500kV雙回垂直排列緊湊型線路防雷性能分析

● 中國能源建設集團湖南省電力設計院有限公司 吳 煌 朱偉俊

目前國內500kV雙回路線路大多采用垂直排列鼓形鐵塔，邊導線寬度約22m，拆房范圍約32m。隨著國民經濟的持續發展和城鎮建設的不斷提速，輸電線路走廊日益緊張，房屋拆遷成本居高不下，工程建設難度持續加大。為盡量壓縮線路走廊，減少房屋拆遷量，一種新型輸電線路——雙回垂直排列緊湊型線路首次在湖南長沙星沙至星城500kV輸電線路上得到應用。較之采用常規雙回鼓形鐵塔架設方案，減少房屋拆遷面積1120m2/km，節約綜合造價290萬元/km?？紤]到500kV雙回垂直排列緊湊型線路導線布置新穎，塔頭高度較大，有必要就其防雷性能進行專門分析。

1 雷擊塔頂時耐雷水平的計算

輸電線路的防雷性能與耐雷水平有關，雷擊塔頂時耐雷水平I1計算如下：

式中：U50%-絕緣子串50%沖擊放電電壓（kV）；k-導地線電暈耦合系數；K0-導地線幾何耦合系數；Rsu-桿塔接地裝置的沖擊接地電阻（Ω）；ha-導線橫擔高度（m）；h1-地線橫擔高度（m）；Lt-桿塔電感（μH）；hgv-地線平均高度（m）；hav-導線平均高度（m）；β-桿塔分流系數。

根據（1）式，I1與沖擊接地電阻Rsu、桿塔高度有關外，也與導地線幾何耦合系數K0相關，K0主要取決于導地線布置。500kV雙回垂直排列緊湊型鐵塔導地線布置新穎，同一回路三相導線距離為7.7m-7.5m-7.7m，上下回路導線垂直距離為12m，導地線垂直距離8m，地線和相鄰層導線水平位移2m，這種布置方式與常規雙回路塔有很大不同。

雙回路垂直排列緊湊型鐵塔和常規雙回路鼓形鐵塔耐雷水平（kA）計算如表1。

由表1可知，雙回路垂直排列緊湊型鐵塔沖擊接地電阻20Ω以下時，可滿足500kV線路耐雷水平大于125kA的要求。雙回路垂直排列緊湊型鐵塔耐雷水平高于常規雙回路鼓形鐵塔，呼高和沖擊接地電阻越低時，優勢越明顯。由于地線的耦合作用，最上層導線耐雷水平可能高于其它層導線，雙回路垂直排列緊湊型鐵塔在這一點上更加明顯，由此可適當增長第三層導線絕緣子串長度，提高其50%沖擊放電電壓U50%，使第三層導線耐雷水平高于第四層導線；同時將沖擊接地電阻限制在15～20Ω以下，使第二層導線耐雷水平高于第四層導線，從而提高雙回路垂直排列緊湊型鐵塔的整體耐雷水平。

表1 雙回路垂直排列緊湊型鐵塔和常規雙回路鼓形鐵塔耐雷水平比較

2 雷電跳閘率計算

根據雷擊輸電線路部位不同，雷電過電壓可以分為以下4種：

（1）雷擊桿塔；（2）雷擊避雷線檔距中央；（3）雷電直接擊中導線，即繞擊事故；（4）雷擊導線附近地面，導線上的感應過電壓。其中第（2）種和第（4）種情況一般不易在較高電壓等級線路上造成閃絡事故，在計算500kV線路防雷性能時，一般主要考慮（1）（3）兩種情況，即雷擊桿塔和雷電繞擊情況。雷電跳閘率n=n1+n2，n1為雷擊桿塔跳閘率，n2為繞擊跳閘率。

2.1 雷擊桿塔跳閘率

表2 雷擊桿塔跳閘率

由表2可知，由于耐雷水平較高，同時地線間距較小，雙回路垂直排列緊湊型鐵塔雷擊桿塔跳閘率低于常規雙回路鼓形塔。

2.2 繞擊跳閘率

繞擊跳閘率n2計算公式如下：

表3 繞擊跳閘率

由表3可知，由于雙回路垂直排列緊湊型鐵塔防雷保護角最大為-4.27°(第二層導線)，而常規雙回路鼓形鐵塔防雷保護角最大為0°(第二層導線)，因此雙回路垂直排列緊湊型線路繞擊跳閘率遠低于常規雙回線路。

2.3 線路雷電跳閘率

綜合雷擊桿塔跳閘率和繞擊跳閘率后，線路雷電跳閘率如表4。以線路平均呼高42m，沖擊接地電阻15Ω時，雙回路垂直排列緊湊型線路雷電跳閘率較常規雙回路降低12%左右。桿塔呼高和沖擊接地電阻越低，雙回路垂直排列緊湊型線路雷電跳閘優勢越明顯。

表4 線路雷電跳閘率

3 線路運行經驗

國內第一條雙回路垂直排列緊湊型線路星沙至星城500kV送電線路已于2014年7月投運，4年多來未發生雷電跳閘故障。而同期湖南地區500kV常規雙回鼓形塔線路，如艾鶴雙回、黔艷雙回、湘云雙回等均有雷電跳閘記錄，合計雷電跳閘率0.623次/100km·年。運行經驗證明500kV雙回垂直排列緊湊型線路防雷性能優于常規雙回鼓形塔線路。

4 結論

（1）由于導地線布置緊湊，地線間距小，500kV雙回垂直排列緊湊型線路耐雷水平和雷電跳閘率均優于常規鼓形塔線路。

（2）沖擊接地電阻20Ω以下時，500kV雙回垂直排列緊湊型鐵塔耐雷水平高于125kA。沖擊接地電阻15Ω以下時，雷擊跳閘率0.4次/100km·年左右，與500kV線路運行參照值接近。鐵塔呼高增加時，應進一步降低沖擊接地電阻，滿足防雷性能要求。

（3）建議適當增加下“V”串的絕緣子長度，進一步提高500kV雙回垂直排列緊湊型線路耐雷水平。