750kV线路反击耐雷水平分析

750kV线路反击耐雷水平分析

摘要:雷击跳闸由反击跳闸(雷击杆塔和档中地线)和绕击跳闸组成,与标称电压等级和架空线路结构(杆型、地线根数和布置,接地电阻)等有关。本文介绍了使用数值仿真工具EMTDC计算750kV线路反击耐雷水平的方法,并以酒杯型直线塔为例,分析了塔高、地线保护角及接地电阻对于线路反击耐雷水平的影响。

关键词:EMTDC计算750kV线路反击耐雷水平

1 前言

雷击跳闸由反击跳闸(雷击杆塔和档中地线)和绕击跳闸组成,与标称电压等级和架空线路结构(杆型、地线根数和布置,接地电阻)等有关。在电压等级较低的线路,反击跳闸占总雷击跳闸的大部分,随着电压等级的提高,绝缘水平增强,反击跳闸的机率愈来愈小。在超、特高压输电线路上,绕击才是线路跳闸的主要原因。但随着杆塔高度增高,引雷面积增大,落雷次数增加,同时雷击塔顶后沿塔传播至接地装置时引起的负反射波返回到塔顶或横担所需时间也变长,使得塔顶或横担电位增高,易形成反击。所以计算超高压输电线路反击耐雷性能仍具有重要的意义。

2 计算方法

我国规程规定雷击塔顶时导线上的感应过电压由下式计算。

式中hgv－地线均高,m;

hav－导线的均高,m;

α－感应过电压系数;

Ko－导线和地线间的耦合系数。

该公式是前苏联半个世纪前的研究成果,已落后于时代。尤其不适合高杆塔的线路和山区线路。

本文采用EMTDC仿真方法计算杆塔的耐雷水平。EMTDC是目前世界上被广泛使用的一种电力系统仿真分析软件,它既可以研究交直流电力系统问题,又能完成电力电子仿真及其非线性控制功能。PSCAD是EMTDC的前处理程序,用户在面板上可以构造电气连接图,输入各元件的参数值进行计算。EMTDC/PSCAD主要功能是进行电力系统时域和频域计算仿真,典型应用是计算电力系统遭受扰动或参数变化时,电参数随时间变化的规律。

超高压输电线路杆塔较高,波沿杆塔传播时,沿塔身的单位长度电感和单位长度电容是变化的,沿杆塔分布的波阻抗也应该是变化的。因此,用简单的集中参数模型计算杆塔的波阻抗,并用来评估超高压输电线路的耐雷性能将带来较大的误差。目前,国外一些学者在试验基

础上提出了超高压线路杆塔的多波阻抗模型,该模型可用于进行超高压输电线路反击耐雷性能仿真研究。

线路杆塔分段模型最多为4导体系统,其波阻抗为:

根据以上分析,分别计算建立的交流超高压鼓型杆塔、酒杯塔多波阻抗模型如图2所示。

图中,ZTi(i=1,2,3)为杆塔的主支架部分,ZAi(i=1,2,3,4)为横担部分。如图3

图中,ZT3为杆塔的主支架部分,ZAiL、ZaiR(i=1,2,3,4)为横担部分。

调整注入雷电流值,当绝缘子串两侧的电压超过临界击穿电压时,得到临界击穿雷电流I。由临界击穿雷电流I,可计算雷电反击率为:

式中:

N——线路雷电反击跳闸率,次/(100km·a);

——落雷次数;

η——建弧率;

g——击杆率;

3 杆塔高度对线路反击耐雷性能的影响

杆塔高度增高,引雷面积增大,落雷次数增加,同时雷击塔顶后沿塔传播至接地装置时引起的负反射波返回到塔顶或横担所需时间也变长,使得塔顶或横担电位增高,易形成反击。

对鼓型塔,本报告所取计算条件如下:档距为400m,冲击接地电阻为10Ω,保护角分别取－5°和0°(保护角不同,地线间距不同)。对不同杆塔呼高,计算750kV双回输电线路的反击耐雷性能,计算结果见表1。

分析表中的数据可以发现,杆塔呼高不变、地线保护角变化时,输电线路的耐雷性能变化不大。当保护角不变时,杆塔高度增加,输电线路反击耐雷水下降。

对酒杯型塔,假设:档距为400m,冲击接地电阻为10Ω,保护角分别

取5°和10°(保护角不同,地线间距不同)。对不同杆塔呼高,计算750kV 双回输电线路的反击耐雷性能,计算结果见表2。

分析表2中的数据可以发现,杆塔呼高不变、地线保护角变化时,输电线路的耐雷性能变化不大。当保护角不变时,杆塔高度增加,输电线路反击耐雷水下降。

4 杆塔冲击接地电阻对输电线路反击性能的影响

在高压/超高压输电线路的防雷设计中,降低杆塔冲击接地电阻是提高反击耐雷水平的主要措施之一。对于750kV输电线路,杆塔呼高取54m,随着杆塔冲击接地电阻的减小,输电线路反击耐雷性能显著提高。可见,减小杆塔冲击接地电阻也是提高750kV输电线路耐雷水平和降低其反击跳闸率的有效措施。(如表3表4)

5 结语

本章应用EMTDC分析杆塔的反击耐雷性能,得到如下结论:

(1)杆塔高度对杆塔的耐雷性能影响很大,随高度的增大,线路跳闸率增大;

(2)地线保护角对杆塔的耐雷性能影响很小;

(3)接地电阻对杆塔的耐雷性能影响很大,随接地电阻的增大,线路跳闸率增大。

参考文献

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[2] 何青,钟志明,陈文福.基于PSCAD/EMTDC的双馈感应风电机组变桨距控制仿真分析[J].电力科学与技术学报,2009(3).

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