空气间隙放电对于直流输电线路耐雷性能的影响

 张婷1，洪心2，冉洪伟2，张小亮3

 (1．上海工程技术赶学工程买训中心上海201620;2．长江电力股份有限公司，湖北宜昌  443133：3．国网运行分公司上海管理处，上海201402）

摘要：同塔双向自流输出电线路具有节约输电走廊的优点，其空气间隙通常较小，会先于绝缘子闪络，因此同塔双回电线路的耐雷性能较易受到牵气问隙放电的影响。通过仿真计算，比较各种线路形式下空气间隙闪络前后输电线路雷电反击，绕击的耐雷性能，结果表明：考虑空气间隙闪络后，线路的绕击／反击耐雷水平均出现一定程度下降，雷击闪络率也随之增加。 因此在对直流输电线路耐雷性能进行评估时，必须要考虑空气间隙闪络影响。

关键词：自流输电；空气间隙；耐雷水平

中图分类号：TM863DOI：J0.11930/j．issn．I 004-9649.201 6.06.107.05

0引言

 超／特高压直流输电具有输送距离远、容量大及与大电网非同步互联等优势。中国主要的直流电压等级有±500 kV、±660 kV、±800 kV和±1 000 kV。根据国内外资料显示：雷击是造成输电线路故障的主要原因，且随着额定电压的升高，雷击跳闸总数占故障总数的比例也在增加。

 雷击架空输电线路绝缘闪络后交流和直流系统的保护动作方式不同，因此直流输电线路的雷击闪络特性与交流输电线路也有所不同。

 为了节省输电线路走廊，罔内的高压直流输电线路杆塔多采用同塔双回布置。同塔双旧

直流塔身高，易遭受雷击，且极线布置方式、杆塔所处地形地貌、避雷线的保护角、极线电压等因素均会影响同塔双同直流线路防雷性能。杆塔设计形式不同，线路和杆塔问隙距离也不同．而杆塔的空气间隙距离对于直流输电线路的外绝缘十分重要，将会直接影响到直流输电线路的经济性与安全性。

 本文根据±500 kV 三沪同塔双回直流输电线路的设计实例，采用基于行波法的电磁暂态分析(ATP)程序计算比较空气间隙闪络前后线路反击耐雷性能，同时运用电气几何模型计算分析了空气间隙闪络前后线路绕击特性。为超／特高压直流输电线路的防雷设计提供参考。

1  仿真计算模型

1.1  反击计算

 (1)杆塔模型。杆塔视为分布参数，按波阻抗考虑。中国规程推荐的杆塔波阻抗为150 Ω，

  杆塔电感为0.5 μH/m,相应的波速为300 m/μs。

 选取SVG3直线塔进行计算，在ATP中建模如图1所示。

 (2)输电线路模型．，输电线路可采用六线JMARTI架空线模型。架空地线型号为GJ -100,

导线型号为4LGJ-720/50。

 考虑该同塔双回导线可能采取如表1所示的排列方式。

 (3)绝缘子闪络模型。利用相交法作为绝缘子闪络判据，在ATP中，用TACS来模拟绝缘子串的闪络过程，如图2所示。

 (4)导线一塔体间隙闪络。导线与杆塔问隙对各方向距离均为4.2 m，4.2m的导线一塔体间隙冲击闪络电压约为2700 kV，在雷电作用下，导线一塔体问隙会先于绝缘子击穿，可用压控开关模拟。

1.2绕击计算

 绕击性能研究采用的是改进的电气几何模型法( EGM)。采用IEEE标准推荐的击距公式推算出计及工作电压后导线对雷电先导的击距为

击距，I为雷电流幅值，U g为导线的工作电压。

 计算绕击率时，采用的是利用绕击弧和暴露弧的比值方法。部分屏蔽时绕击率为

2空气间隙对反击耐雷性能影响

 导线一塔体间隙的绝缘水平弱于绝缘子的绝缘水平．因此，在雷电流冲击作用下，空气问隙会先于绝缘子击穿放电。下面分别对不同导线排列方式、杆塔接地电阻、杆塔高度情形下，空气间隙对反击耐雷性能的影响进行计算分析。

