多回路架空送电线路耐雷水平分析资料

多回路架空送电线路耐雷水平分析

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多回路架空送电线路耐雷水平分析

张颖璐

（常州电力设计研究院，江苏 常州 213003）

摘 要： 在电网建设中，为节约走廊，多回架设送电线路日益增多。由于排列复杂，杆塔高度的增加，给线路防雷带来不利因素。本文通过对影响耐雷水平因素的分析，结合实例的计算，提出一些改善同杆多回路线路耐雷性能的措施。

关键词： 送电线路 绝缘 耐雷水平

在城市电网建设中，为节约电力线路走廊，同杆架设多回送电线路日益增多。由于回路多排列复杂，杆塔高度的增加，给线路防雷带来不利因素，一定程度上降低了线路的耐雷水平。本文通过对影响耐雷水平因素的分析，提出一些改善同杆多回路线路耐雷性能的措施。

1 线路耐雷水平分析

1.1 耐雷水平

根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T 620-1997）规程，雷击有避雷线的同杆架设多回送电线路杆塔顶部时，耐雷水平按下式计算：

6

.216.2)1(0%

501c

c g t t a i h k h h L k h h R k u I ⎪⎪⎭

⎫ ⎝⎛-+⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-+-=

ββ （1）

式中 u 50%—绝缘子串的50%冲击放电电压，kV ；

k 、k 0 —导线和避雷线间的耦合系数和几何耦合系数； β —杆塔分流系数； R i —杆塔冲击接地电阻，Ω； L t —杆塔电感，μH ；

h t 、h a —杆塔高度和横担对地高度，m ； h g 、h c —避雷线和导线平均对地高度，m 。

1.2 分流系数

总雷电流分别从杆塔和避雷线上流过，杆塔的分流系数可由图1的电路算出：

2005年输配电及电力系统专委会论文集

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2

11t

g i g t t L R L L i

i τβ⨯++=

= （2）

式中 L g —杆塔两侧相邻档避雷线的电感并联

值，μH

τt —雷电流波头长度，取2.6μs

1.3 耦合系数

导线与避雷线的几何耦合系数，双避雷线时

12

'12123

'2313'130ln 2ln ln ln

d d r h d d

d d k g ++= （3）

式中 r 1 —避雷线的半径，m 。

导线和避雷线间的耦合系数因电晕效应而增大，可按下式计算： k=k 1·k 0 （4） 式中 k 1 —电晕修正系数。

2 提高耐雷水平方法

分析公式（1）可看出，要提高同杆多回路线路耐雷水平，可以通过增大u 50%、k 或减小R i 、β、L t 、h c 等来实现。

2.1 增加绝缘子串片数

u 50%取的是绝缘子串的50%正极性冲击放电电压，雷电冲击电压主要决定于绝缘子串长，绝缘子串片数的增加能提高绝缘子串的u 50%，降低跳闸率。但为满足空气间隙要求也要相应增大杆塔、横担等尺寸，同时也增加了绝缘费用。

实际应用中，在允许情况下，盘式绝缘子串可以适当考虑增加一两片，合成绝缘子考虑采用加长型。但在满足对绝缘子爬距要求和达到一定耐雷水平下，一般不采用这种方法来改善防雷。

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2.2 降低接地电阻Ri

接地电阻的降低，会降低雷击杆塔时的塔顶电位，对一般高度的杆塔，降低接地电阻是提高线路耐雷水平防止反击的有效措施。在土壤电阻率低的地区，减少接地电阻并不困难，也不会增加太多投资。现行规程对杆塔接地电阻都有规定，实际应用中应使工频接地电阻值在5~15Ω之间。可采用增设接地带、管，引外接地装置，在高土壤电阻率地区降低电阻较困难，采用连续伸长接地线可以有效降低杆塔接地电阻。

2.3 降低杆塔和导线高度hc

理论上，杆塔越高线路暴露越多，越容易受雷击，在保证电气安全距离情况下，尽量考虑低塔。但受导线对地距离的限制，杆塔和导线的高度不宜减小太多。

2.4 架设耦合地线

可以采用在导线下方加挂耦合地线的方法，增加避雷线与导线间的耦合作用，增大耦合系数k 。加挂耦合线，虽不能减少绕击率，但能在雷击杆塔时起分流作用和耦合作用，降低绝缘子串上的电压，提高线路的耐雷水平。

如图2所示，两根避雷线（1及2）、一根耦合地线（3）及一根导线（4），各雷电流表示为：

i —雷击塔顶的总电流；

i 1、i 2—流经两避雷线的雷电流； i 3—流经耦合地线的雷电流； i 4—流经导线的雷电流； i tc —流经杆塔上部的雷电流；

i tE —流经耦合地线以下杆塔的雷电流。

各处的电位、电流可以运用麦克斯韦静电方程式列出：

⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧+++=+++=+++=+++=44

44334224114344333322311324423322221121441331221111Z i Z i Z i Z i u Z i Z i Z i Z i u Z i Z i Z i Z i u Z i Z i Z i Z i u （5） 式中 Z 11、Z 22—两根避雷线的自波阻抗；Z 33—耦合地线自波阻抗；

Z 13、Z 23—避雷线和耦合地线的互波阻抗；

2005年输配电及电力系统专委会论文集

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Z 14、Z 24—避雷线和导线的互波阻抗； Z 34—耦合地线和导线的互波阻抗。

其中，自波阻抗Z kk 和互波阻抗Z kn 可由下式求得：

k k kk r h Z 2ln

60= ， kn

kn kn d D

Z ln 60= （6） 式中 h k —线k 的平均高度；r k —线k 的半径；

d kn —线k 和线n 间的距离；D kn —线n 和线k 的镜像k’间的距离。

当避雷线和耦合地线受雷击时所带的电位u 1=u 2=u 3=U ，导线（4）对地绝缘i 4=0，两避雷线和耦合地线对导线的几何耦合系数k 可以根据矩阵克莱姆法则推导为

33

231323221213

121134

241433

231323221213

12

1144

3210111Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z Z U u k =

=-、、 （7） 另外，雷击杆顶时，由于避雷线和耦合地线的存在，使雷电流沿避雷线和耦合地线流向两侧杆塔入地，如图3所示等值电路。

可看出，总电流i 分别被避雷线和耦合地线分去了一部分，流经杆塔的雷电流杆塔分流系数β=i tE

／i ，可得

2

/2/2

/323τβi te c R M L L L M L +++++=

（8）

其中：L 2、L 3可由经△→Y 电路变换后求出。