高压输电线路防雷研究

科学技术报告 TECHNICAL REPORT 高压输电线路防雷研究 国网武汉高压研究院 二二七年三月七年三月 1 目目 录录 一概述.2 二高压输电线路防雷保护的基本术语.4 三高压输电线路的几种常见过电压.7 四高压输电线路防雷的基本原则及措施.9 五、影响线路雷击跳闸因素的计算研究.11 5.1 杆塔接地电阻影响雷击跳闸率的计算研究.11 5.2 线路绝缘配置影响雷击跳闸率的计算研究.21 5.3 线路保护角影响雷击跳闸率的计算研究.27 六综合防雷改造的技术方案.40 6.1 改造杆塔接地电阻.40 6.1.1 改造的技术路线 .41 6.1.2 改造的实施细则 .42 6.2 加强线路绝缘水平.43 6.3 装设线路型 ZNO 避雷器 .43 6.3.1 输电线路安装线路 ZnO 避雷器的必要性 .43 6.3.2 ZnO 避雷器的优点.44 6.3.3 线路 ZnO 避雷器的防雷作用 .45 6.4 装设可控放电避雷针.45 6.4.1 可控放电避雷针的保护原理 .45 6.4.2 可控放电避雷针的保护特性 .46 6.5 线路装设旁路耦合地线.49 6.6 地线上装设防绕击预放电避雷针.51 6.6.1 概述.51 6.6.2 防绕击预放电避雷针结构图 .51 6.6.3 工作原理 .52 6.6.4 防绕击预放电避雷针规格型号 .52 6.6.5 防绕击预放电避雷针的特点 .53 6.6.6 防绕击预放电避雷针的安装位置及适用范围 .53 6.6.7 主要技术性能指标 .53 6.6.8 安装使用说明 .54 2 一概述一概述 输电线路在运行过程中承受工作电压、操作过电压或大气过电压时，都可能会发 生绝缘闪络事故。在超高压输电系统中，操作过电压已被限制在较低的水平（500kV 系 统不超过 2.0p.u） ，不再是构成线路绝缘的控制因素。另一方面，近几年来因治理污闪 事故的调爬等措施使线路的绝缘水平得到提高，线路在工作电压作用下的可靠性也明 显提高。国内、外运行经验表明，大气过电压引起的绝缘闪络已成为线路故障的主要 原因。现将美国、日本和俄罗斯等几个国家的高压和超高压输电线路的雷击跳闸率摘 录如表 1.1。 表 1.1 国外高压输电线路雷击跳闸率（单位：次/100km.a） 国家 电压等级 kV 美国俄罗斯日本 220（230） 330（345） 500 0.87 0.53 0.35 0.36 0.12 0.09 0.88 / 0.63 统计表明，雷害引起的跳闸约占线路跳闸次数的 50。为确保送电线路的安全稳 定运行，建设坚强电网，国家电网公司对雷击跳闸率指标提出了更加严格的要求。 2005 年 3 月国家电网公司颁布的110(66)kV500kV 架空输电线路运行规范明确提 出各电压等级线路的雷击跳闸率（归算到 40 个雷暴日） ，应达到如下指标： 表 1.2 线路雷击跳闸率目标值 （单位：次/100km.a） （40 雷电日） 110kV220KV330KV500KV 0.5250.3150.200.14 造成输电线路雷击跳闸的主要原因是反击和绕击。 1.输电线路反击 杆塔以及杆塔附近避雷线上落雷后，由于杆塔或接地引下线的电感和杆塔接地电 阻上的压降，塔顶的电位可能达到使线路绝缘发生闪络的数值，造成杆塔雷击反击。 杆塔的接地电阻是影响雷击跳闸率的重要因素，计算表明：杆塔的接地电阻如增加 1020，雷击跳闸率将会增加 50%100%。为此，各网、省电力公司为提高供电可靠 3 性，投入大量的人力和财力进行杆塔接地电阻的改造，使线路杆塔的接地电阻满足防 雷设计的要求，保证了雷击跳闸率满足规程的要求。 表 1.3 各种电压等级的线路设计耐雷水平 额定电压，单位 kV35110220330500 线路耐雷水平 I0，单位 kA2030407575110100150125175 雷电流超过 I0的概率（5946）%（3514.1）%（14.15.6）%7.32%3.81.0% 输电线路绝缘水平也是影响线路雷击反击的重要因素。为此，合理配置线路杆塔 的绝缘水平和布置方式，会提高杆塔的耐雷水平，从而降低雷击故障跳闸率。雷直击 塔顶或避雷线会造成对线路绝缘的反击，我国防雷与接地规程推荐用下式计算杆塔承 受反击的耐雷水平： 6 . 2/16 . 2/1/ %50ccotach hhhgKLKhthRKUI 式中：U50%绝缘子串 50%冲击闪络电压，kV； K导线线间耦合系数； Ko导线与地线间的耦合系数； 杆塔分流系数； Rch杆塔冲击接地电阻，； Lt杆塔电感，H； hg地线平均高度，m； hc导线平均高度，m； ht杆塔高度，m； ha横担对地高度，m。 