输电线路毕业设计说明书-1000kV输电线路防雷性能分析.doc

西华大学毕业设计说明书 某某 1000kV 输电线路防雷性能分析输电线路防雷性能分析 摘摘 要要：到目前为止，雷击仍然是造成线路跳闸停电事故的主要原因，也是 变电站侵入波的来源。而随着电压等级提高，线路上传统的避雷线防护作用失 效而导致绕击的影响也越来越大，因此我国正在建设的 1000kV 晋东南一南阳 一荆门单回输电示范工程中，已将绕击防护作为线路防雷保护的主要工作。因 此，准确计算输电线路的耐雷水平和跳闸率对保证特高压输电系统安全运行显 得尤为重要。本文首先对反击耐雷性能理论进行分析。运用规程法计算反击跳 闸率，并且进行性能分析。然后对绕击耐雷性能进行分析。运用考虑工作电压 的改进电气几何模型对输电线路绕击性能进行了分析，着重分析工作电压对绝 缘子伏秒特性的影响，采用击矩法计算绕击跳闸率。接着对特高压输电系统耐 雷性能及影响因素进行研究，最后给出相关限制措施。因此论文研究结果将为 提高晋东南一南阳一荆门 1000kV 特高压输电线路耐雷性能提供理论依据和数 据，并为同类型线路提供参考。 关键词关键词：雷击，特高压交流输电，耐雷性能，绕击跳闸率，反击跳闸率 Abstract:Up to now,lighting striking 15 still main damage of Power transmission line,is main reason of making line tripping and outage.Meanwhile,lighting surge wave,which introduced by lightning stroking to transmission line,invading into substation over the line also is the key factor Which impacts on the safe operation of the substation equipment.The UHV transmission project of Jindongnan-nanyang nanyang-Jingmen of our country which is under construction,regards round-strike protection as main work of power transmission line protection.so accurately calculate lightning withstand level and lightning trip-out rate is much important to ensure the secure and stable operation of power system.at first,the lightning withstand performances of back striking is described in this paper. Application of regulation method to calculate the counterattack trip-out rate, and performance analysis.And then the theory of the lightning withstand performances of shielding failure .The theoretical analysis of the lightning withstand performances for shielding failure back,using the improved EGM which could take the effect of AC operating voltage into account,mainly analyze the influence of AC operating voltage to V-S characteristics of insulator,and calculate round-strike switching rate with strike moment method,use Click the moment method count The shielding failure rate.Carry 西华大学毕业设计说明书 on study the lightning protection performance and influence factors of UHV transmission system, finally gives the relevant