同塔混压双回直流输电线路复合横担塔的防雷性能.pdf

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。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，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 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、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 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；为击距系数。改进电气几何模型见图。图中弧 为避雷线的屏蔽弧，弧 和 为导线的暴露弧，即屏蔽失效区域。当雷电落在弧 区域内，雷电将击中避雷线，导线处于避雷线保护区域，不会发生绕击事故；当雷电击中弧 或 所在区域，则会发生绕击导线事故；当雷电落在 区域，雷电将击中大地。图改进电气几何模型计算模型验证绝缘子闪络模型的正确性直接影响反击和绕击耐雷水平计算结果的准确性，进而影响防雷性能的计算精度。因此准确建立绝缘子闪络模型至关重要，根据前文所述的绝缘子闪络判据及相关参数进行建模，计算了 片 绝缘子串在标准雷电波 作用下的伏秒特性，计算与实测结果见图。由图可知，依照本文所述的绝缘子闪络判据建模，计算所得的伏秒特性曲线与实测拟合的吻合度较高，因此本文所建绝缘子闪络判据模型具有较好的准确性。图计算与实测的伏秒特性曲线防雷性能研究 反击耐雷水平及跳闸率在 中分别搭建复合横担塔和传统杆塔的反击计算模型，并计算反击耐雷性。其中，复合杆塔未闪络及反击闪络曲线见图。复合杆塔和传统杆塔的反击耐雷水平和跳闸率的计算结果见表。图复合杆塔未闪络及反击闪络曲线第 卷第期（总第 期）吉林电力 年月表不同杆塔的反击耐雷性能计算结果杆塔类型闪络相 反击耐雷水平 反击跳闸率 次（）传统 复合 由表可 知，复 合 杆 塔 的 反 击 耐 雷 水 平 为 ，反击跳闸率为 次（）。而传统杆塔的反击耐雷水平为 ，反击跳闸率为 次（）。相较于传统杆塔，复合杆塔的反击耐雷水平和反击跳闸率分别高 和低 左右。此外，无论复合杆塔还是传统杆塔，和 同塔双回混压直流输电线路首先闪络相都是 ，即 反击耐雷水平较低，故应重点加强防护。绕击耐雷水平及跳闸率采用上文建立的计算模型，对复合横担塔和传统杆塔的绕击耐雷性能进行了评估。当雷电绕击复合杆塔 线路时，复合杆塔未闪络和闪络曲线见图。复合杆塔和传统杆塔的绕击耐雷水平和跳闸率计算结果见表。图复合杆塔未闪络及闪络曲线表不同杆塔的绕击耐雷性能计算结果杆塔类型绕击耐雷水平 绕击跳闸率 次（）传统杆塔 复合杆塔 由 表可 知，复 合 杆 塔 绕 击 耐 雷 水 平 为 ，相 较 于 传 统 杆 塔 的 仅 高 约 ，即两者绕击耐雷水平相差不大。但复合杆塔的绕击跳闸率为 次（），相较于传统杆塔的 次（）低约 。由表和表计算结果可知，复合杆塔可有效提高线路耐雷性能，这是因为相较于传统杆塔，复合横担塔的横担更短，且缩短甚至取消了悬垂绝缘子，因此，相同的导线高度复合横担塔的呼高更低，雷击跳闸率也随之降低。结论本文通过 软件建模，并采用先导法作为绝缘子闪络判据，分析了不同横担结构的 同塔双回混压直流输电线路的复合横担塔和传统杆塔的反击和绕击耐雷性能，得出以下结论。）相较于传统杆塔，复合横担塔的反击和绕击跳闸率分别低约 和 。这是因为相较于传统杆塔，复合横担塔的横担更短，杆塔呼高更低，引雷能力降低，故线路雷击跳闸率降低。）复合横担杆塔的走廊占用面积小，可提高土地利用率，在走廊资源紧张地区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，还能提高运行经济性。参考文献：罗淞，仲昭峰，倪勇，等风雨环境下 复合材料杆塔空气间隙放电特性研究电瓷避雷器，（）：李雍，朱轲，邱雪梅，等 复合绝缘材料横担防雷性能研究电瓷避雷器，（）：庞金龄，杨熙，梁经龙基于子模型技术的 复合杆塔横担电场分析及均压环结构参数优化南方电网技术，（）：张禄琦，郝阳，李喜来，等特高压直流杆塔新型复合横担布置研究电网与清洁能源，（）：张恩铭 全复合材料输电杆塔结构优化设计浙江电力，（）：张龙，陈杰，李陈莹，等基于复合材料塔头的 双回输电线路反击耐雷性能仿真分析电瓷避雷器，（）：袁金，邢照亮，张卓，等 可踩踏复合绝缘横担塔设计及真型试验绝缘材料，（）：马强，侯立群，李占军，等基于优化算法的千伏输电线路复合横担杆塔通用结构研究中国电子科学研究院学报，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（）：杨熙，王青于，廖晋陶，等标准雷电压下 复合横担暂态电场计算高电压技术，（）：杨林，谭浩文，王加龙，等 酒杯型复合横担杆塔电场仿真计算及电晕试验电网技术，（）：张媛，喻新强，李峰，等用于交流特高压工程的 横担塔关键技术研究高电压技术，（）：唐力，刘磊，王国利，等 同塔双回输电线路复合横担塔的防雷性能南方电网技术，（）：，（）：李雍，朱轲，邱雪梅，等 复合绝缘材料横担防雷性能研究电瓷避雷器，（）：江进波，杨文，马可，等 输电线路跨江段防雷措施研究高压电器，（）：柏丹丹，王睿，施芳，等 交直流混架塔防雷性能分析浙江电力，（）：陈霖华，刘宇彬，贾永兵，等 种防雷技术在确保反击耐雷水平时的配合应用方法电瓷避雷器，（）：郝艳捧，毛长庚，王国利，等高海拔地区复合绝缘子先导发展法闪络判据中国电机工程学报，（）：，（）：陈鹏辉，周羽生，葛天科，等基于 的交直流同塔多回输 电 线 路 耐 雷 性 能 分 析 电 瓷 避 雷 器，（）：杨跃光，张建刚，徐剑伟，等基于改进 的 输电雷电屏蔽性能优化配置研究电瓷避雷器，（）：师伟，张丕沛，孙景文，等特高压输电线路雷电屏蔽分析方法研究综述电瓷避雷器，（）：櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗櫗 （上接第 页）户线存在漏电点，造成台区损失率超出合理区间，对故障点进行重新接线处理后，台区线损指标恢复到合理区间范围内。图“一台区一指标”台区线损闭环管理流程结论自“一台区一指标”台区线损治理模式应用以来，国网吉林省电力有限公司已累计生成线损异常工单 条，处理完成工单 条，处理完成率达 。通过深化营销贯通数据应用，持续开展基础数据治理，“一台区一指标”台区可算率和合格率得到大幅提升，目前吉林省台区可算率达到 以上，台区线损合格率达到 以上。“一台区一指标”台区功能的应用，为台区线损治理、反窃查违等工作提供了有效技术手段，进一步提高了现场台区线损治理效率，有效提升了台区精细化管理水平。参考文献：李明，蔡潇，凌薇，等低压台区线损异常分析及管控对策探究农电管理，（）：曾子厦基于用电信息采集的营销线损管理研究北京：华北电力大学，李俊楠，李伟，李会君，等基于大数据云平台的电力能源大数据采集与应用研究电测与仪表，（）：第 卷第期（总第 期）吉林电力 年月