计算表明，当接地电阻为 7 时，500kV 交流线路杆塔的耐雷水平为 176.7kA，超 过这个幅值的雷电流出现概率仅为 1%。当接地电阻相同时，500kV 直流线路的耐雷 水平比交流线路要高得多。因此，只要杆塔的接地电阻降低到设计要求以下，杆塔就 有足够的耐雷水平防止反击。另一方面，由于地质条件不好，接地虽几经改造仍达不 到设计要求或因接地腐蚀、外力破坏使接地电阻变大，杆塔的耐雷水平会因此而降低 到较低水平，为此，防止反击造成绝缘损坏便成为需要研究采取技术措施的问题了。 2.输电线路绕击 雷绕过避雷线的屏蔽，击于导线称为“绕击” 。由于影响发生绕击的因素比反击要 复杂得多，人们对它感兴趣的程度和研究深度也较反击为多。上一世纪的 60 年代初， 4 美国的 E.R.Whitehead 、H.R.Armstorng 和 G.R.Brown 等人在前人完成的小模型模拟 试验的基础上先后开展了绕击过程的理论研究，并取得了重要成果，完善和发展了分 析输电线路屏蔽性能的电气几何模型（EGM） ，被称为 Whitehead 理论。1964 年我国朱 蒙美教授在模拟试验的基础上独立提出了与之基本相似的计算模型。随后 Sargtnt、Eviksson、Mossa 等人在完善和推广 EGM 的应用方面作了大量的工作。随着 计算机技术的发展和应用，在当前所广泛应用的 EGM 模型中，进一步考虑了击距的间 隙系数，杆塔、弧垂和地形等各种因素的影响，并编制了相应的计算程序。近年来， Eviksson、Dallera、Rizk 等人将近代长空气间隙放电的研究成果用于线路屏蔽性能的 研究，提出了先导发展模型（LPM） 。该模型认为在下行先导的作用下，接地物体上的 上行先导的发生、发展及相遇的过程，在决定雷电屏蔽性能时起决定性的作用，并引 入吸引距离作为基本参数。我国各网、省电力公司在输电线路防绕击方面也做了大量 的工作，如采取增强杆塔绝缘提高其绕击耐雷水平；减小边导线保护角，甚至采用负 保护角或加装塔顶拉线、在地线上装侧向避雷针、装设耦合地线及旁路架空地线等措 施，增强对导线的屏蔽作用，降低绕击概率。在避雷线上加装侧向短针的方法，其机 理是适当将可能发生的绕击引向避雷线，如能引发雷击短针，则可将绕击转化为反击， 众所周知，500kV 和 220kV 杆塔的反击耐雷水平比绕击耐雷水平高得多，且绕击雷电流 幅值一般只有 530kA，远小于线路的反击耐雷水平，一般不会引起绝缘闪络故障。 二二高压输电线路防雷保护的基本术语高压输电线路防雷保护的基本术语 雷电流波形雷电流波形 雷电流的波头和波尾皆为随机变量，其平均波尾为 40s；对于中等强度以上 的雷电流，波头大致在 14s 内，实测表明，雷电流幅值 IL与陡度的线性相 dt diL 关系数为 0.6 左右，这说明雷电流幅值增加时雷电流陡度也随之增加，因此波头 变化不大，根据实测的统计结果， “规程”建议计算用波头取 2.6s。即认为雷电 流的平均上升陡度为： dt diL skA I dt di LL / 6.2 雷电流的波头形状对防雷设计是有影响的，因此在防雷设计中需对波头形状作出 5 规定， “规程”建议在一般线路防雷设计中波头形状可取为斜角坡；而在设计特殊高塔 时，可取为半余弦波头，在波头范围内雷电流可表示为： )cos1( 2 t I i L L 雷电流幅值雷电流幅值 雷电流 iL为一非周期冲击波，其幅值与气象、自然条件等有关，是一个随机变量， 只有通过大量实测才能正确估计其概率分布规律。雷电流幅值概率分布可用下式表示： 88 log L I P 上式中 IL为雷电流幅值（kA） ，P 为雷电流幅值超过 IL的概率。例如 IL等于 120kA，可求得 P 为 4.3%。 雷电日雷电日 在进行防雷设计和采取防雷措施时，必须从该地区雷电活动的具体情况出发。某 一地区的雷电活动强度可以用该地区的雷电日来表示。雷电日是一年中有雷电的日数。 “规程”建议采用雷电日作为计算单位。 根据长期统计的结果，在我国“规程”中绘制了全国平均雷日数分布图，可作为 防雷设计的依据，全年平均雷日数为 40 的地区为中等雷电活动强度地区，如长江流域 和华北的某些地区；年平均雷电日不超过 15 日的地区为少雷区；年平均雷暴日数多于 15 但少于 40 的地区为中雷区；年平均雷暴日数多于 40 但少于 90 的地区为多雷区；年 平均雷暴日数多于 90 的地区及根据运行经验雷害特别严重的地区为强雷区。 地面落雷密度和输电线路落雷次数地面落雷密度和输电线路落雷次数 为了防雷设计和采取防雷措施，必须知道地面落雷密度，地面落雷密度“r”的定义 为：每一雷电日每平方公里地面遭受雷击的次数， “规程”建议 r 为 0.07 次/平方公 里雷日。 