restrictions. Therefore, the research results will provide theoretical basis and data to improve the lightning protection performance of Jindongnan- Nanyang-Jingmen 1000kV UHV transmission line, and offer a reference for the same type of line. Keywords:Lightning, UHV AC Transmission, lightning withstand leve, round-strike switching rate, back-strike switching rate 西华大学毕业设计说明书 目目 录录 1 绪论绪论.1 1.1 课题研究的背景和意义.1 1.2 国内外的研究现状.1 1.2.1 输电线路防雷保护发展.1 1.2.2 输电线路耐雷性能的计算方法.2 1.3 晋东南-南阳-荆门 1000kV 交流输电线路简介3 1.4 本文的主要内容.3 2 1000KV 输电线路反击跳闸率研究输电线路反击跳闸率研究.5 2.1 规程法计算耐雷水平和反击跳闸率.5 2.1.1 输电线的耐雷水平计算.5 2.1.2 反击跳闸率的计算.7 2.2 1000KV 输电线路实例分析8 2.2.1 晋东南-南阳杆塔分析8 2.2.2 南阳-荆门杆塔分析.11 3 1000KV 输电线路绕击跳闸率的计算分析输电线路绕击跳闸率的计算分析.14 3.1 规程法计算绕击跳闸率14 3.1.1 绕击率14 3.1.2 绕击耐雷水平.14 3.1.3 绕击跳闸率.14 3.2 利用电气几何模型计算绕击跳闸率.14 3.3 1000KV 输电线路实例分析18 3.3.1 晋东南-南阳实例分析18 3.3.2 南阳-荆门实例分析.21 3.4 小结.23 4 1000KV 输电线路雷击跳闸率的影响因素输电线路雷击跳闸率的影响因素.25 4.1 影响绕击跳闸率的因素分析25 4.1.1 地面倾斜角的影响25 4.1.2 保护角的影响25 4.2 影响输电线路反击跳闸率的因素25 4.2.1 导线波阻抗的影响26 4.2.2 接地电阻的影响27 5 线路的防雷改进措施线路的防雷改进措施.28 西华大学毕业设计说明书 5.1 防雷分析28 5.1.1 绕击分析28 5.1.2 反击分析28 5.2 防雷改进措施28 6 结论结论.31 7 总结与体会总结与体会.32 8 致致 谢谢.33 9 参考文献参考文献.34 附录附录 外文资料翻译外文资料翻译.35 第 页0 西华大学毕业设计说明书 1 绪论绪论 1.1 课题研究的背景和意义课题研究的背景和意义 在我国将逐渐开展特高压输电建设的背景下，对特高压输电线路所涉及的相关问 题进行深入细致的研究具有重大的现实意义和指导意义。本课题正是针对交流特高压 输电线路防雷保护性能及其限制雷击跳闸率等问题进行的深入研究。从技术角度看， 采用特高压输电技术是实现提高电网输电能力的主要手段之一，还能取得减少占用输 电走廊，改善电网就够等方面的优势。从经济方面的角度看，根据目前的研究成果， 输电 10GW 水电条件下，与其它输电方式比较，特高压交流输电有竞争力的输电范围 能够打到 1000-1500 公里，如果输送距离远、输送容量大，特高压的竞争优势更加明 显。在特高压输电系统中，耐雷性能是关系到设备绝缘设计的关键因素，直接影响设 备制造成本和系统的运行性能，所以尽可能提高耐雷性能对特高压输电技术的应用具 有非常重要的意义。 1.2 国内外的研究现状国内外的研究现状 1.2.1 输电线路防雷保护发展输电线路防雷保护发展 电力负荷的迅速增长，大容量、远距离输电的不断需求，发电与输电技术日益变 化。随着超高压输电线路和变电站的数目越来越多，环境问题变得日益突出，特别是 输变电用地的约束条件限制了超压输电的发展。 前苏联 1000kV 级交流系统的额定电压(标称电压)1150kV，最高电压 1200kV，是 世界上已有工程中最高者。 前苏联从 1985 年 8 月至今共建成 2350km 1150kV 输电 线路和 4 座 1150kV 变电站(其中 1 座为升压站)。其中有 907km 线路和 3 座 150kV 变 电站(其中 1 座为升压站)从 1985 年1990 年按系统额定电压 1150kV 运行了 5 年之 久。之后由于前苏联经济上的解体和政治原因，卡札克斯坦中央调度局将全线降压为 500kV 电压等级运行，在整个运行期间，过电压保护系统的设计并不需要进行修改， 至今运行情况良好。 