空氣間隙放電對于直流輸電線路耐雷性能的影響
張婷1，洪心2，冉洪偉2，張小亮3
(1．上海工程技術趕學工程買訓中心上海201620;2．長江電力股份有限公司，湖北宜昌 443133：3．國網(wǎng)運行分公司上海管理處，上海201402）
摘要：同塔雙向自流輸出電線路具有節(jié)約輸電走廊的優(yōu)點，其空氣間隙通常較小，會先于絕緣子閃絡，因此同塔雙回電線路的耐雷性能較易受到牽氣問隙放電的影響。通過仿真計算，比較各種線路形式下空氣間隙閃絡前后輸電線路雷電反擊，繞擊的耐雷性能，結果表明：考慮空氣間隙閃絡后，線路的繞擊／反擊耐雷水平均出現(xiàn)一定程度下降，雷擊閃絡率也隨之增加。 因此在對直流輸電線路耐雷性能進行評估時，必須要考慮空氣間隙閃絡影響。
關鍵詞：自流輸電；空氣間隙；耐雷水平
中圖分類號：TM863DOI：J0.11930/j．issn．I 004-9649.201 6.06.107.05
0引言
超／特高壓直流輸電具有輸送距離遠、容量大及與大電網(wǎng)非同步互聯(lián)等優(yōu)勢。中國主要的直流電壓等級有±500 kV、±660 kV、±800 kV和±1 000 kV。根據(jù)國內(nèi)外資料顯示：雷擊是造成輸電線路故障的主要原因，且隨著額定電壓的升高，雷擊跳閘總數(shù)占故障總數(shù)的比例也在增加。
雷擊架空輸電線路絕緣閃絡后交流和直流系統(tǒng)的保護動作方式不同，因此直流輸電線路的雷擊閃絡特性與交流輸電線路也有所不同。
為了節(jié)省輸電線路走廊，罔內(nèi)的高壓直流輸電線路桿塔多采用同塔雙回布置。同塔雙舊
直流塔身高，易遭受雷擊，且極線布置方式、桿塔所處地形地貌、避雷線的保護角、極線電壓等因素均會影響同塔雙同直流線路防雷性能。桿塔設計形式不同，線路和桿塔問隙距離也不同．而桿塔的空氣間隙距離對于直流輸電線路的外絕緣十分重要，將會直接影響到直流輸電線路的經(jīng)濟性與安全性。
本文根據(jù)±500 kV 三滬同塔雙回直流輸電線路的設計實例，采用基于行波法的電磁暫態(tài)分析(ATP)程序計算比較空氣間隙閃絡前后線路反擊耐雷性能，同時運用電氣幾何模型計算分析了空氣間隙閃絡前后線路繞擊特性。為超／特高壓直流輸電線路的防雷設計提供參考。
1 仿真計算模型
1.1 反擊計算
(1)桿塔模型。桿塔視為分布參數(shù)，按波阻抗考慮。中國規(guī)程推薦的桿塔波阻抗為150 Ω，
桿塔電感為0.5 μH/m,相應的波速為300 m/μs。
選取SVG3直線塔進行計算，在ATP中建模如圖1所示。
(2)輸電線路模型．，輸電線路可采用六線JMARTI架空線模型。架空地線型號為GJ -100,
導線型號為4LGJ-720/50。
考慮該同塔雙回導線可能采取如表1所示的排列方式。
(3)絕緣子閃絡模型。利用相交法作為絕緣子閃絡判據(jù)，在ATP中，用TACS來模擬絕緣子串的閃絡過程，如圖2所示。
(4)導線一塔體間隙閃絡。導線與桿塔問隙對各方向距離均為4.2 m，4.2m的導線一塔體間隙沖擊閃絡電壓約為2700 kV，在雷電作用下，導線一塔體問隙會先于絕緣子擊穿，可用壓控開關模擬。
1.2繞擊計算
繞擊性能研究采用的是改進的電氣幾何模型法( EGM)。采用IEEE標準推薦的擊距公式推算出計及工作電壓后導線對雷電先導的擊距為
擊距，I為雷電流幅值，U g為導線的工作電壓。
計算繞擊率時，采用的是利用繞擊弧和暴露弧的比值方法。部分屏蔽時繞擊率為
2空氣間隙對反擊耐雷性能影響
導線一塔體間隙的絕緣水平弱于絕緣子的絕緣水平．因此，在雷電流沖擊作用下，空氣問隙會先于絕緣子擊穿放電。下面分別對不同導線排列方式、桿塔接地電阻、桿塔高度情形下，空氣間隙對反擊耐雷性能的影響進行計算分析。