对于线路来说，由于高出地面，有引雷的作用，根据模拟试验和运行经验，一般 高度的线路的等值受雷面的宽度为（4h+b）(h 为避雷线成导线的平均高度，b 为两根 避雷线间的距离)，也即等值于受雷面积为线路两侧的地带，线路愈高，则等值受雷面 积愈大。 6 保护角保护角 通常将避雷线与外侧导线的联线和避雷线对地垂直线之间的夹角叫保护角。 绕击率绕击率 当雷电绕过避雷线直接打在导线上的概率，可按下式计算 （对平地线路）9 . 3 86 lg t h P （对山区线路）35 . 3 86 lg t h P ht杆塔高度 保护角 击杆率击杆率 运行经验表明，在线路落雷总数中雷击杆塔的次数与避雷线根数和经过地区的地 形有关，雷击杆塔次数与雷击线路总次数的比值称为击杆率 g， 规程建议的击杆率 如表 2.1 所示。 表 2.1 击杆率 g 避雷线根数 地形 012 平原1/21/41/6 山区11/31/4 耐雷水平耐雷水平 雷击线路时，线路绝缘不发生闪络的最大雷电流幅值叫耐雷水平。我国规程规定 各级电压线路的耐雷水平值见表 1.3，这是从综合技术、经济比较得到的。表中还列出 了雷电流超过该耐雷水平的概率。可见线路防雷是相对的安全，即允许有一部分雷击 引起闪络。选择线路绝缘及防雷措施的要求是：在不显著增加线路造价的情况下，保 证有足够的运行可靠性。 建弧率建弧率 在雷冲击绝缘子串时，雷冲击电压过去后，弧道仍有一定程度的游离，在工频电 压作用下，将有短路电流流过闪络通道，形成工频电弧。 雷电压持续时间很短（100s 左右） ，绝缘子冲击闪络时间也相应很短，继电保护 来不及动作，所以仅有冲击闪络并不会引起开关跳闸，只有当冲击闪络火花转变为稳 7 定工频电弧，才会引起线路开关跳闸，因此一条线路的雷击跳闸数，不仅与耐雷水平 有关，而且与冲击闪络之后弧道建立工频电弧的可能性，也就是建弧率有关，建弧率 可用表示： = 总的冲击闪络次数 数建立稳定工频电弧的次 建弧率的大小，主要与工频电压作用下弧道平均场强的大小有关，也和冲击闪络 是发生在工频电压的哪一部分以及弧道的去游离情况有关，如果恰好在 u=0 发生雷击， 随后就不会产生工频电弧，根据实验及运行经验， 主要与 E 有关，可按下式计算： 2075 10)1445( E 式中，E绝缘子串的平均运行电压梯度（千伏，有效值/米） 雷击跳闸率雷击跳闸率 一条线路的雷击跳闸次数与线路长度、雷电日的多少，以及防雷措施的好坏有关。 为了分析比较二条线路防雷措施的好坏，引入雷击跳闸率 n 的概念：每百公里线路、 40 雷电日，由于雷击引起的跳闸数（重合成功也算一次） ，称为该线路的雷击跳闸率， 简称跳闸率，跳闸率是衡量线路防雷性能好坏的综合指标，它可表示为： 式中： N跳闸率（次/100km.a） ； 建弧率； g击杆率； P1超过雷击杆塔的顶部时耐雷水平的雷电流概率； P2超过雷雷绕击导线时耐雷水平的雷电流概率； P绕击率； NL线路落雷次数； 三三高压输电线路的几种常见过电压高压输电线路的几种常见过电压 架空输电线路中常见的过电压有以下两种，第一种是：架空线路上的感应过电压 即雷击发生在架线路的附近，通过电磁感应在输电线路上产生的过电压；第二种是直 )( 21 PPgPNN L 8 击雷过电压，即雷电直接打在避雷线或是导线上时产生的过电压。下面对这两种过电 压做一个简单的介绍，在介绍中主要介绍产生的机理及结论，而省略了复杂的数学推 导。 1架空输电线路上的感应过电压架空输电线路上的感应过电压 当雷击线路附近的地面时，会在架空线路的三相导线上出现感应过电压（感应雷） 。 这种感应过电压的形成过程如下。在雷电放电的先导阶段，在先导通道中充满了电荷， 它对导线产生了静电感应，在负先导通道附近的导线上积累了异号的正束缚电荷，而 导线上的负电荷则被排斥到导线的远端。因为先导的发展速度很慢，所以在上一过程 中导线的电流不大，可以忽略不计，而导线将通过系统的中性点或泄漏电阻而保持其 零电位（如果不计工频电压的话） 。由此可见，如果先导通道电场使导线各点获得的电 位为 U0（x） ，则单单导线上的束缚电荷电场必定使导线获得电位为+ U0（x） ，即二者 在数值上相等，符号相反，也即各点上均有U0（x）叠加，使导线在先导阶段时处处 电位为零。雷击大地后，主放电开始，先导通道中的电荷被中和。如果先导通道中的 电荷是全部瞬时被中和（这当然是不可能的） ，则导线上的束缚电荷也将全部瞬时变为 自由电荷，此时导线出现的电位仅由这些刚解放的束缚电荷决定，它显然等于+ U0（x） 。这是静电感应过电压的极限。实际上，主放电的速度有限，所以导线上束缚 电荷的释放是逐步的，因而静电感应过电压将比+ U0（x）小。