日本 1000kV 电力系统集中在东京电力公司，1988 年开始建设 1000kV 输变电工 程，1999 年建成 2 条总长度 430km 的 1 000 kV 输电线路和 1 座 1000 kV 变电站，第 1 条是从北部日本海沿岸原子能发电厂到南部东京地区的 1000kV 输电线路，称为南北 线(长度 190km)，南新泻干线、西群马干线;第 2 条是联接太平洋沿岸各发电厂的 1000kV 输电线路，称为东西线路(长度 240 km)，东群马干线、南磬城干线，此外日 本还建成了 1 座新楱名 1100kV 变电站，所有的 1000kV 线路和变电站从建成后都一 直降压为 500kV 电压等级运行，考虑配合太平洋沿岸和东北地区原子能发电厂的建设 拟升压至额定电压 1000kV 运行，但是由负荷增长停止不前，电源建设和 1000kV 升压 计划也大幅推迟，预计在 21 世纪 10 年代后期才能升压至 1000kV 运行。 第 页1 西华大学毕业设计说明书 20 世纪 70 年代，意大利和法国受西欧国际发供电联合会的委托进行欧 洲大陆选 用交流 800kV 和 1050kV 输电方案的论证工作，之后意大利特高压交流输电项目在国 家主持下进行了基础技术研究，设备制造等一系列的工作，并于 1995 年 10 月建成了 1050kV 试验工程，至 1997 年 12 月，在系统额定电压(标称电压)1050kV 电压下进行 了 2 年多时间，取得了一定的运行经验。 我国的特高压电网指的是 1000kV 交流特高压和800kV 直流特高压输电电网。我 过得特高压技术研究相对较晚，1986 年，我国开始致力于特高压交流输电技术的研究， 并取得一系列的研究成果。1994 年，武汉高压研究所建立起 1000kV 级，长 200m，8 分裂导线水平排列的试验研究线段。2005 年，提出建设 1000kV 交流特高压和800kV 直流特高压输电系统。2006 年，1000kV 特高压交流试验示范工程全面建设。2009 年 1 月 6 日晋东南南阳荆门 1000 千伏特高压交流试验示范工程建成以来，向家坝 上海800 千伏特高压直流输电示范工程、锦屏苏南800 千伏特高压直流输电工程 等一系列特高压工程相继投运，通过一条条特高压电网，北方的煤、西部的水以及风、 光等新能源在全国范围内得以优化配置，经由这条条“高速公路”为这片土地源源不 断地注入了腾飞的血液! 2015 年， “三华”特高压电网形成“三纵三横一环网” ，即： 锡盟、蒙西、张北、陕北能源基地通过三个纵向特高压交流通道向南京、南昌和长沙 送电，北部煤电、西南水电通过三个横向特高压交流通道向潍坊、徐州、皖南和长三 角特高压环网送电。此外，还建设淮南南京泰州苏州上海浙北皖南淮 南长三角特高压双环网。 1.2.2 输电线路耐雷性能的计算方法输电线路耐雷性能的计算方法 从各国的实际运行来看，雷击仍然是输电线路安全可靠运行的主要危害。例如： 瑞典 1986 年由于雷击而引起的事故占所有事故的 51%；日本 50%以上的电力系统事故 是由于雷击输电线路引起的；国际大电网回忆公布的美国、前苏联等 12 个国家的电压 为 275500kV，总长为 3.27 万 km 输电线路连续 3 年运行资料中指出，雷害事故占总 事故的 60%。因此，早在 20 实际 60 年代，各国就利用模拟试验，现场实测、概率统 计方法和计算机综合等手段对此展开了许多研究工作，取得了许多重要的研究成果， 提出了许多确定输电线路耐雷性能的方法，为提高输电线路耐雷水平，保障线路的安 全可靠运行提供了重要依据和参考。 输电线路耐雷性能的分析主要分为反击耐雷性能和绕击耐雷性能。目前用于输电 线路反击耐雷性能的计算方法有以下几种：规程法、行波法、蒙特卡洛法、故障树法、 EMTP 法。用于分析输电线路绕击耐雷性能的方法和模型主要有以下几种：规程法、 经典电气几何模型（EGM） 、改进电气几何模型、输电线路雷电绕击的先到发展模型、 输电线路绕击概率模型。本文中对反击耐雷性能分析将采用规程法进行计算，对绕击 耐雷性能分析将采用规程法和经典电气几何模型进行分析。 第 页2 西华大学毕业设计说明书 1.3 晋东南晋东南-南阳南阳-荆门荆门 1000kV 交流输电线路简介交流输电线路简介 图 1.1 “晋东南-荆门”特高压输电线路走向图 图 1.1 为“晋东南南阳荆门”特高压输电线路走向图，线路起自 1000kV 晋东 南变，经 1000kV 南阳开关站，止于 1000kV 荆门变，线路全长 645 公里，共有杆塔 1285 基，分别由山西、河南、湖北三省电力公司负责运行维护。线路被分为两部分， 其中晋东南南阳段命名为长南一线，全长 358.43km，南阳荆门段命名为南荆一线， 全长 286.57 公里。其中，山西境内线路全长 118 公里，共有杆塔 229 基，占全线总长 度的 18%；河南境内线路全长 346 公里，共有杆塔 700 基，占全线总长度的 54；湖 北境内线路全长 181 公里，共有杆塔 356 基，占全线总长度的 28。 