忽略的前提下，使得不能控制的自然界的影响显得更加巨大，其中雷害在自然界对特高压线路的跳闸影响中又占主要地位。运行数据分析通常把雷击线路跳闸归结为两部分：雷击杆塔引起的绝缘子串反击闪络跳闸及雷电绕击到避雷线保护范围内击中相导线的绕击跳闸。

2.1雷击杆塔的耐雷水平

　　雷击杆塔时的耐雷水平，按下式计算：

…………………式(1)

式中：

：绝缘子串的50%冲击闪络电压，

：最大运行线电压，

K：导线与避雷线间的耦合系数，

：杆塔的分流系数，

：杆塔接地装置的冲击接地电阻，

：杆塔的等值电感，

：导线的平均高度。

　　由于在特高压输电线路中线路工作电压在绝缘子所占的比重较大，因此式(1)中把工作电压半周内的平均值加到了绝缘子串所受到的雷电压过电压中考虑。通过上式可以计算出，1150kV线路在雷击杆塔时的耐雷水平是比较高的，可以承受250kA的冲击电流，即使杆塔冲击接地电阻达到15Ω，雷击杆塔时雷电流超过耐雷水平的概率也很小，如果降低杆塔的接地电阻，耐雷水平将会更高，从而雷击杆塔时绝缘子串闪络的概率可以忽略不计,详细参考文献[2]、[3]。

2.2雷绕击导线时的耐雷水平

　　雷绕击导线时的耐雷水平，可用下面公式：

…………………式(2)

　　导线上的过电压由工作电压和雷电过电压叠加，所以考虑工作电压的影响

　　 和 分别为雷电通道的阻波阻抗和导线的波阻抗。如果取 =300~1000欧、 =240欧，求得： =300欧是， =39.4KA；雷电流超过的概率为43.2%； =1000欧是， =31.5KA；雷电流超过的概率为51.1%；然而雷绕击导线的耐雷水平却很不理想，20~30kA的雷电冲击电流就可能造成威胁，1150kV的雷击跳闸主要由绕击引起。

　　借鉴前苏联特高压输电线路防雷运行经验，我国发展特高压线路可采取以下措施降低雷击跳闸率：

　　(1) 杆塔高度越高、地面倾角越大、线路保护角就越大,线路绕击跳闸率也就越高，增加绝缘子片数可以降低绕击跳闸率。采用悬挂式避雷器，以降低线路上的雷电过电压，减小绝缘子串闪络次数。或者降低保护角，以减小边相导线的绕击率。如日本的1000kV高压线路采用双回路自立式铁塔，保护角设计为负值，则其绕击率非常小。

　　(2)改进导线布置，减小中间导线绕击率。可将三相导线按倒三角形排列以降低中间导线的高度，减小绕击率。

　　(3)随着输电电压的升高，杆塔高度对绕击率的影响明显增加，因此，要求尽可能降低杆塔高度。同时, 为了减少雷击造成反击，可限制杆塔冲击接地电阻在10Ω以下。

　　(4) 特高压输电线路杆塔上较高的绝缘强度,使其具有较良好的承受雷电反击的能力。但杆塔较高的同塔双回线路比单回路要差。如特高压架空输电线路采用此种塔型,需要遵循线路雷击选择性规律,妥善作出因地制宜的良好防雷设计。

　　(5)特高压输电线路雷电绕击闪络是雷击跳闸主要起因[4]。若进一步减小绝缘子串长度，降低绝缘冲击强度，同时使得避雷线与导线之间垂直距离缩短，将会增大雷电绕击率。这对避雷线正保护角线路，是一个最不利的影响因素，可采取增高避雷线支持高度或防止档中避雷线移动。

　　特高压输电线路防雷技术是一项技术十分复杂的系统工程,需要解决的问题很多。正确的设计应该可以解决特高压线路的防雷击问题。如通过降低杆塔的接地电阻减小反击率，全线采用负屏蔽角、三相导线倒三角形排列等措施来降低绕击率等。前苏联在特高压线路防雷方面开展了大量卓有成效的工作，这些科研成果都可以作为我国特高压工程建设参考资料。同时，前苏联特高压交流工程整体运行情况良好，积累了丰富的运行经验。国内进行防雷技术的研究,既要考虑难度问题,也要把握方向,应吸收国外的先进经验,加强理论的研究,积极进行新技术新工艺的研究, 提高设备的制造技术，提高设备质量和技术水平。