此时由于对称的关系， 被释放的束缚电荷将对称地向导线两侧流动，电荷流动形成的电流 i 乘以导线的波阻 Z 即为向两则流动的静电感应过电压流动波 u=iZ。此外，如果先导通道电荷全部瞬时 中和，则瞬间有（这当然是不可能的） ，则将产生极强的时变磁场，后uI 者将使导线产生极大的电磁感应过电压。实际上由于主放电的速度 u 比光速小得多 ，所以电磁感应过电压不会有那样大。由于主放电通道是和导线互相) 2 1 20 1 (cu 垂直的，所以互感不大，即电磁感应不大。因此电磁分量要比静电分量小得多，后者 约为前者的五倍。又由于两种分量出现最大值的时刻也不同，所以在对总的感应过电 压幅值的构成上，静电分量起主要作用。 为了使大家在工作中对感应过电压的值有一个数量级的概念，可以用下式进行粗 略的估算 I s hc Ug25 式中，I：主放电电流（kA） 9 hc：导线平均高度（m） S：雷击点距线路的距离（m） 2架空输电线路上的直击雷过电压架空输电线路上的直击雷过电压 雷直击于有避雷线的输电线路分为三种情况，a、雷击杆塔顶部；b、雷击避雷线 中央部分；c 绕过避雷线击于导线。 a、当雷击于导线时，导线的电位可按下式计算： 422 iZZi u 式中的是雷击点左右两则导线波阻并联的结果，是雷击于波阻（）近似于等于 2 Z 2 i 2 Z 雷电通道波阻（Z0）时的雷电流比雷击零欧时减半的缘故。即使以绝缘很强的 330500kV 线路来说，不难算出在 1015kA 的雷电流下也将发生闪络，而出现等于及 大于这一电流的概率是很大的（8173%） ，因此，采用避雷线来大大减少雷击于导线 的情况是很重要的措施。 b、雷击线路杆塔顶部 雷击线路杆塔顶部时，有很大的电流 igt流过杆塔入地。对一般高的杆塔，塔身可 用等值电感 Lgt代替，其冲击接地电阻为 Rch，于是塔顶电位为 dt di LiRU gt gt gtch gt 在一般情况下冲击接地电阻 Rch对 Ugt起很大的作用，而在山区或高阻区，Rch可 达上百欧，此时它对 Ugt的值将起决定性的作用。至于杆塔电感只有在特高塔或大跨越 时才会起决定作用。 c、雷直击于档距中央的避雷线 当雷直击于档距中央的避雷线会产生很高的过电压，可用下式计算： a L dt diL U bb 22 式中 Lb为半档避雷线的电感，a 为雷电流陡度。 从世界各国运行的情况看在档中发生相地线间的闪络是很少见的。 四四高压输电线路防雷的基本原则及措施高压输电线路防雷的基本原则及措施 线路防雷的基本任务是采用技术上与经济上合理的措施，将雷击事故减少到可以 10 接受的程度。以保证供电的可靠性与经济性。为此，一般设有四道防线： 第一道防线是保护导线不受或少受雷直击，为此可采用避雷线、可控放电避雷针、 消雷器、防绕击预放电避雷针、旁路避雷线或改用电缆。 目前采用避雷线仍然是架空线路防雷的首选措施，这已是被长期工程实践所证实 了的行之有效的防雷措施，当然在某些线段由于特殊的地理环境造成绕击率偏高，或 是由于接地电阻降不下来造成雷击跳闸率偏高，为提高线路的安全运行水平可采用可 控放电避雷针、防绕击预放电避雷针，而改用电缆在经济上是难以接受的。 第二道防线是雷击塔顶或避雷线时不使或少使绝缘发生闪络。为此需提高线路的 耐雷水平或线路的绝缘水平。最经济实用的办法是降低杆塔接地电阻来提高线路的耐 雷水平。在山区当降低接地电阻很困难时，可采用可控放电避雷针，加装耦合地线、 接地拉线，或适当加强绝缘，或是在个别杆塔上采用线路型避雷器。 采用可控放电避雷针时由于绕击率很低，而且主放电电流很小，一般线路杆塔的 耐雷水平都大于此值，所以它能大大降低线路的雷击跳闸率，提高线路的安全运行水 平。 加装耦合地线在山区实施时难度很大，一般情况下很少采用。 加装接地拉线，就是在塔顶的避雷线处并联一接地拉线，这样可以提高雷击时的 分流系数从而实现降低雷击跳闸率，但这种措施的效果不是很显著（有计算表明，接 地拉线可提高分流系数约 10%）. 任何一种加强线路绝缘水平的措施，都是一种实施起来很困难的措施。 最近几年在部分线路上使用线路型避雷器，从防雷效果上看是肯定的，但它也存 在以下问题：1、它的造价较高，特别是在超高压线路，更是如此，如在 220kV 线路每 基塔的费用达 34 万元，2、它的运行维护是一大问题，由于它的安装地点都在崇山 峻岭之中，而且是在线路塔上，它的运行工况不易被监测，每年的预放性试验是一个 大问题，现场无法做，只能是拆下运回，做完试验后重新安装，这样运行部门的运行 维护工作量将成倍地增加。3、它的保护范围也很有限，只能有效地保护本基杆塔。 第三道防线是当绝缘发生闪络时，尽量减少由冲击闪络转变为稳定电力电弧的概 率，从而减少雷击跳闸率，为此应减少绝缘上的工频电场强度，或电网中性点采用不 直接接地方式。