1.4 本文的主要内容本文的主要内容 根据运行经验表明雷击是特高压输电线路可靠运行的主要危害之一。特高压输电 线路杆塔更高，线路更长，防雷的问题更加突出。为保证特高压输电线路的安全运行， 结合 1000kV 晋东南一南阳一荆门交流输变电工程设计及安全运行的需要，论文主要研 究内容：根据规程法计算 1000kV 单回输电线路的雷击跳闸率；分析杆塔冲击接地电阻、 第 页3 西华大学毕业设计说明书 波阻抗对反击跳闸率的影响情况；根据 whitehead 击距法计算 1000kV 单回输电线路的 绕击跳闸率；分析地面倾斜角、保护角、工频电压等因素对 1000kV 绕击跳闸率的影响 情况。 第 页4 西华大学毕业设计说明书 2 1000kV 输电线路反击跳闸率研究输电线路反击跳闸率研究 雷直击与有避雷线线路的情况可分为 3 种，即雷击杆塔塔顶；雷击避雷线档距中 央和雷绕过避雷线击于导线，即反击和绕击。 2.1 规程法计算耐雷水平和反击跳闸率规程法计算耐雷水平和反击跳闸率 本设计主要采用规程法对反击耐雷性能进行计算和分析 规程法中对线路反击的计算，简单方便，而且经过了实践的检验，能够满足目前 我国一般输电线路的雷电反击系统设计要求。但该标准在对输电线路反击耐雷水平进 行分析时，将杆塔视为一等值电感，杆塔上任意点的电位相同，既不能反映雷击塔顶 时雷电流在杆塔上的传播过程，以及反射波对杆塔各节点电位的影响，也不能反映绝 缘子串上电压随时间的变化过程，特别是对特高压杆塔，杆塔高，反射波对杆塔各节 点电位的影响较大，各点电位相差很大，因此，规程法的计算是一种简化的计算方法， 与实际的雷击过程有一定的差距，适用于高压、超高压输电线路，而对特高压输电线 路具有较大的局限性。 2.1.1 输电线的耐雷水平计算输电线的耐雷水平计算 （1）波阻抗 对导线来说： （2.1） k k kk r h Z 2 ln 2 1 0 0 （2.2） jk kj kj d d Z 0 0 ln 2 1 式中为导线自波阻抗；为 k 号导线与 j 号导线之间的互波阻抗。 KK Z kj Z 对架空线路来说： （2.3） k k kk r h Z 2 ln60 （2.4） jk kj kj d d Z ln60 式中为避雷线自波阻抗；为 k 号导线与 j 号导线之间的互波阻抗。 kk Z jk Z （2）耦合系数 由导线的空间几何尺寸决定，耦合系数对多导线系统的过电压保护有很重要的意 义。 对双避雷线的单回线路： 第 页5 西华大学毕业设计说明书 （2.5） 12 2313 11 12 11 23 11 13 1211 2313 1 1 K KK Z Z Z Z Z Z ZZ ZZ K 冲击电晕套的存在使导线截面尺寸增大，输电线与架空避雷线间耦合系数也增大， 这种变化用电晕效应校正系数来修正输电线与避雷线之间的系数 （2.6） 10 KKK 式中为修正系数，耦合系数的修正系数，见表 2.1 1 K 1 K 表 2.1 耦合系数的电晕修正系数 1 K 线路额定电压/kV2035601101543305001000 两条避雷线 1 条避雷线 1.1 1.15 1.2 1.25 1.25 1.3 1.28 1.28 （3）杆塔的电感与分流系数 杆塔的的电感与杆塔的高度密切相关，不同类型的杆塔，对应的等值电感也不相 同，可由表 2.2 查得。 表 2.2 杆塔的电感和波阻抗的平均值 杆塔型式杆塔电感/mH杆塔电阻/ 无拉线水泥单杆0.84250 有拉线水泥单杆0.42125 无拉线水泥双杆0.42125 铁 塔0.50150 门 型 铁 塔0.42125 考虑到累计点的阻抗较低，故在计算中可略去雷电通道波阻的影响。由于避雷线 的分流左右，流经杆塔的电流将小与雷电流。 gt i L i （2.7） Lgt ii 式中 为分流系数；查表 2.3 可得。 表 2.3 一般长度档距的线路杆塔分流系数 线路额定电压/kV避雷线根数 值 110 1 2 0.90 0.86 220 1 2 0.92 0.88 33020.88 50020.88 100020.88 第 页6 西华大学毕业设计说明书 （4）耐雷水平 雷击线路时线路绝缘不发生冲击闪络的最大雷电流 1 I （2.8） 6 . 26 . 2 1 %50 1 c gt ch h L RK U I 式中的冲击闪络电压kVu 5 . 3183 %50 对于反击耐雷水平的计算步骤如下： 1) 求避雷线的平均高度：=避雷线高度-2/3 弧垂 g h g h 2) 求导线平均高度：=导线高度-2/3 弧垂 c h c h 3) 求避雷线对外侧导线的几何耦合系数： 001 12 2313 11 12 11 23 11 13 1211 2313 0 2.1 1 1 KKKK K KK Z Z Z Z Z Z ZZ ZZ K 4) 计算杆塔冲击电感：0.5 gt Lh Hh为杆塔高度 5) 确定杆塔分流系数：88 . 