2.1 不同導線排列方式
分別對上節(jié)中的各種導線排列方式進行仿真，比較考慮空氣問隙前后線路反擊耐雷水平的差異。計算結果如表2所示。
由表2可見，單線閃絡時，考慮空氣問隙后，A. B.C排列方式的線路反擊耐雷水平由242 kV降為130 kV, D種排列方式線路反擊耐雷水平由268 kV降為158 kV,最大降幅達46%；雙線閃絡時考慮空氣問隙后，A種排列方式的線路反擊耐雷水平由284 kV降為168 kV，B種排列方式的線路反擊耐雷水平由313 kV降為208 kV，C種排列方式的線路反擊耐雷水平由266 kV降為169 kV，D種排列方式的線路反擊耐雷水平由284 kV降為164 kV,最大降幅達42%。
2.2不同桿塔接地電阻
對桿塔接地電阻為5～30Ω的各種排列方式下的反擊耐雷性能進行仿真計算，其中桿塔呼稱高度為30 m。計算結果如圖3所示。
可以看出：在不同桿塔接地電阻的情況下，空氣間隙的放電反擊概率均遠大于絕緣子的放電反擊概率：隨著桿塔沖擊接地電阻的增加，線路的反擊閃絡率增大；D種排列方式的反擊耐雷性能最好。
2.3不同桿塔高度
分別對桿塔呼高為30～50 m各種排列方式下的反擊耐雷性能進行仿真分析，其巾桿塔接地電阻10 Ω，計算結果如圖4所示。
可以看m：在不同桿塔高度的情況下．以空氣問隙擊穿為判據(jù)的情況下，反擊閃絡率均遠大于以絕緣子閃絡為判據(jù)的情況下的反擊閃絡率：隨著桿塔高度增加，線路的反擊反擊閃絡率增加。
3空氣間隙對繞擊耐雷性能的影響
3.1 不同導線排列方式
對各種導線排列方式下的繞擊耐雷水平進行計算分析，其結果如表3所示。
從表3數(shù)值分析可以看出：雷擊不同導線時，考慮空氣間隙后，線路的繞擊耐雷水平均降低．其中正極線的繞擊耐雷水平由24 kV降為21 kV,負極線的繞擊耐雷水平為18 kV降為15 kV,最大降幅17%。
3.2 不同保護角
當?shù)孛鎯A角為200，桿塔呼稱高度為320時，計算不同保護角下各種導線排列方式的繞擊閃絡率，計算結果如表4所示。
可以看出：在不同保護角的情況下，以空氣間隙擊穿為判據(jù)的情況下的線路繞擊閃絡率均大于以絕緣子閃絡為判據(jù)的情況下的繞擊閃絡率：種導線排列方式下，線路的繞擊閃絡率均隨保護角的增加而增加：D種排列方式的繞擊閃絡率最高，C種排列方式下繞擊閃絡率最低。
3.3不同地面傾角
當桿塔呼高為32 m．保護角為-13.50和-3.50時，對地面傾角為00~300的情況進行計算．結果如表5所示。
分析可知：(1)在不同的地面傾角下，線路繞擊閃絡率均隨著地面傾角增加而增加；(2)考慮空氣間隙后，線路的繞擊閃絡率明顯增大；(3)D種排列方式的繞擊閃絡率最高，C種排列方式下繞擊閃絡率最低。
3.4不同桿塔高度
在地面傾角為200，保護角為-13.50，-3.50時．對桿塔呼高為32～42m時線路繞擊閃絡率的變化情況進行計算，其結果如表6所示。
由表6可見：當?shù)孛鎯A角比較大的情況下，各種導線排列方式下，隨著桿塔高度的增加，線路的繞擊閃絡率均增加明顯；考慮空氣間隙后，線路的繞擊閃絡率增加。
4結語
通過對三滬±500 kV同塔雙回直流輸電線路的耐雷性能進行分析汁算，得到如下結論。
(1)D種排列方式的反擊耐雷性能最好，但是繞擊耐雷性能最差；C種排列方式的反擊耐雷性能最差，但其繞擊耐雷性能最好。
(2)在不同的線路狀況下，考慮空氣間隙閃絡后．線路的耐雷水平均出現(xiàn)一定程度的下降，雷擊閃絡率也隨之增加。因此在對直流輸電線路的耐,雷性能進行分析計算時，需要考慮空氣間隙閃絡的影響。
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