实际雷电活动分布下的线路雷击跳闸率计算_黄伟超

和气象条件多种多样, 这就导致同一条线路不同区 段所承受的落雷密度不同, 甚至相差极大。同时, 不 同的地形条件和杆塔型号下, 雷击情况也会有很大 的差异。综合起来, 同一线路各个区段的雷击情况 就相差甚大, 经常会产生所谓的 易击点 。而现在 输电线路的防雷设计计算是根据规程法, 落雷密度 和雷电日都是取规程中的规定值, 杆塔则以线路中 较为普遍的杆塔型号为代表进行计算, 根据计算结 果, 整条线路采取同一规格同一标准的均一化设计 方案。这就造成易发生雷击的杆塔和不易发生雷击 的杆塔采用了同一设计标准, 一方面, 易发生雷击的 区段无法防雷, 另一方面, 不易发生雷击的区段则形 成了资源的浪费。
现在的输电线路往往 绵延数百 km, 特别 是高 压超高压输电线路, 横跨地级市、省份乃至国度, 穿 过平原、山谷、森林, 跨越江河湖泊, 遇到的地理条件
基金资助项目: 国家电网公司重大科技 创新项目( S GK J [ 2006] 03) 。
Projcet Su pport ed by Im port ant S cien ce and Techn ol ogy In novat ion Program of SG CC( S GK J[ 2006] 03) .
表 1 柘泉线雷击跳闸率 N 的理论计算值 Tab. 1 Calculated lightning trip- out rate of the Zhequan Line corridor
线路平均接地 电阻值 Re/
实测值 13. 03 设计值 18. 41
雷击跳闸率 N/ ( 次 ( 100 km a) - 1)
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第 34 卷 第 7 期 2008 年 7 月
高电 压技术 H igh V ol t age Engi neering
V ol. 34 N o. 7 J uly 2008
实际雷电活动分布下的线路雷击跳闸率计算
黄伟超1 , 何俊佳1 , 陆佳政2 , 黄凯铭3 , 陈家宏4 ( 1. 华中科技大学电气与电子工程学院, 武汉 430074; 2. 湖南省电力试验研究院, 长沙 410007;
对于雷电流幅值的取值, 本文采用电力行业标 准[ 3] 中的计算公式
lgP = -
I。 88
式中, P 为雷电流幅值的概率; I 为雷电流幅值, kA。
该雷电流幅值累积计算公式是根据新杭线历经 20
多年采用线路杆塔塔顶上测雷专用小避雷针所测的
数据, 因此数据是相当可信的[ 7] 。
本文以柘泉线( 柘泉 回, 线路总长为 157 km )
0引言
电网故障分类统计表明, 在高压线路的总跳闸 次数 中, 由 雷 击 所 引 起 的 跳 闸 次 数 占 40% ~ 70% [ 1, 2] , 尤其是在 多雷、土壤 电阻率高、地形复 杂 的地区, 雷击输电线路所引起的故障率更高。因此, 输电线路防雷是保证安全供电、减少电力系统雷害 事故及其所引起的电量损失的关键。
( 1)
式中, N 为雷击跳闸率, 次/ ( 100 km a) ; N L 为雷打
在线路区域的次数; 为建弧率; g 为击杆率; P 1 为
超过雷击杆塔顶部时耐雷水平的雷电流概率; P2 为
பைடு நூலகம்
超过雷绕击导线时耐雷水平的雷电流概率; P 为绕
击率( 分平原和山区取不同数值) 。
N L 的计算公式为
N L = 0. 28( b + 4h) ; 或 N L = 100 T d( ( b + 4h) / 1000) 。 ( 2) 式中, T d 为各地平均年雷暴日数; b 为两根 避雷线 之间距, m ; h 为避雷线或导线的平均高度, m; b+ 4h 为由经验所得的引雷宽度, m ; 落雷密度 的定义为 每 km2 、每个雷电日的地面落雷次数, 我国的取值为 0 07, 一般每年取 40 个雷暴日, 即落雷密度的规程推 荐值为每年每 km2 落雷密度为 2 8 次/ ( km2 a) 。但 据雷电定位系统观测结果显示, 该值与很多区域的落 雷密度实际值相差甚远, 这就直接导致了雷击跳闸率 的实际值与理论计算值的差距[ 4-6] 。
针对上述问题, 本文提出了同一线路的防雷设 计应根据雷电活动实际情况采用分段设计的想法,
2008 年 7 月
高电压技术
第 34 卷第 7 期 1369
并以湖南省 220 kV 线路柘泉线为样本, 从湖南省 电力试验研究院高压所获取相关线路信息, 进行统 计分析, 充分利用电力领域内发展迅速的雷电定位 系统获得的雷电监测信息, 论证了其合理性。
Abstract: T o reduce lightning disasters on the tr ansmissio n line, based o n the H unan L ig htning L ocation System, this paper makes a subsection stat istics of lightning act ivit y o f Zhequan L ine co rr ido r betw een 2000 and 2005. T he stat istical results indicate that in a line the lig htning activit y differ s much betw een different sectio ns, and to the same sectio n there is a law among differ ent y ear s. T hen this pa per calculat es the lig htning trip- o ut r at e by using the practica l and the recommended lightning density by t he r egular metho d, and finds t hat fo rmer result matches the act ual lig htning tr ip- out rate well. So, a new subsection- st andard lig htning pr otectio n desig n method based on measured data fr om lightning location system is prov ided, w hich can be used in the t ransmission lines desig n or refor m. Key words: subsectio n- standard; lightning location system; lig htning trip- o ut r ate; measur ed lig htning data ; regular method; r elative lightning destiny