0 6)计算耐雷水平： 6 . 26 . 2 1 %50 1 c gt ch h L RK U I 2.1.2 反击跳闸率的计算反击跳闸率的计算 （1）击杆率 在线路落雷总次数中雷击杆塔的次数与避雷线的根数和经过地区的地形地貌有关。 雷击杆塔次数与雷击线路总次数的比值称为击杆率 g，用规程法建议击杆率，如表 2.4 表 2.4 击杆率 g 避雷线根数 地 形 012 平 原1/21/41/6 山 区11/31/4 （2）建弧率 当线路着雷后，由冲击闪络转为工频电弧的概率与弧道中的平均电场强度有关， 也与闪络瞬间工频电压的瞬时值和去游离条件有关。根据实验和运行经验，冲击闪络 第 页7 西华大学毕业设计说明书 转为稳定工频电弧的概率称为建弧率，以表示，可按下式计算 （2.9）)%145 . 4( 75 . 0 E 式中 E 为绝缘子串的平均运行电压梯度，kV（有效值）/m。 对中性点直接接地系统 （2.10） j e l u E 3 对中性点不解地系统 （2.11） j e l u E 2 式中对于中性点直接接地系统且为铁横担时，为线路额定电压kV（有效值）； e u 为绝缘子串闪络距离（m） 。 j l 对于中性点不接地系统，单相闪络不会引起跳闸，只有当第二相导线再闪络后才 会成相间闪络而跳闸，因此在公式中应是线电压和相间绝缘长度。 实践证明，当时，可以近似认为。mkVE/6有效值0 运用规程法计算反击跳闸率，计算步骤如下： 7）求雷电流超过的概率： 1 I 88 1 1 10 I P 8）确定建弧率：8 . 0 9）确定击杆率： 平原 山区 6 1 g 4 1 g 10）计算反击跳闸率：年百公里次/ 11 NgPn 其中 T hb N b 100 1000 4 线路手雷击次数；N 两避雷线间的距离，m；b 避雷线平均高度，m，无避雷线时取为最上层导线高度； b h 线路经过地区年平均雷电日数，对不同雷电日地区均应换算T 到 40 雷电日，即 T=40。 2.2 1000kV 输电线路实例分析输电线路实例分析 2.2.1 晋东南晋东南-南阳杆塔分析南阳杆塔分析 1000kV 晋东南-南阳线路为单回线，导线型号为钢芯铝绞线，分35/5008LGJ 裂间距为 400，两条底线型号均为，晋东南-南阳导线为水平排mmACLBGJ20150 第 页8 西华大学毕业设计说明书 列，晋东南-南阳线路参数，见表 2.5；晋东南-南阳导线和避雷线布置参数，见表 2.6； 采用杆塔见图 2.1。 图 2.1 晋东南-南阳杆塔参数 表 2.5 “晋东南-南阳”线路参数 标称截面 (mm2) 结构参数 (直径/) 计算截面 （mm2） 直流电 阻 (/km) 导线型号 铝/钢铝钢铝钢总计 外径 (mm2) 不大于 LGJ-500/45500/4548/3.67/2.88488.5843.1531.68300.05912 LBGJ-150-2015019/2.833.21119.6152.81160.57 表 2.6 “晋东南-南阳”导线和避雷线布置参数（单位：m） 导线间的水 平距离 地线间的水 平距离 导线在杆塔上的 悬挂高度 底线在杆塔上 的悬挂高度 导线 弧垂 地线 弧垂 44.437.01238.562.3251715 根据规程法计算耐雷水平的步骤： 1）避雷线（地线）平均高度 mhb325.5215 3 2 325.62 第 页9 西华大学毕业设计说明书 2）导线平均高度 mhd167.2717 3 2 5 . 38 避雷线半径 mm s rb91 . 6 150 3）计算避雷线与导线的耦合系数。 由于避雷线对外侧导线的耦合系数比对中相导线的耦合系数小，线路绝缘上的过 电压更为严重，故取作计算条件。先分别求出避雷线之间的耦合系数，避雷线和导 12 K 线之间的耦合系数、。 13 K 23 K 118. 0 625 . 9 14 . 1 1091. 6 325.522 ln 694. 3158.25 694. 3492.79 ln 2 ln ln 3 22 22 31 1 3 11 13 13 b b r h d d Z Z K 0648 . 0 625. 9 624. 0 1091 . 6 325.522 ln 706.40158.25 706.40492.79 ln 2 ln ln 3 22 22 32 2 3 11 23 23 b b r h d d Z Z K 114 . 0 625. 9 098 . 1 1091 . 