地线保护角对线路雷电跳闸率影响分析

　　1引言
　　高质量的电力供应是经济高速发展的必要条件。架空输电线路作为电力系统最重要组成部分之一，它所经地区大都为丘陵、高山、江湖，地形十分复杂，极易遭受雷击[1]。在引起线路跳闸故障的众多原因中，雷害已成为了最主要的组成部分之一[2]。2005年1~5月江西220kv线路故障跳闸37次，其中南昌供电局跳闸7次，赣东北7次，赣州10次，赣西2次，九江3次，宜春2次，鹰潭2次，吉安2次，抚洲1次，景德镇1次。跳闸原因，污闪1次，鸟害4次，山火10次，雷击16次，外力破坏2次，其他原因4次。2004年5月投运的500kv梦罗Ⅰ回线路，2004年6月29日，37号塔由于雷电绕击跳闸，塔型是ZBG2，地线保护角13°；2004年5月13日，凤咸昌段跳闸一次；2004年5月30日，南尚线段跳闸一次。由此可见，降低线路雷电跳闸率对改善线路跳闸事故故障具有非常重要的现实意义。表1给出了我国线路故障跳闸的目标值[3]。
　　表1我国线路故障跳闸目标值
　　110kv 220kv 330kv 500kv
　　0.75 0.45 0.20 0.20
　　长期以来，为了减少线路的雷击跳闸率，提高供电的可靠性，人们采取了各种线路防雷措施。1914年，德国W.Peterson提出利用接地避雷线（地线）防雷的理论。长期以来，架设线路避雷线成为了线路防雷最有效措施之一。资料显示，如表2所示[3]，小的避雷线保护角能降低线路雷电故障率。但地线保护角并不是越小越好，本文通过理论分析、计算，对通过减小地线保护角来改善线路雷电故障跳闸率提出一点建议。
　　表2俄罗斯输电线路运行状况统计
　　电压等级/kV 500 750 1150
　　档距/m 350~400 450 370
　　相间距离/m 12 18 22.8
　　导线平均高度/m 15.8 21.7 23.9
　　地线平均高度/m 26.8 37.2 41
　　保护角/（°） 20~22 18~22 24~28
　　雷击跳闸次数/次 67 9 16
　　占总跳闸次数比例/％ 17.49 23.07 84.21
　　2地线保护角与线路雷电跳闸率关系
　　雷电引起的跳闸分为两种情况：一、绕击，是指雷电直接绕击导线，非常高的雷电压直接加在导线上，使绝缘子串放电；二、反击，是指雷电击中杆塔塔顶或其邻近的地线，塔顶电位升高，在塔顶和导线间产生电位差而使绝缘子串产生放电。对于绕击情况，由于电压很高，即使是500kV线路的绝缘也是承受不了的。例如一个33kA出现概率为50％的中等雷电流。绕击导线产生的过电压达2300~3300kV，而一般由25片绝缘子组成的500kv线路绝缘子串，U50％冲击放电电压只有2100kV左右，闪烙不可避免。对于标准杆塔，在按规定配置绝缘的情况下，绕击时，500kv线闪烙的概率为63％；220kv线路闪烙的概率为75％；110kv线路闪烙的概率为86.5％，由此可见，雷电绕击导线的危害是严重的。雷击塔顶时，雷电流通过较低的塔脚接地电阻泻入大地，大大减少了绝缘子两侧的电压差。例如，当接地电阻为10欧姆时，33kA的雷电流引起的过电压，若忽视其他因素的影响，简单地按欧姆定律计算只有330kV，只有绕击情况时的7~10分之一。
　　线路抗雷能力是以总的线路雷电跳闸率来衡量的，雷电绕击和反击都能引起线路跳闸，这两种引起线路跳闸的因素都和塔头尺寸有关，降低地线保护角能减小线路雷电绕击率，但同时会增加线路的雷电反击跳闸率，片面的强调任何一方面都会使总的线路雷电跳闸率上升。
　　本文以一500kV线路为例，来说明地线保护角和线路雷电跳闸率之间的关系。所用塔型为ZB1V，图1给出了两种不同的地线保护角的塔头尺寸图。
　　
　　a)地线保护角13.297°b）地线保护角10°
　　图1塔头尺寸图
　　导线绝缘子串高4.96m，地线金具高0.632m，表3为28片绝缘子串标准波伏秒特性。
　　表3绝缘子串标准波伏秒特性
　　闪烙时间（）
　　正极性50％闪烙电压（MV） 负极性50％闪烙电压（MV）
　　2 3.498 4.162
　　3 3.052 3.686
　　4 2.885 3.484
　　5 2.735 3.131
　　7 2.576 2.933
　　10 2.428 2.804
　　14 2.350 2.715
　　当冲击电阻时，计算结果如表4所示，图2、图3分别为此时平原地带和山区地带地线保护角与线路跳闸率之间关系曲线图。对于同一塔型地线保护角的改变是在满足相关规程塔头尺寸的要求基础上进行的。
　　表4线路跳闸率计算结果
　　杆塔呼高
　　保护角 36 39 42
　　 平原地带 山区地带 平原地带 山区地带 平原地带 山区地带
　　13.297 0.12076 0.22514 0.15299 0.28124 0.19085 0.34664
　　12 0.11946 0.21537 0.15141 0.26928 0.18895 0.33216
　　11.5 0.11982 0.21361 0.15276 0.26846 0.19060 0.33117
　　11 0.12188 0.21457 0.15442 0.26832 0.19263 0.33102
　　10.5 0.12349 0.21501 0.15642 0.26889 0.19508 0.33175
　　10 0.12539 0.21604 0.15879 0.27022 0.19798 0.33340
　　
　　图2平原地带地线保护角与线路跳闸率关系曲线
　　
　　图3山区地带地线保护角与线路跳闸率关系曲线
　　3.结论及建议
　　⑴、对图2和图3比较分析可以看出，降低地线保护角对改善山区地带线路跳闸率效果比较显著，这主要是由于山区地形雷电绕击引起线路跳闸占的比重大。
　　⑵、在通过降低地线保护角来改善线路跳闸率时，应综合考虑雷电绕击跳闸和雷电反击跳闸，地线保护角不是取得越小越好。
　　⑶、建议500kV线路，地线保护角取为10°左右。
　　
　　参考文献：
　　1司马文霞，陈宁，许高峰等.高杆塔大跨越输电线路防雷保护.重庆大学学报，2002，9(25)：25~28
　　2陈新岗，袁涛，陈渝光等.线路型避雷器在输电线路防雷中的应用.高电压技术，2003，12(29)：17~19
　　3易辉，崔江流.我国输电线路运行现状及防雷保护.高电压技术，2001，6(27)：44~45.50
　　4张伟钹，高玉明.电力系统过电压与绝缘配合[M].北京：清华大学出版社，1998
　　5张殿生.电力工程高压送电线路设计手册.中国电力出版社，2003

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