摘要 用擊距法和傳統(tǒng)經(jīng)驗(yàn)法分析雷電繞擊導(dǎo)線的可能性，結(jié)果表明雷擊輸電線路''>輸電線路桿塔頂部時(shí)，上導(dǎo)線最易遭雷電反擊。對(duì)DL/T620—1997規(guī)定的繞擊計(jì)算公式的使用、雷擊跳閘率及其有關(guān)參數(shù)的選取和計(jì)算方法提出了看法。

關(guān)鍵詞 輸電線路 雷擊 跳閘
0 前言   據(jù)統(tǒng)計(jì)，在我國(guó)高壓輸電線路總跳閘次數(shù)中，雷擊跳閘事故占40%～70%，威脅電網(wǎng)供電可靠性。本文就輸電線路防雷計(jì)算中的幾個(gè)問(wèn)題作一探討。1 雷擊有避雷線桿塔頂部的耐雷水平'>耐雷水平   在同一桿塔上，高度不等橫擔(dān)上的導(dǎo)線對(duì)地平均高度h_ｃ、橫擔(dān)對(duì)地高度h_ａ及避雷線與導(dǎo)線間的幾何耦合系數(shù)k_０不同。一般三者變化趨勢(shì)相同，即使在同一高度的橫擔(dān)上，排列位置不同的導(dǎo)線k_０也不同，故不同位置導(dǎo)線耐雷水平不同。我國(guó)110～500 kV常用桿塔頂部雷擊時(shí)，塔上不同位置導(dǎo)線耐雷水平按文[1]式C17的計(jì)算結(jié)果
                 表1表明：當(dāng)雷擊導(dǎo)線按三角形或垂直排列的桿塔頂部時(shí)，距避雷線最遠(yuǎn)，耦合系數(shù)最小的下導(dǎo)線的耐雷水平最高；距避雷線最近，耦合系數(shù)最大的上導(dǎo)線，耐雷水平最低。上、下導(dǎo)線的耐雷水平相差最大者達(dá)14%左右，因而上導(dǎo)線最易遭雷電反擊。不同于過(guò)去“距避雷線最遠(yuǎn)的導(dǎo)線，其耦合系數(shù)最小,一般較易發(fā)生反擊”的傳統(tǒng)觀點(diǎn)^[2]，而與國(guó)內(nèi)外輸電線路的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)一致^[3]，兩錦供電公司1997～1998年間的統(tǒng)計(jì)分析亦可證明。   可見，導(dǎo)線按非水平排列的輸電線路，雷擊桿塔頂部的耐雷水平計(jì)算時(shí)，應(yīng)以其上導(dǎo)線的計(jì)算結(jié)果為準(zhǔn)。2 繞擊   目前繞擊計(jì)算有擊距法和經(jīng)驗(yàn)法兩種。擊距法理論認(rèn)為：雷云向地面發(fā)展過(guò)程中先導(dǎo)放電通道的頭部在到達(dá)被擊物體的閃擊距離(即擊距)之前，不確定擊中點(diǎn)，而是先到達(dá)哪個(gè)物體的擊距之內(nèi)，即向該物體放電，先導(dǎo)對(duì)避雷線(桿塔)、導(dǎo)線、地面的擊距相等。據(jù)此，在輸電線路的避雷線及導(dǎo)線周圍空間可分為3個(gè)區(qū)域，構(gòu)成圖1電氣幾何模型。圖中OC_ｍ直線以上是避雷線的捕雷面；OdAC_ｍ區(qū)域是導(dǎo)線的捕雷面；AC_ｍ曲線以下是地面的捕雷面。R_１、R_ｉ為相應(yīng)于不同雷電流的擊距，根據(jù)布朗等人的研究,擊距R=7.1I_L^0.75，I_Ｌ為雷電流。且導(dǎo)線臨界擊距：                                  式中，h_ｇ為避雷線對(duì)地平均高度，m；α為保護(hù)角。
