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北极星电力网技术频道 作者:3 2007/12/24 10:53:56
摘要：俄罗斯110～1150kV架空线路防雷保护--1999《导则》介绍之一。 要害词：架空线路防雷保护雷电流绝缘子串雷击跳闸自动重合闸0 前言 俄罗斯1999年《导则》〔2〕(以下简称99《导则》)的制定，荟萃俄罗斯这方面闻名的专业人员俄罗斯1999年版《导则》［2］，参加起草人员有29名俄罗斯闻名的专业人员：3位院士、3位教授、4位博士、12位副博士(相当西方和中国的博士学位)，7位有名工程师。总结和吸收了从1954年以来的运行经验和科研成果以及国外先进技术。因此内容上从1954年版《导则》［１］7章13个附录，共95页扩充为三部分9章34个附录，共353页。有《架空线路和变电所耐雷性计算的电子计算机专用程序(稞忪)7个》。总结和吸收了从1954年以来运行经验和科研成果以及国外先进技术。因此，内容上比1954年《导则》〔1〕(以下简称54《导则》)大大扩充了，具有很多新内容。作者拟作一系列介绍报导。本文《俄罗斯110～1150kV架空线路防雷保护》为之一。 99《导则》关于《110～1150kV架空线路防雷保护》俄罗斯1999《导则》［2］架空线路防雷保护内容从54《导则》［１］1章(第5章)29条正文规定和4个附录共23页扩充为3章(第6、7、8章)63条正文规定和13个附录，共161页。比54《导则》〔1〕和DL/T620-1997〔3〕扩充了很多，因此，本文仅介绍新内容、新观点。1 防雷保护计算中几个与雷电相关的参数 众所周知，防雷保护计算中要用很多个与雷电相关的参数，不一一叙述，仅就99《导则》〔2〕不同于54《导则》〔1〕和我国现行DL/T620-1997〔3〕及DL/T621-1997〔4〕的3个参数进行论述。1.1 雷电流幅值和陡度 自然雷电流波形，世界各国测得的对地雷电流波形基本一致，多数是单极性重复脉冲波，少数为较小的负过冲。一次对地雷击中，含有很多个脉冲，第1脉冲和后续脉冲，最多记录到42个，平均为2～3个。脉冲波前是相当复杂的外形，不是固定陡度。在防雷计算中，人为地进行加工处理，采用固定斜角波陡度来替代。实测得的分散性很大，所以在防雷计算中，采用第1脉冲和后续脉冲雷电流幅值和陡度不相关。 99《导则》〔2〕介绍实测中，第1脉冲波前陡度记录到72kA/μs，平均陡度24.3kA/μs，幅值记录最大值为250kA，波长达250μs；后续脉冲波前最大陡度记录到最大值300kA/μs,平均陡度39.9kA/μs，幅值记录到最大值35kA，波长达170μs。也就是说，一次对物体雷击中，被击物中流过一连串的不同陡度，不同幅值的波长100μs上脉冲波。 过去架空线路电压等级不高，在220kV及以下，杆塔高度不高，54《导则》〔1〕中架空线路耐雷强度计算，仅考虑第1脉冲，这是因为后续脉冲引起线路绝缘闪络概率远低于第1脉冲的。但随着电压等级升高，多回同杆架设，大跨越杆塔，杆塔电感大，99《导则》〔2〕中，要求评估很大电感的杆塔耐雷强度时考虑后续脉冲，99《导则》中同时指出:变电所防雷保护计算中应考虑第1脉冲和后续脉冲。 我国DL/T620-1997〔3〕中，评估架空线路耐雷强度和变电所防雷保护计算，仅考虑了第1脉冲，看来要增加考虑后续脉冲。1.2 架空线路雷击次数 至今，世界各国对建筑物(如架空线路、变电所、楼房等)的雷击次数，都是间接地估算的。按其长、宽、高(架空线路按避雷线悬挂平均高度)来推算等效地面面积。等效面积乘以对地雷击密度ρ0获得该被击物雷击次数。对地雷击密度ρ0是指在一个持续期间周期内单位面积内记录的雷击次数。