中图分类号: T M 866
文献标志码: A
文章编 号: 1003- 6520( 2008) 07- 1368-06
Calculation of Lightning Trip-out Rate of Transmission Lines Under Real Lightning Stroke Distribution
落雷 年间存在规律。同时应用规程法分别计算了该线路在实测落雷密度下与规程 落雷密度下 的理论雷 击跳闸率,
对比发现, 实测落雷密度下的计算值能与该线路 的历史跳闸记录更好地相符。因此建 议, 借助 雷电定位 系统, 采 用
实测落雷历史数据, 在线路设计与改造中采取分 段标准的新线路防雷设计方法。
关键词: 分段标准; 雷电定位系统; 雷击跳闸率; 落雷历史数据; 规程法; 相对落雷密度
1 规程法在防雷计算中的应用
规程法[ 1] 以其简单实用的特点而成为现今输电
线路工程防雷设计及改造中重要的理论依据。 电力行业 标准[ 3] D L / T 620- 1997 交流电气 装
置的过电压保护和绝缘配合 在附录 C 中给出雷击 跳闸率的理论计算公式
N = N L ( gP 1 + P P 2 ) 。
取实测值时
取规程值时
平原
山区
平原
山区
0. 1349 0. 2356
0. 2052 0. 3561
0. 2009 0. 3509
0. 3056 0. 5304
从表 1 计算结果可见, 考虑到 6 年内接地电阻 在设计值与实测值之间的变化及线路实际所处的地 形因素( 柘泉线所处线路中超过 50% 是山区) , 雷击 跳闸率的实测值 0 2123 次/ ( 100 km a) 刚好位于 在落雷密度实测值下应用规程法计算出的雷击跳闸 率理论值( 0 1349, 0 3561) 次/ ( 100 km a) 中间, 因 此, 这个结果应该说是符合实际情况的。而在落雷 密度规程值下应用规程法计算出的雷击跳闸率理论 值中, 平原地区的 0 2009 次/ ( 100 km a) 极接近实 测值 0 2123 次/ ( 100 km a) , 似乎柘泉线线路大部 分处于平原地区, 这与实际情况不相符合, 且不能反 映接地电阻的变化过程。因此, 在落雷密度实测值 下应用规程法是可以反映柘泉线的跳闸情况的, 这 与文[ 4] 所得结论相一致。
3. 湖南省电力勘测设计院, 长沙 410007; 4. 国网武汉高压研究院, 武汉 430074)
摘 要: 为更 好地预防输电线路雷害, 以湖南省 220 kV 线路柘 泉线为 例进行 研究, 依托于 湖南省 雷电定 位系统,
对 2000~ 2005 年该线路走廊的落雷进行了分段统计, 发现同一线路各个区段间落 雷存在较大 差异, 且同一区段 的
文[ 4] 进一步指出, 应用电力行业标准[ 3] 中推荐 的雷电参数和方法对浙江省的 220 kV 线路新杭线
回雷击跳闸率进行了计算, 再用该线实测雷电参 数代入进行复算( 这与实际雷击跳闸率相符) , 发现 前者的计算结果比后者大 1 倍。究其原因, 是新标 准中的地面落雷密度 取得过大所致, 因此规程推 荐的落雷密度不适用于新杭线 回雷击跳闸率的计 算, 但该标准中的雷击跳闸率计算公式还是可行的。
H U A N G We-i chao1 , H E Jun- jia1 , L U Jia- zheng2, H U A N G K a-i ming3, CH EN Jia- ho ng 4 ( 1. Co lleg e of Elect rical and Elect ro nic Engineering , H uazhong Universit y of Science and T echnolog y, Wuhan 430074, China;
为例进行计算。根据雷击跳闸记录, 柘泉线在 2000 ~ 2005 年这 6 年间, 总共跳闸 2 次[ 8] , 折算出年平 均 100 km 雷 击 跳闸 率 为 2 6 1. 57 = 0 2123 次/ ( 100 km a) 。
应用规程法进行理论计算: 塔型取线路较为普 遍的 Z1 型杆塔, 线路平均接地电阻值 Re 分别取实 测值 13 03 、设计值 18 41 , 落雷密度分别 取 6 年线路平均落雷密度实测值( 考虑到湖南雷电定位 系统误差达 1 km [ 9] , 远 大于柘 泉线引 雷宽 度 107 m[ 3] , 这里统计的是 2 km 线路走廊的落雷密度) 以 及规程值, 这里直接采用每年每 km2 的落雷密度, 即 的实测值为 1 88 次/ ( km2 a ) 、 的规程值为 2 8 次/ ( km2 a) , 雷击跳闸率 N 的计算结果如表 1 所示。
2. H unan Elect ric Pow er T est ing and Research Inst it ut e, Changsha 410007, China; 3. H unan Elect ric Pow er Survey and Desig n Instit ute, Changsha 410007, China; 4. W uhan H igh Vo ltag e Research Inst it ut e o f SGCC, W uhan 430074, China)