    R>R_ｍ則無(wú)雷擊導(dǎo)線，即繞擊率為0。常用桿塔線路的R_ｍ及相應(yīng)的臨界雷電流I_ｍ計(jì)算結(jié)果見表1。   埃里克森引入吸引距離概念至上述模型得出吸引半徑： r=0.67h^0.6I_L^0.74，式中，h為結(jié)構(gòu)物高度，m。并認(rèn)為，當(dāng)保護(hù)角α<某一值時(shí)，導(dǎo)線的捕雷面將被避雷線的捕雷面完全覆蓋，不再發(fā)生雷電繞擊導(dǎo)線，此α為臨界保護(hù)角α_ｍ。其計(jì)算式為： α_ｍ＝arctan(x/(h_ｇ－ｈ_ｃ）)。
式中，x=(r²_ｇ－（ｈ_ｇ－ｈ_ｃ）²）^0.5-r_ｃ，其中r_ｇ、ｒ_ｃ為I_Ｌ=繞擊耐雷水平時(shí)避雷線、導(dǎo)線的吸引半徑，m。常用桿塔線路的α_ｍ見表1。   由表1計(jì)算結(jié)果可知：   (1) 110～500 kV輸電線路的I_ｍ＜其繞擊耐雷水平，該雷電流即使繞擊于導(dǎo)線絕緣子也不閃絡(luò)；當(dāng)雷電流≥繞擊耐雷水平時(shí)，因R>R_ｍ，不會(huì)發(fā)生繞擊。   (2) 220、500 kV輸電線路的實(shí)際α<α_ｍ，110 kV線路的α＝α_ｍ，110～500 kV輸電線路基本不發(fā)生繞擊。   我國(guó)目前繞擊導(dǎo)線用經(jīng)驗(yàn)法計(jì)算，按文[1]公式，與桿塔上計(jì)算結(jié)果相比，導(dǎo)線水平排列對(duì)邊線繞擊率平均降低～39%，非水平排列約降(41～63)%。對(duì)我國(guó)110～500 kV常用桿塔線路，經(jīng)驗(yàn)法計(jì)算^[4～5]110 kV、500 kV線路繞擊跳次數(shù)僅分別占總跳閘數(shù)2%和13%，所以兩種算法都不能說(shuō)明線路雷擊跳閘主要是繞擊。
                                 3 雷擊跳閘率   中性點(diǎn)直接接地系統(tǒng)雷擊桿塔頂部或繞擊導(dǎo)線，只要I_Ｌ>相應(yīng)的耐雷水平，絕緣子串閃絡(luò)后能建立穩(wěn)定的工頻電弧，線路將跳閘。因此在計(jì)算雷擊跳閘率時(shí)，應(yīng)該是在三相導(dǎo)線中取雷擊桿塔頂部時(shí)耐雷水平最低的相和保護(hù)角最大的相(因繞擊率最大)的組合，二者不一定是同一相導(dǎo)線。計(jì)算表明：除導(dǎo)線水平排列的輸電線路，二者的組合都是邊線外，導(dǎo)線非水平排列的輸電線路均不是同一相導(dǎo)線的組合。在導(dǎo)線三角排列時(shí)是上線與下線的組合。在導(dǎo)線垂直排列時(shí)，則是上線與上線組合或上線與中線組合。   中性點(diǎn)非直接接地系統(tǒng)雷擊輸電線路，一相閃絡(luò)時(shí)，工頻對(duì)地電流很小，線路不跳閘，當(dāng)閃絡(luò)相向第二相反擊形成相間短路才能引起線路跳閘。因此，在計(jì)算雷擊跳閘率時(shí)自有其特點(diǎn)：由于第一相閃絡(luò)后即與桿塔連通，相當(dāng)于一根避雷線，再向第二相反擊時(shí)由于耦合系數(shù)的增大，使第二相的耐雷水平有相當(dāng)大的提高，而提高后的耐雷水平才是計(jì)算跳閘率時(shí)所需要的。