6 325.522 ln 012.37 012.3765.104 ln 2 ln ln 3 22 21 1 2 11 12 12 b b r h d d Z Z K 因此，双避雷线对外侧导线的几何耦合系数为： 0 K 164 . 0 114. 01 0648. 0118 . 0 1 12 2313 0 K KK K 经电晕修正后耦合系数，修正系数查表 2.1 可得K28 . 1 1 K 21. 028. 1164. 0 10 KKK 4）杆塔等值电感，杆塔电感查表 2.2 gt L HhLgt1625.315 . 0325.625 . 0 5）分流系数（查表 2.3）88 . 0 本计算过程考虑工频电压的影响，即： kV U uu 5 . 3183 3 21000 4000 3 2 %50%50 6）雷击杆塔时的耐雷水平为： 1 I 第 页10 西华大学毕业设计说明书 kA h L Rk u I d gt ch 4 . 148 6 . 2 167.27 6 . 2 1625.31 788 . 0 21 . 0 1 5 .3183 6 . 26 . 2 1 %50 1 7）超过耐雷水平的概率为： 1 I 1 P 0206 . 0 1010 88 4 .148 88 1 1 I P 8）落泪次数（40 个雷电日）： )(6940100 1000 325.524012.37 07. 0100 1000 4 次 T hb N b 9）100km 雷击杆塔的反击跳闸率：（击杆率 g 查表 2.4） 平原： 19 . 0 0206 . 0 8 . 0 6 1 69 11 PNgn 山区： 284 . 0 0206 . 0 8 . 0 4 1 69 11 PNgn 2.2.2 南阳南阳-荆门杆塔分析荆门杆塔分析 1000kV 南阳-荆门线路为单回线，导线型号为钢芯铝绞线，分裂35/5008LGJ 间距为 400，两条底线型号均为，南阳-荆门导线为三角形排列。mmACLBGJ20150 见图 2.2 图 2.2 南阳-荆门杆塔参数 第 页11 西华大学毕业设计说明书 南阳-荆门的线路参数，见表 2.3；南阳-荆门的导线和避雷线布置的参数，见表 2.4。 表 2.3 南阳-荆门线路参数 标称截面 (mm2) 结构参数 (直径/mm) 计算截面 (mm2) 直流电 阻 (/km) 导线型号 铝/钢铝钢铝钢总计 外径 (mm2) 不大于 LGJ-500/45500/4548/3.67/2.88488.5843.1531.68300.05912 LBGJ-150-2015019/2.833.21119.6152.81160.57 表 2.4 南阳-荆门导线和避雷线布置参数（单位：m） 导线间的水平 距离 地线间的水平 距离 导线在杆塔上的悬 挂高度 底线在杆塔上的 悬挂高度 导线 弧垂 地线 弧垂 312438.573.334129.5 1）避雷线（地线）平均高度 mhb675 . 9 3 2 334.73 2）导线平均高度 mhd 5 . 3012 3 2 5 . 38 避雷线半径 mm s rb91 . 6 150 3）避雷线之间的耦合系数，避雷线和导线之间的耦合系数、： 12 K 13 K 23 K 117 . 0 873 . 9 156 . 1 1091 . 6 672 ln 5 . 35 .30 5 . 35 .97 ln 2 ln ln 3 22 22 31 1 3 11 13 13 b b r h d d Z Z K 0915. 0 873. 9 903 . 0 1091 . 6 672 ln 5 . 27 5 . 30 5 . 27 5 . 97 ln 2 ln ln 3 22 22 32 2 3 11 23 23 b b r h d d Z Z K 176 . 0 873 . 9 736. 1 1091 . 6 672 ln 24 24134 ln 2 ln ln 3 22 21 1 2 11 12 12 b b r h d d Z Z K 第 页12 西华大学毕业设计说明书 因此，双避雷线对外侧导线的几何耦合系数为： 0 K 177 . 0 176 . 0 1 0915 . 0 117 . 0 1 12 2313 0 K KK K 经电晕修正后耦合系数，修正系数查表 2.1 可得K28 . 1 1 K 227. 028. 1177 . 0 10 KKK 4）杆塔等值电感，杆塔电感查表 2.2 gt L HhLgt667.365 . 0334.735 . 0 5）分流系数（查表 2.3）88 . 0 6）本计算过程考虑工频电压的影响，即： kV U uu 5 . 3183 3 21000 4000 3 2 %50%50 雷击杆塔时的耐雷水平为： 1 I kA h L Rk u I d gt ch 9 .135 6 . 2 5 .30 6 . 2 667.36 788 . 0 227. 01 5 .3183 6 . 26 . 