54《导则》〔1〕和DL/T620-1997〔3〕是以"雷暴日数"与ρ0相关来推算。实测证实，"雷暴日数"与ρ0有很弱的关联。99《导则》〔2〕改用"雷暴小时数"与ρ0相关来推算，这是前进了一步。目前，可依据仪器测量的累积统计资料，绘制全国ρ0分布图。 曾有文指出，靠"雷暴日数"或"雷暴小时数"分布图来推算ρ0会入误判。因为"雷暴日数"或"雷暴小时数"是按预告点在这一日内或1h内只要有一次雷暴来定义的，未表明在这一个雷暴日或一个雷暴小时内雷电活动持续多久或雷击密度，以及至报告点的距离和方向，或雷电放电是在云之间还是云和地之间。 99《导则》〔2〕亦指出了平原和山地雷击强度不同，环山上架空线路的雷击多，侧击雷多。同一走廊，两回架空线路，较高杆塔这回路对较低杆塔回路屏蔽。架空线路受着城市建筑和树木屏蔽，比一般经过野外的地方减少很多。由于这些原因，使得设计测算与实际运行不一致。 中国运行经验显示，雷击有选择性，不是沿架空线路均匀雷击，而是有的杆塔和线段雷击频率很高，有的杆塔和线段在长期(几十年)无雷击。1.3 架空线路杆塔接地冲击电阻 杆塔接地体通过雷电流时形成火花过程会使得接地电阻降低。在防雷计算中引入一个冲击系数。在长期参考图表数据来看，大致上比DL/T620-1997〔3〕多1～3个以上。3 架空线路答应雷击跳闸次数 依据线路断路器操作资源准则，俄罗斯已发展成全国统一电力系统。电网结构强，对用户供电可靠性，由电网结构和调度自动控制来保证。所以，99《导则》〔2〕第8.3条规定"架空线路答应雷击跳闸次数和防雷保护措施选择是依据线路断路器操作资源准则。" 断路器操作资源是出厂技术条件规定的。不同形式如油的、空气的、SF6断路器具有操作资源是不同的。 一条架空线路答应雷击跳闸绝对次数是依据采用的线路断路器在检修周期之间操作资源全部耗尽条件来计算的。 99《导则》〔2〕附录28专门介绍了将不同型式断路器出厂技术条件规定的参数，如答应不检修断路器开断额定短路电流值和次数，断路器计划检修平均周期(年数)，换算成实际线路沿全长均匀分布短路点(不同短路点、不同短路电流)时的操作资源，将其全部耗尽，为该线路答应雷击跳闸绝对次数。 99《导则》附录26和附录27制作了不同电压等级、不同杆型(金属的、混凝土的、单柱、双柱、单避雷线、双避雷线、保护角)、不同绝缘子串中的个数、不同线路长度，通过不同雷电小时地区时，保证架空线路雷击跳闸绝对次数不超过采用的不同型式线路断路器操作资源答应时，要求杆塔接地电阻计算值(Ω)的参考图表，除方便使用外，提出一个重要新观点：即不是按耐雷水平和土壤电阻率来要求杆塔接地电阻值(Ω)。 99《导则》第8章最后在展望将来中指出“在SF6断路器广泛采用和它们运行经验积累，架空线路防雷保护措施综合选择准则可能要修正。在SF6断路器很高操作资源情况下，供电可靠性将决定于雷电过电压和短路电流作用于它的很敏感的其他变电设备(例如，电力变压器)的状况”。4 架空线路运行经验和防雷措施4.1 110～750kV架空线路运行指标 110～330kV架空线路耐雷运行指标，各地相差很大，这主要是由于山地条件的雷电活动水平和土壤电阻率以及杆型结构不同所致。 雷击跳闸次数是由反击(雷击杆塔和档中避雷线)和绕击跳闸次数组成，与标称电压等级和架空线路结构(杆型、避雷线根数和布置，接地电阻)等有关。随着架空线路标称电压等级升高，线路绝缘冲击强度提高，架空线路总耐雷性提高，反击闪络跳闸占的百分数下降。但是，随着电压等级升高，雷击跳闸占总跳闸比例上升了(见表1)，雷击跳闸地位和重要性上升了。