采用这种方法应谨慎，因为改变中性点的接地方式，将改变系统的运 行方式和系统参数，搞不好会出大事故。 11 第四道防线是即使跳闸也不中断电力的供应，可用自动重合闸或用双回线以及环 网供电。 当然，不是所有线路都要具备以上四道防线，而是要因地制宜，合理采用，把雷 害引起的停电事故次数减少到可以接受的程度。 五、影响线路雷击跳闸因素的计算研究五、影响线路雷击跳闸因素的计算研究 5.1 杆塔接地电阻影响雷击跳闸率的计算研究 降低杆塔接地电阻是高压输电线路基本的防反击雷害措施，应给予优先考虑。 对 220kV 铁塔，取其高度为 25.6 米，采用双避雷线，绝缘子按 13 片 XP-4.5 计算， 杆塔接地电阻取 7，根据规程，雷击杆塔的耐雷水平： I=110（kA） 6 . 2 )1 ( 6 . 2 )()1 ( 0 50 0 0 c c g t t a i h k h h L k h h Rk u 按照 1997 年电力行业标准（规程） DL/T620-1997 交流电气装置过电压保护和绝 缘配合中的 110500kV 线路的杆塔尺寸和绝缘子的 50%雷电冲击绝缘水平，对不同 杆塔接地电阻计算出各自的耐雷水平如表 5.1。 表 5.1 110500kV 线路耐雷水平与杆塔接地电阻的关系 电压等级(kV)110220500 接地电阻()715305071530507153050 耐雷水平(kA)634124161107648321771258155 在规程中雷电流强度概率分布用 lgP=-I/88 计算，由计算式： )( 21 PPgPNN aL 得到雷击跳闸率：平原地区为 0.25，山丘地区为 0.43。 表 5.2 雷电流强度的概率分布 Ik(kA)1008060402010 规程值 P(%) 7.3112.3320.8135.1159.2676.98 12 当接地电阻发生变化时，耐雷水平和雷击跳闸率也将发生相应的变化。 使用 ATPEMTP 计算： 主要使用 ATPEMTP 计算机算雷击杆塔的耐雷水平。 1 I 建模： a. 雷电流的模型 雷电流幅值、波头时间均按规程规定处理，从严考虑取 0.14概率的雷电流波型 为 2.650s、负极性，作为研究中的主要波型。用简炼的数学表达式来描述典型的雷 电流波形，显然有助于定量分析，以便于进行许多相关的计算。Stekolnikov（1941） 以及 Bruce 和 Golde（1941）同时提出了双指数表达式： m i=AI exp(- t)-exp(- t) 图 5.1 雷电模型 经计算，其双指数波形的表达式为： m i=1.082I exp(-13136t)-exp(-861549t) b. 杆塔模型 在工程近似计算上，杆塔常被等效为集中参数的电感或分布参数长线。本文将杆 塔视为分布参数，采用我国规程推荐的杆塔波阻抗为 150，杆塔电感为 0.5H/， 相应的波速为 300/，模型如下： 13 图 5.2 酒杯塔仿真模型 A：220kV 铁塔： 1）规程法计算如下： hb=（24+3.5）-2*7/3=22.83 m , hd=（24-2.2）-2*12/3=13.8 m 双侧线路对外侧导线的耦合系数 =0.328 0 k 1323 1112 ZZ ZZ 1323 1323 12 12 lnln 2 lnln b b dd dd hd rd 校正后的耦合系数为：=1.25=0.41k 0 k 杆塔等值电感查表得= *0.5=（24+3.5）*0.5=13.75（） gt LhH 查表得分流系数=0.88 得到雷击杆塔的耐雷水平 = 1 I 50% ()(1) 2.62.6 gt d ch U L h Rk 1410 0.525.877 ch R 绕击导线的耐雷水平=15.6 kA (其中 1560kV 为负极性 50%冲击放 2 I 50% 100 U 1560 100 电电压) 由lg=,得=，由 1 I P 1 88 I 1 I P 1 88 10 I lg=，得=0.0665 2 I P 2 88 I 2 I P 14 求绕击率： 平原：由lg=-2.894 得：=0.128%P 3.9 86 h 16.5 27.5 3.9 86 P 山区：由lg= 得：=0.453%P 3.35 86 h 16.5 27.5 3.35 86 P 查表得击杆率：平原: g=1/6, 山区: g=1/4 求建弧率：= = =57.7（kV/m） (为绝缘子串长)E 220 3 j l 220 2.2 3 j l =（4.5 -14）*0.01=（4.5*-14）*0.01=0.8 0.75 E 0.75 57.7 线路跳闸率 n: 平原： n=0.6(g+) =0.6*22.83*0.8(1/6* +*0.0665) 