2 1 %50 1 7）超过耐雷水平的概率为： 1 I 1 P 0286 . 0 1010 88 9 .135 88 1 1 I P 8）落泪次数（40 个雷电日）： )(8240100 1000 67424 07. 0100 1000 4 次 T hb N b 9）100km 雷击杆塔的反击跳闸率：（击杆率 g 查表 2.4） 平原： 313. 00286 . 0 8 . 0 6 1 82 11 PNgn 山区： 469 . 0 0286 . 0 8 . 0 4 1 82 11 PNgn 2.3 小结小结 根据对两个杆塔进行计算，详细数据见表 2.5 表 2.5 杆塔计算结果 反击跳闸率（次/百公里年） 地区杆塔高度（m） 反击耐雷水平 （kV）平原山区 晋东南-南阳62.325148.40.190.284 南阳-荆门73.334127.660.3130.469 第 页13 西华大学毕业设计说明书 由表中的数据可知晋东南-南阳山区比平原的反击跳闸率增加 33%。 第 页14 西华大学毕业设计说明书 3 1000kV 输电线路绕击跳闸率的计算分析输电线路绕击跳闸率的计算分析 计算绕击时的杆塔与反击的杆塔一致，见图 2.1、图 2.2。 3.1 规程法计算绕击跳闸率规程法计算绕击跳闸率 3.1.1 绕击率绕击率 根据模拟实验、现场实测与运行经验，绕击率。即绕击概率与避雷线对外侧导 P 线的保护角，杆塔高度以及沿线路的地形地貌地质条件有关，可按一下近似公式计算： 对平原线路 9 . 3 86 lg h P （3.1） 对山区线路 35. 3 86 lg h P （3.2） 式中为绕击率；为保护角，；为杆塔高度，m； Ph 由上两式可知，山区线路的绕击率约为平原线路的 3 倍，或相当于保护角增大 8 倍。 3.1.2 绕击耐雷水平绕击耐雷水平 绕击时导线上电压幅值随雷电流幅值的增加而增加，若超过线路绝缘子串的冲击 闪络电压，则绝缘子串将发生闪络，绕击时的耐雷水平可令导线上电压幅值等于绝 2 I 缘子串上的冲击闪络电压来计算： %50 u （3.3） d d ZZ ZZ UI 0 0 %502 2 “规程”中认为，故 2 0 d Z Z （3.4） 100 4 %50 %502 U Z UI d 3.1.3 绕击跳闸率绕击跳闸率 设为绕击跳闸率，则由以下公式计算：n （3.5） 2 PPNn 式中：为每 100km 有避雷线的线路每年（40 粉雷暴日）落雷次数，次N /（kma） ；为建弧率，；为雷电流幅值超过绕击耐雷水平的 T hb N b 100 1000 4 2 P 概率。 第 页15 西华大学毕业设计说明书 规程法主要是利用线路多年运行中经验公司进行雷电绕击跳闸率计算，经过实践 的检验，对于一般线路的屏蔽设计，能满足要求。但对于超、特高压输电线路有可能 存在来自侧面的雷击，按规程计算出的线路跳闸率与实际明显不符，相差甚大。 3.2 利用电气几何模型计算绕击跳闸率利用电气几何模型计算绕击跳闸率 Whitehead 等人的经典电气几何模型 电气几何模型是指将雷电的放电特性与线路的结构尺寸联系起来而建立的一种几 何分析计算模型。其基本原理为:由雷云向地面发展的先导放电通道头部到达被击物体 的临界击穿距离一击距以前，击中点是不确定的，先到达哪个物体的击距之内，即向 该物体放电;击距仅同雷电流幅值有关，而与其它因素无关;先导对杆塔、避雷线、导线 的击距相等。本文分析绕击耐雷性能采用的是此方法。如图 3.1 图 3.1 输电线路电气几何模型 图中为避雷线；为导线；为保护角；、为避雷线和导线的击距。 s h c h s r c r 击距可表示为： （3.6） 8 . 0 72 . 6 IR 由于杆塔和地面有一定的倾斜度，对绕击率有一定的影响，所以将对有无倾斜度 进行分类，当地面倾斜度时，根据几何关系可以求出最大击距 0 sm r （3.7） 2 cos2 sin2 cscs sm hhhh r 第 页16 西华大学毕业设计说明书 同理，当地面倾斜度时的最大击距 0 sm r （3.8） 2 2 2 2 2 2 cos2 sin cos cos coscos cscscs sm hhhhhh r （1）电气几何模型绕击跳闸率计算过程 根据电气几何模型可以按以下方法近似计算线路的绕击跳闸率。设雷电流幅值 2 n 的概率密度为，将雷电流幅值范围等分为许多电流区间，的划分越来越小， IpII 则幅值为的雷电流出现的概率为： i I i IP （3.9） IIpIP ii 每一雷电日每单位面积地面落雷次数（概率密度）： i Ip 00 iIp i 010 2 iecIp bia i 式中： 617 . 4 a0117 . 0 b012 . 0 ckAi20 075 . 5 a0346 . 0 b035 . 