表1 110～750kV架空线路(110km年运行)跳闸运行指标电压等级/kV110km年运行跳闸次数雷击跳闸占的比例/％跳闸总次数雷击跳闸次数 变化范围平均变化范围平均变化范围平均1103.5～14.49.00.33～2.31.04.5～22.5122201.3～5.83.00.03～1.20.451.2～30153300.4～3.02.00.10～0.660.204.3～51.010500 0.6 0.08 15750 0.24 0.07 304.2 110～750kV架空线路耐雷指标和防雷保护措施影响因素，可采取增高避雷线支持高度或防止档中避雷线移动。 (5)北方哈克斯坦1150kV架空线路雷击跳闸率，在标称电压运行时100km年为0.4(1150kV架空线路降压500kV运行时不应跳闸)。1150kV架空线路运行经验总量为16700km年(从1986年～1995年)，其中在标称电压运行为3000km年。在1150kV架空线路运行全部期间内，雷击跳闸21次。跳闸基本原因--在耐张转角杆塔范围内雷电绕击导线，迫切要求改善避雷线保护。提高1150kV架空线路耐雷性是要靠使用负保护角避雷线的直线杆塔和耐张转角杆塔来保护。 (6)提高架空线路不间断供电可靠性的后备措施是自动重合闸(AΠB)，非凡是快速重合闸(BAΠB)和单相重合闸(OAΠB)。在雷击跳闸时AΠB成功系数，运行经验数据是：110～500kV架空线路为0.6～0.8,750kV和1150kV架空线路为0.8～0.9。AΠB可以部分地补偿因接地困难时的架空线路耐雷水平低的情况。但是，采用AΠB不应减少使用的防雷保护基本措施，因为接地短路会降低变电所设备资源。 (7)非凡应注重弱绝缘杆塔的防雷保护。在弱绝缘杆塔以及易击杆塔上安装过电压限制器(OΠH，国内称交流无间隙金属氧化物避雷器)是很有效的。5 结论 (1)俄罗斯99《导则》评估架空线路耐雷性，计算中采用第1脉冲和后续脉冲雷电流幅值和陡度参数。中国GB50057-1994(2000)《建筑物防雷设计规范》也是这样规定的。中国电力行业标准DL/T620-1997仅考虑了后续脉冲。 (2)俄罗斯99《导则》规定架空线路绝缘子串中的个数时，要求"为了保证线路绝缘25年不检修运行周期，实施增加绝缘子的个数"。这是适应"减人增效"要求的。绝缘子个数大致比中国DL/T620-1997中规定的多1～3个以上。 (3)俄罗斯99《导则》规定架空线路答应雷击跳闸次数是依据线路断路器操作资源准则，不再是俄罗斯54《导则》和中国DL/T620-1997那样，按耐雷水平和土壤电阻率作为准则。 (4)通过俄罗斯架空线路运行经验可知，雷击跳闸主要起因是：110～220kV是反击闪络；330kV大致是反击闪络和绕击闪络各一半；500～1150kV是绕击闪络。6 参考文献 〔1〕 苏联电站和电工部.руκοводяшиеукаэанияпоэашитеотперенапряженийэдектротехническихустановокперемнноготока3~220кв.гэи,1954. 〔2〕 俄罗斯统一电力系统(ЕЗСРОССИИ).руκοводствопоэашитеэдектрическихсетей6～1150квотгроэовыхивнутреннихперенапряжений.рд153-34.3-35.125-99,Санкт-петербургиэдΑтеяьствопэипк,1999. 〔3〕 DL/T620-1997 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合. 〔4〕 DL/T621-1997 交流电气装置的接地.
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