1.8* b h 1 I PP 2 I P 1 88 10 I 0.128 100 16.023 0.525.877 10 ch R 曲线为： n 次/100kma ： 68101214 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 ( ) ch R 山区： n=0.6(g+)=0.6*22.83*0.8*（1/4*+*0.0665） b h 1 I PP 2 I P 1 88 10 I 0.128 100 2.74* 16.023 0.525.877 10 ch R 15 曲线为： n 次/100kma 68101214 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 0.175 ( ) ch R B：220kV 水泥杆： 1）规程法计算如下： =（24+2.6）-2*7/3=21.93 m , =（24-2.2）-2*12/3=13.8 m b h d h 双侧线路对外侧导线的耦合系数 =0.238 0 k 1323 1112 ZZ ZZ 1323 1323 12 12 lnln 2 lnln b b dd dd hd rd 校正后的耦合系数为：=1.25=0.298k 0 k 杆塔等值电感查表得= *0.5=（24+2.6）*0.5=11.17（） gt LhH 查表得分流系数=0.88 得到雷击杆塔的耐雷水平 = 1 I 50% ()(1) 2.62.6 gt d ch U L h Rk 1410 0.626.38 ch R 绕击导线的耐雷水平=15.6 kA (其中 1560kV 为负极性 50%冲击放 2 I 50% 100 U 1560 100 电电压) 16 由lg=,得=，由lg=，得=0.0665 1 I P 1 88 I 1 I P 1 88 10 I 2 I P 2 88 I 2 I P 求绕击率： 平原：由lg= 得：=0.138%P 3.9 86 h 17.35 26.6 3.9 86 P 山区：由lg= 得：=0.49%P 3.35 86 h 17.35 26.6 3.35 86 P 查表得击杆率：平原: g=1/6, 山区: g=1/4 求建弧率：= = =57.7（kV/m） (为绝缘子串长)E 220 3 j l 220 2.2 3 j l =（4.5 -14）*0.01=（4.5*-14）*0.01=0.8 0.75 E 0.75 57.7 线路跳闸率 n: 平原： n=0.6(g+) =0.6*21.93*0.8(1/6* + *0.0665) b h 1 I PP 2 I P 1 88 10 I 0.138 100 1.75* 16.023 0.626.38 10 ch R 曲线为： n 次/100kma 68101214 0.025 0.05 0.075 0.1 0.125 0.15 ( ) ch R 17 山区： n=0.6(g+)=0.6*21.93*0.8*（1/4*+*0.0665) b h 1 I PP 2 I P 1 88 10 I 0.138 100 2.63* 16.023 0.626.38 10 ch R 曲线为: n 次/100kma 68101214 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 ( ) ch R 注：以上 A，B 两种情况的数据及计算参考陈维贤的 C：500kV 铁塔：绝缘子取 FC16P/155，1 29 片，串长29*155mm=4.5m 1）规程法计算如下; =（36+7）-2*15/3=33 m , =（36-4.5）-2*15/3=21.5 m b h d h 双侧线路对外侧导线的耦合系数 =0.224 0 k 1323 1112 ZZ ZZ 1323 1323 12 12 lnln 2 lnln b b dd dd hd rd 校正后的耦合系数为：=1.28=0.287k 0 k 杆塔等值电感查表得= *0.5=（36+7）*0.5=21.5（） gt LhH 查表得分流系数=0.84 得到雷击杆塔的耐雷水平 = 1 I 50% ()(1) 2.62.6 gt d ch U L h Rk 2550 0.610.84 ch R 18 由lg=,得= 1 I P 1 88 I 1 I P 1 88 10 I 实际上由规程法得到的绕击导线的耐雷水平远远小于，主要考虑反击时可忽 2 I 1 I 略。 