0 ckAi20 已知每一雷电日每单位面积地面落雷次数为，则每一雷电日每单位长度线路上 幅值为的雷电流击中线路的次数为： i I （ 3.10） iiiiiii DFIIpIPDFN 雷电流的绕击率，则每一雷电日每单位长度线路上幅值为的雷电流 i I ii ii c DF DG p 1i I 击中线路的次数为： （3.11） iiiaiii DGIIppnN 2 这样可以求出不同幅值的雷电流的绕击次数。由于只有大于绕击耐雷水平和小 2 I 于最大绕击电流的雷电流才会绕击导线并引起线路绝缘闪络，所以每雷电日每单位 m I 长度线路的绕击闪络总次数为： （3.12） ii I I i I I iiii DGIpIDGIIpN mm 22 2 注意式中暴露弧的水平投影宽度也随电流幅值由至变化而变化。计及建 iiD G 2 I m I 弧率，求出每雷电日每单位长度线路的绕击跳闸率为： 2 n （3.13） m I I iii DGIpIn 2 2 然后即可换算得到每百公里每年的线路绕击跳闸率次/百公里年。下面对计算 2 n 第 页17 西华大学毕业设计说明书 进行分析。 iiD G （2）对的计算讲解 iiD G 将图 3.1 进行分析的到如图 3.2，图 3.3 所示。 图 3.2 几何模型化简图 假设 BC 与 BO 之间的夹角为 （3.14） s r SC 2 arccos 导线击距的投影为 （3.15） cos s rCg 图 3.3 几何模型化简图 由于杆塔与水平地面有一定的地面倾斜度 g 第 页18 西华大学毕业设计说明书 （3.16） g g r DH cos 由于，斜坡与水平之间的高度 FH： 0 CgFC （3.17） g FH CgFC tan 0 （3.18） c hFHDHDg 通过以上的公式计算，可以联列方程 （3.19） 222 CDCgDg 通过方程式计算后可得出 Cg 暴露弧的投影为： （3.20） CgCgggGD 3.3 1000kV 输电线路实例分析输电线路实例分析 3.3.1 晋东南晋东南-南阳实例分析南阳实例分析 （1）规程法 将晋东南-南阳杆塔化简，见图 3.4。 图 3.4 杆塔简化图 1）由杆塔的几何结构可得出杆塔的保护角： 049 . 0 8 . 8 5 . 38325.62 506.18 2 . 22 arctan 506.18 2 . 22 arctan ds hh 第 页19 西华大学毕业设计说明书 2）根据公式 3.1、3.2 可计算出线路绕击率： P 对平原来说： %013. 01010 9 . 3 86 325.62049 . 0 9 . 3 86 s h P 对山区来说： %04615 . 0 1010 35 . 3 86 325.62049 . 0 35 . 3 86 h P 3）根据公式 3.4，计算绕击耐雷水平： 2 I kV U uu 5 . 3183 3 21000 4000 3 2 %50%50 kA U I835.31 100 5 .3183 100 %50 2 43475 . 0 1010 88 835.31 88 2 2 I P 4）根据公式 3.5 可得绕击跳闸率： 2 n )(8040100 1000 325.624012.37 07. 0100 1000 4 次 T hb N b 平原：年）百公里（次/00378. 045475. 000013 . 0 8 . 080 22 PPNn 山区：年）百公里（次/01343. 045475 . 0 0004615 . 0 8 . 080 22 PPNn （2）击距法 1）根据杆塔所给出的条件，由公式 3.8 计算出最大击距： sm r mrsm116 2）已知最大击距，按公式 3.6 计算出最大雷电流： m I kA r I sm m 1 . 34 72 . 6 116 72 . 6 8 . 08 . 0 3）将发生闪络的区间的雷电流划分为 5 段，每一段为：I kAI453 . 0 5 835.31 1 . 34 因此区间分为： 31.83532.228；32.22832.741；32.74133.194；33.19433.647；33.64734.1 下面以第一段区间计算为例： 4）根据式 3.14，3.15 计算出导线击距的投影： mIrs13.108228.3272 . 6 72 . 6 8 . 0 8 . 0 2 2 .15 4 . 6 2 arccos s r SC 第 页20 西华大学毕业设计说明书 mrCg s 3 . 104 2 . 15cos13.108cos 5）根据式 3.16，3.17，3.18，3.19 计算出避雷线击距的投影： m r DH g g 86.124 30cos 13.108 cos ； g FH CgFC tan 0 c hFHDHDg 222 CDCgDg 6）利用式 3.17，3.1