同塔混压双回直流输电线路复合横担塔的防雷性能.pdf
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1、同塔混压双回直流输电线路复合横担塔的防雷性能张迎栋,吴传斌,程龙,鲁志伟(东北电力大学,吉林吉林 )摘要:复合材料横担杆塔在我国输电线路中逐渐得到应用,但有关其应用于超特高压输电线路尤其是同塔多回工况的研究报道较少。针对超特高压同塔多回输电线路架设高度普遍偏高,更易遭受雷害的运行现状,采用先导法作为绝缘子闪络判据,对比分析了不同横担结构的 同塔双回混压直流输电线路的反击和绕击耐雷性能。研究表明:复合横担塔反击和绕击跳闸率较传统杆塔分别低约 和 ,这是因为复合横担塔的横担更短,杆塔呼高更低,可有效提高线路耐雷性能。使用复合横担塔代替传统杆塔,既可一定程度上缓解走廊紧张的问题,又能提高运行经济性。
2、关键词:复合横担塔;耐雷性能;先导法;同塔双回直流输电中图分类号:文献标志码:文章编号:(),(,):,()(),:;收稿日期:作者简介:张迎栋(),男,硕士研究生,研究方向为输电线路雷电防护。引言我国传统输电杆塔大都采用铁塔或钢塔,其质量和体积较大,不仅占用较多土地资源,且施工难度和费用都较高。同时存在易腐蚀开裂的缺陷,又会增加运行维护费用 。鉴于此,用复合材料横担代替传统杆塔的铁制或钢制横担结构,可以节约大量铁材或钢材,而且复合横担杆塔轻便,易于加工成型,可以减少杆塔施工运输的难度与费用。此外,相较于传统杆塔,复合材料横担发生污闪和风偏放电等故障的概率较低 。因此,采用复合材料横担塔可以提
3、高输电线路运行的经济性和安全性。复合杆塔结构形式主要有全复合杆塔、复合塔头杆塔和复合横担杆塔 。其中,复合横担塔主要应用于高电压等级输电线路。文献 计算了标准雷电压下 复合横担暂态电场;文献 对 酒杯型复合横担杆塔电场进行了仿真计算及电晕试验;文献 对用于 特高压工程的玻璃钢横担塔进行了电气验证、真型塔结构和构件拉压疲劳试验以及经济性分析;文献 研究了 同塔双回输电线路复合横担塔的防雷性能。第 卷第期(总第 期)年月 吉林电力 ()目前,对于复合横担塔的研究主要涉及其电气性能、力学特性以及经济性分析等方面。对于复合横担塔防雷性能的研究大都针对交流输电线路,而对直流输电线路复合横担塔的研究较少,
4、尤其是超特高压同塔混压直流输电线路。因此,有必要对超特高压同塔混压直流输电线路复合横担塔的防雷性能展开研究。本文采用先导法作为绝缘子闪络判据,通过 软件对 同塔混压直流输电线路复合横担塔进行建模,计算其反击和绕击耐雷性能,并将计算结果与传统杆塔进行了比较,验证了两种不同杆塔结构的反击和绕击耐雷性能的差异。计算模型建立 雷电流模型在 软 件 中,雷 电 流 模 型 采 用 型元件与波阻抗并联。关于雷电通道波阻抗有很多不同的取值,本文在反击闪络中使用 的值,而绕击闪络中使用 的值。雷电流波形见图。图雷电流波形 复合横担杆塔模型复合横担杆塔模型见图。图复合横担杆塔模型多波阻抗模型中各部分波阻抗的公式
5、 为:(槡)(,)()槡()槡(槡)(,)()(,)()(,)()式中:、分别为塔体和塔支架部分的波阻抗;为横担波阻抗;为每段塔体的高度;、分别为主支架和支架半径;、分别为杆塔延伸部分和底部支柱的半径;为塔体的等效半径;为横担的等效半径。此外,建立除横担外其他参数与上述复合横担塔相同的传统 同塔双回线路杆塔模型,传统杆塔铁制横担长为,悬垂绝缘子为;铁制横担长为 ,悬垂绝缘子为。其中复合杆塔多波阻抗模型中仅考虑避雷线横担波阻抗,按式()计算,且取;而传统杆塔的横担波阻抗同样按式()计算,且取时也为避雷线横担,取和时所求结果为 和 铁制横担波阻抗。绝缘子闪络判据目前常用的绝缘子闪络判据主要有规程法
6、、相交法、电压积分法以及先导法 。规程法、相交法和电压积分法的应用都有相应的局限性,而先导法考虑气体放电的物理机理,通过流注发展、先导发展时间以及先导发展长度来判断绝缘是否闪络,对绝缘击穿过程的解释更加符合实际,理论上对各种波形均适用。先导速度经验公式是先导法的核心,其中 推荐的计算公式 应用广泛:()()式中:为施加在绝缘子两端的瞬时电压;、分别为绝缘长度和先导发展长度;为先导起始最小场强;为系数。由式()可知,先导发展速度与施加在绝缘子两端的电压、绝缘长度以及先导发展长度相关。本文中复合横担塔和传统杆塔计算采用的先导发展速度公式 中 的分 别 取 和,分 别 取 和 。接地电阻模型本文采用
7、 推荐的考虑非线性特性和火花张迎栋,等:同塔混压双回直流输电线路复合横担塔的防雷性能效应的冲击接地电阻模型,该模型的推荐公式 为:槡()()式中:、分别为冲击接地和工频接地电阻值;为流过接地装置的冲击电流值;、分别为土壤电离时的最小电流和场强值;为土壤电阻率。绕击计算模型电气几何模型的核心概念是击距,经典电气几何模型认为避雷线、导线和大地对雷电先导的击距是一样的,未考虑导线工作电压对雷电下行先导的作用,因此会带来一定的误差。本文采用计及工作电压的改进电气几何模型 计算导线击距,其中,避雷线、导线和大地的击距计算公式为:()烅烄烆()式中:、分别为避雷线、导线和大地的击距;为导线工作电压;为击距
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