查表得击杆率：平原: g=1/6, 山区: g=1/4 求建弧率：= =64.15（kV/m）E 500 3 j l 500 4.5 3 =（4.5-14）*0.01=（4.5*-14）*0.01=0.88 0.75 E 0.75 64.15 线路跳闸率 n: 平原： n=0.6(g+) 0.6*33*0.88(1/6*) 2.9* b h 1 I PP 2 I P 1 88 10 I 28.98 0.610.84 10 ch R 曲线为： n 次/100kma 68101214 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 ( ) ch R 山区： n=0.6(g+) 0.6*33*0.88（1/4*) 4.35* b h 1 I PP 2 I P 1 88 10 I 28.98 0.610.84 10 ch R 19 曲线为： n 次/100kma 68101214 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 ( ) ch R 2）使用 ATPEMTP 计算： 仿真计算结果： 雷击杆塔的耐雷水平： =3, =207.69kA 规程法计算值为=201.74 ch R 1 I 2550 0.610.84 ch R 跳闸率：n=0.0127 规程法计算值为n=0.0148 =5, =205.06kA 规程法计算值为=184.25 ch R 1 I 2550 0.610.84 ch R 跳闸率：n=0.0136 规程法计算值为n=0.023 =7, =194.88kA 规程法计算值为=169.55 ch R 1 I 2550 0.610.84 ch R 跳闸率：n=0.0177 规程法计算值为n=0.034 =10, =175.47kA 规程法计算值为=151.43 ch R 1 I 2550 0.610.84 ch R 跳闸率：n=0.0298 规程法计算值为n=0.055 =15, =146.8kA 规程法计算值为=128.53 ch R 1 I 2550 0.610.84 ch R 20 跳闸率：n=0.0623 规程法计算值为n=0.100 注：以上各值均为平原上的数值 3）仿真图如下： J2 J3 u XX0169 L1 J1J1 JA UUX0137 JB JC 表 5.3 接地电阻对 220kV 线路杆塔耐雷水平及线路雷击跳闸率的影响： 接地电阻 Ri（）耐雷水平 I （kA） 16712411094766348 雷击跳闸率 N* 0.240.290.380.550.841.151.63 注：*根据规程中的雷电流强度分布计算值 线路耐雷水平随着杆塔的接地电阻的增加而降低，雷击跳闸率相应上升，如将 220kV 线路接地电阻从 10 降低到 5，雷击跳闸率可降低四十七点三个百分点。由 于雷电流强度概率分布的固有特点：低幅值的雷电流出现的概率较大，高幅值雷电流 出现的概率明显较少，杆塔接地电阻的作用显得更加重要。我们认为输电线路杆塔的 接地电阻（含整个杆塔雷电放电通道的接触电阻）应降低到 10 以下。 在线路防雷设施检查中，通常我们应认真检查杆塔塔顶的接地连接情况、水泥塔接 地引线是否存在虚焊脱断现象、接地网的电阻大小等。对接地电阻较高的杆塔电阻， 21 一般采用增设接地装置，采用引外接地装置或连续伸长接地线来实现。 存在的主要问题是：对山区高电阻率地区的杆塔，通过技术经济比较，再降低接地 电阻的可能性不大；另一方面降低杆塔接地电阻对提高线路的绕击耐雷水平没有作用。 5.2 线路绝缘配置影响雷击跳闸率的计算研究 A）以 220kV 铁塔为例： 1）规程法计算如下：10 片高 10*2.2/131.69m, 11 片高 11*2.2/131.86m, 12 片 高 12*2.2/132.03m,13 片高 2.2m,14 片高 14*2.2/13=2.37m,15 片高 15*2.2/13=2.54m, 16 片高 16*2.2/13=2.71m,计算方法如，取=7。 ch R 10 片：=（24+3.5）-2*7/3=22.83 m , =（24-1.69）-2*12/3=14.31m b h d h 11 片：=（24+3.5）-2*7/3=22.83 m , =（24-1.86）-2*12/3=14.14m b h d h 12 片：=（24+3.5）-2*7/3=22.83 m , =（24-2.03）-2*12/3=13.97m b h d h 13 片：=（24+3.5）-2*7/3=22.83 m , =（24-2.2）-2*12/3=13.80m b h d h 14 片：=（24+3.5）-2*7/3=22.83 m , =（24-2.37）-2*12/3=13.63m b h d h 15 