2.1  不同导线排列方式

 分别对上节中的各种导线排列方式进行仿真，比较考虑空气问隙前后线路反击耐雷水平的差异。计算结果如表2所示。

 由表2可见，单线闪络时，考虑空气问隙后，A. B.C排列方式的线路反击耐雷水平由242 kV降为130 kV, D种排列方式线路反击耐雷水平由268 kV降为158 kV,最大降幅达46%；双线闪络时考虑空气问隙后，A种排列方式的线路反击耐雷水平由284 kV降为168 kV，B种排列方式的线路反击耐雷水平由313 kV降为208 kV，C种排列方式的线路反击耐雷水平由266 kV降为169 kV，D种排列方式的线路反击耐雷水平由284 kV降为164 kV,最大降幅达42%。

2.2不同杆塔接地电阻

 对杆塔接地电阻为5～30Ω的各种排列方式下的反击耐雷性能进行仿真计算，其中杆塔呼称高度为30 m。计算结果如图3所示。

 可以看出：在不同杆塔接地电阻的情况下，空气间隙的放电反击概率均远大于绝缘子的放电反击概率：随着杆塔冲击接地电阻的增加，线路的反击闪络率增大；D种排列方式的反击耐雷性能最好。

2.3不同杆塔高度

 分别对杆塔呼高为30～50 m各种排列方式下的反击耐雷性能进行仿真分析，其巾杆塔接地电阻10 Ω，计算结果如图4所示。

 可以看m：在不同杆塔高度的情况下．以空气问隙击穿为判据的情况下，反击闪络率均远大于以绝缘子闪络为判据的情况下的反击闪络率：随着杆塔高度增加，线路的反击反击闪络率增加。

3空气间隙对绕击耐雷性能的影响

3.1  不同导线排列方式

 对各种导线排列方式下的绕击耐雷水平进行计算分析，其结果如表3所示。

 从表3数值分析可以看出：雷击不同导线时，考虑空气间隙后，线路的绕击耐雷水平均降低．其中正极线的绕击耐雷水平由24 kV降为21 kV,负极线的绕击耐雷水平为18 kV降为15 kV,最大降幅17%。

3.2  不同保护角

 当地面倾角为200，杆塔呼称高度为320时，计算不同保护角下各种导线排列方式的绕击闪络率，计算结果如表4所示。

 可以看出：在不同保护角的情况下，以空气间隙击穿为判据的情况下的线路绕击闪络率均大于以绝缘子闪络为判据的情况下的绕击闪络率：种导线排列方式下，线路的绕击闪络率均随保护角的增加而增加：D种排列方式的绕击闪络率最高，C种排列方式下绕击闪络率最低。

3.3不同地面倾角

 当杆塔呼高为32 m．保护角为-13.50和-3.50时，对地面倾角为00~300的情况进行计算．结果如表5所示。

 分析可知：(1)在不同的地面倾角下，线路绕击闪络率均随着地面倾角增加而增加；(2)考虑空气间隙后，线路的绕击闪络率明显增大；(3)D种排列方式的绕击闪络率最高，C种排列方式下绕击闪络率最低。

3.4不同杆塔高度

 在地面倾角为200，保护角为-13.50，-3.50时．对杆塔呼高为32～42m时线路绕击闪络率的变化情况进行计算，其结果如表6所示。

 由表6可见：当地面倾角比较大的情况下，各种导线排列方式下，随着杆塔高度的增加，线路的绕击闪络率均增加明显；考虑空气间隙后，线路的绕击闪络率增加。

4结语

 通过对三沪±500 kV同塔双回直流输电线路的耐雷性能进行分析汁算，得到如下结论。

 (1)D种排列方式的反击耐雷性能最好，但是绕击耐雷性能最差；C种排列方式的反击耐雷性能最差，但其绕击耐雷性能最好。

 (2)在不同的线路状况下，考虑空气间隙闪络后．线路的耐雷水平均出现一定程度的下降，雷击闪络率也随之增加。因此在对直流输电线路的耐,雷性能进行分析计算时，需要考虑空气间隙闪络的影响。