如66 kV單避雷線、導(dǎo)線三角排列的輸電線路雷擊桿塔頂部時(shí)，上導(dǎo)線耐雷水平最低，先閃絡(luò)，使下導(dǎo)線的耐雷水平提高～25%；當(dāng)雷繞擊避雷線對(duì)側(cè)下導(dǎo)線并引起閃絡(luò)，再向上導(dǎo)線反擊時(shí)，由于耦合系數(shù)增大，使上導(dǎo)線的耐雷水平提高～36%。   輸電線路實(shí)際運(yùn)行的雷擊跳閘率與DL/T620—1997規(guī)定的雷擊跳閘率不能吻合，原因?yàn)椋?br/>   1) 目前，有關(guān)雷擊發(fā)生、發(fā)展過(guò)程的物理本質(zhì)尚未完全掌握，因此，輸電線路防雷計(jì)算所依據(jù)的很多概念、假定都不一定十分正確和完善，與實(shí)際情況有一定的差異。   2) 雷擊現(xiàn)象是隨機(jī)事件，不同年份雷電活動(dòng)的強(qiáng)度相差很大。雷擊跳閘率的計(jì)算值是當(dāng)?shù)仄骄昀妆┤諗?shù)時(shí)的數(shù)值，如用某些年份發(fā)生的輸電線路雷擊跳閘情況比較就難以一致。   3) DL/T620-1997規(guī)定的跳閘率是在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)狀況下的計(jì)算結(jié)果，而實(shí)際運(yùn)行中發(fā)生雷擊跳閘的輸電線路與標(biāo)準(zhǔn)狀態(tài)肯定有差異。   4) 計(jì)算雷擊跳閘率時(shí)，主要參數(shù)選取、計(jì)算與實(shí)際情況不符，如：   a) 地面落雷密度γ如年均雷暴日數(shù)≠40的地區(qū)計(jì)算雷擊跳閘率時(shí)仍取γ＝0.07結(jié)果不符實(shí)際。   b) 一般高度輸電線路遭受雷擊面積的計(jì)算根據(jù)實(shí)驗(yàn)，雷擊避雷線或?qū)Ь€及地面的概率P_ｉ曲線如圖2 。圖中，d、h_ｐ分別為雷電通道與避雷線或?qū)Ь€的水平距離和懸掛平均高度。可見d/h_ｐ≤1.5時(shí)，～100%；當(dāng)d/h_ｐ≥5時(shí)，趨于0，而雷擊地面的概率則近100%；在d/h_ｐ＝0～5范圍內(nèi)，雷擊避雷線或?qū)Ь€的總概率P_ｉ～60%。因此，線路的受雷寬度應(yīng)為b+2×5h_ｐP_ｉ＝ｂ＋6ｈ_ｐ(ｂ為兩根避雷線之間的距離 ，m)，則100 km的輸電線路受雷面積為0.1(b+6h_ｐ)kｍ²，而目前我國(guó)采用面積為0.1(b+4h_ｐ)kｍ²。  c) 擊桿率等參數(shù)的取值與實(shí)際吻合程度的影響。
                            
4 結(jié)論   a 導(dǎo)線非水平排列的輸電線路，雷擊桿塔頂部時(shí)，耐雷水平最低的是距避雷線最近，耦合系數(shù)最大的上線，而非距避雷線最遠(yuǎn)，耦合系數(shù)最小的下線。上線最易遭反擊。   b 根據(jù)繞擊率計(jì)算方法和雷電屏蔽理論，造成輸電線路跳閘的主要原因應(yīng)是反擊。   c 計(jì)算輸電線路雷擊跳閘率時(shí)，應(yīng)是雷擊桿塔頂部時(shí)耐雷水平最低相與繞擊率最高相(即保護(hù)角最大的相)的組合。   d 輸電線路受雷面積、擊桿率等的選取與計(jì)算方法等原因的影響，輸電線路雷擊跳閘率計(jì)算值與實(shí)際差別較大。參考文獻(xiàn)
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