片：=（24+3.5）-2*7/3=22.83m, =（24-2.54）-2*12/3=13.46m b h d h 16 片：=（24+3.5）-2*7/3=22.83m , =（24-2.71）-2*12/3=13.29m b h d h 耦合系数= 0 k 1323 1112 ZZ ZZ 1323 1323 12 12 lnln 2 lnln b b dd dd hd rd 10 片：=0.231 校正后=1.25=0.289 0 k k0 k 11 片：=0.226 校正后=1.25=0.282 0 k k0 k 12 片：=0.222 校正后=1.25=0.277 0 k k0 k 13 片：=0.219 校正后=1.25=0.274 0 k k0 k 14 片：=0.215 校正后=1.25=0.269 0 k k0 k 15 片：=0.211 校正后=1.25=0.264 0 k k0 k 16 片：=0.209 校正后=1.25=0.261 0 k k0 k 22 杆塔等值电感查表得= *0.5=（24+3.5）*0.5=13.75（） gt L h H 得到雷击杆塔的耐雷水平= （其中按公式： 1 I 50% ()(1) 2.62.6 gt d ch U L h Rk 50% U =533 +132 kV） 50% U j l 10 片：=89.74kA 1 I 11 片：=96.25 kA 1 I 12 片：=103.41 kA 1 I 13 片：=111.56kA 1 I 14 片：=118.87 kA 1 I 15 片：=126.25 kA 1 I 16 片：=133.95 kA 1 I 由 lg = ,得： 1 I P 1 88 I 10 片： =0.096 1 I P 11 片： =0.081 1 I P 12 片： =0.067 1 I P 13 片： =0.054 1 I P 14 片： =0.045 1 I P 15 片： =0.037 1 I P 16 片： =0.03 1 I P 查表得击杆率：平原: g=1/6, 山区: g=1/4 求建弧率：= E 220 3 j l 23 =（4.5-14）*0.01 0.75 E 10 片： =0.91 11 片： =0.87 12 片： =0.84 13 片： =0.80 14 片： =0.75 15 片： =0.71 16 片： =0.67 雷击跳闸率 n: 10 片： n=0.131（平原） n=0.162（山区） 11 片： n=0.120（平原） n=0.145（山区） 12 片： n=0.108（平原） n=0.132（山区） 13 片： n=0.093（平原） n=0.125（山区） 14 片： n=0.078（平原） n=0.116（山区） 15 片： n=0.05 （平原） n=0.075（山区） 16 片： n=0.046（平原） n=0.069（山区） B) 500kV 铁塔为例： 29 片高 4.5m,30 片高 30*0.155=4.65m,31 片高 31*0.155=4.8m, 32 片高 32*0.155=4.96m, 33 片高 33*0.155=5.12m, 34 片高 34*0.155=5.27m,计算方法如，取=10。 ch R 1）规程法计算如下： 29 片：=（36+7）-2*15/3=33 m , =（36-4.5）-2*15/3=21.51 m b h d h 30 片：=（36+7）-2*15/3=33 m , =（36-4.65）-2*15/3=21.35 m b h d h 31 片：=（36+7）-2*15/3=33 m , =（36-4.8）-2*15/3=21.2 m b h d h 32 片：=（36+7）-2*15/3=33 m , =（36-4.96）-2*15/3=21.04 m b h d h 33 片：=（36+7）-2*15/3=33 m , =（36-5.12）-2*15/3=20.88 m b h d h 34 片：=（36+7）-2*15/3=33 m , =（36-5.27）-2*15/3=20.73m b h d h 耦合系数= 0 k 1323 1112 ZZ ZZ 1323 1323 12 12 lnln 2 lnln b b dd dd hd rd 得： 29 片：=0.224 校正后=1.28=0.287 0 k k0 k 24 30 片：=0.222 校正后=1.28=0.284 0 k k0 k 31 片：=0.22 校正后=1.28=0.282 0 k k0 k 32 片：=0.218 校正后=1.28=0.279 0 k k0 k 33 片：=0.216