您好,欢迎来到99网。
搜索
您的当前位置:首页采用避雷器提高青藏铁路110kV输电线路耐雷水平

采用避雷器提高青藏铁路110kV输电线路耐雷水平

来源:99网
维普资讯 http://www.cqvip.com 第1 9卷第6期 电力系统及其自动化学报 Vo1.1 9 No.6 2007年12月 Proceedings of the CSU—EPSA Dec. 2007 采用避雷器提高青藏铁路110 kV输电线路耐雷水平 吴广宁,任晓娜,付龙海,李增 (西南交通大学电气工程学院,成都610031) 摘要:针对青藏铁路沿线输电线路防雷问题,以沿线110 kV输电线路为例,建立了线路防雷击计算模型。仿 真分析了避雷器不同安装方式时输电线路的耐雷水平,以及不同杆塔接地电阻时通过避雷器的雷电放电电 流和吸收能量。计算结果表明,杆塔接地电阻对输电线路耐雷水平有很大的影响,避雷器安装方式不同耐雷 水平提高程度不同,雷电冲击时避雷器具有足够大的雷电导通能力。 关键词:线路避雷器;耐雷水平;输电线路 中图分类号:TM862 文献标识码:A 文章编号:1003—8930(2007)06—0043—05 Increasing the Lightning Withstand Level of 1 10 kV Transmission Line Along Qinghai—Tibet Railway Using Line Arrester WU Guang—ning,REN Xiao—na,FU Long—hai,LI Zeng (School of Electrical Engineering,Southwest Jiaotong University,Chengdu 610031,China) Abstract:Transmission line along Qinghai—Tibet railway is in plateau hinterland,which has a high frequency of lightning.So the lightning protection on the line is of vital importance for the safety of power transmission. Calculation model of lightning protection is deduced by the case study of 1 1 0 kV Qinghai—Tibet transimission line,and simulations are carried out under both different installation modes of Zn0 arresters and different grounding resistance. Key words:line arrester;lightning withstand level;transmission line 1 前言 壤电阻率可高达3000 t-I・m[4q],使降低杆塔接地 电阻的常规防雷方法受到了,采用线路避雷器 据电网故障分类统计表明,在高压线路运行 成为一种有效提高耐雷水平的措施。目前,我国已 的总跳闸次数中,由于雷击引起的跳闸次数占 经开始应用避雷器提高输电线路的耐雷水平,对其 4O ~7O _1 ],尤其在多雷、土壤电阻率高、地形 应用效果国内外一些学者开展了一定的工作,但研 复杂的地区,雷击输电线路引起的故障率更高。因 究结果还不统一l8.9]。 此,输电线路防雷是保证安全供电、减少电力系统 文中首先介绍了线路避雷器的工作原理,针对 雷害事故及其所引起电量损失的关键。为了减小输 青藏高原高土壤电阻率的特殊地理条件,建立了 电线路的雷击故障,采用了各种措施,如提高线路 110 kV输电线路防雷击的仿真计算模型。采用电 绝缘水平,多重屏蔽等,目前最常用的方法为采用 磁暂态仿真计算程序ATP—EMTP(the alternative 线路避雷器和降低杆塔接地电阻口]。 transients program—electromagnetic transient 青藏铁路沿线的输电线路位于青藏高原高土 program)仿真分析了110 kV输电线路避雷器不 壤电阻率地区,该地区雷暴活动频繁,做好输电线 同安装方式时输电线路的耐雷水平,以及不同杆塔 路的防雷工作是保证线路安全运行的关键。青藏高 接地电阻时通过避雷器的雷电放电电流和吸收能 原雷暴活动频繁,雷暴云相对比较低,输电线路更 量。仿真计算证明,将线路避雷器应用到青藏铁路 易遭受到雷电的侵袭 q]。另外,冻土地区的高土 线路这样雷电活动频繁、土壤电阻率高和降低杆塔 收稿日期:2006—07—31;修回日期:2006—09—22 基金项目:铁道部科技开发项目(2001J005—2);铁道部科技研究开发计划课题(2oo3Joo8一C) 维普资讯 http://www.cqvip.com

・44・ 电力系统及其自动化学报 2007年l2月 接地电阻有困难的线段,可较大地提高安装避雷器 器的伏安特性采用IEEE推荐的频率相关模型来 模拟E123。杆塔作为分布参数来处理,杆塔的冲击波 阻抗取150 Q,波速度取225 m/p.s E¨],而绝缘子闪 络采用压控开关来模拟 “ ,雷电流波形按规程取 段线路的耐雷水平。 2 线路避雷器工作原理 蕊 卜一n — 线路耐雷水平主要与四个因素有关:线路绝缘 为2.6/50 t,s的斜角波。 子的5O%放电电压 。 ,有无避雷线,雷电流强 度,杆塔的接地电阻。其中, 。 是一定的,雷电流 4 避雷器不同安装方式对耐雷水平的影响 强度与地理位置和气候条件相关。目前常用的llO 利用EMTP仿真计算时,构造一条9基杆塔的 kV均有避雷线,没有安装避雷器的杆塔遭受雷击 线路,杆塔排列如图2所示。假设雷击杆塔l,杆塔 时,一部分雷电流通过避雷线流到相邻杆塔,另一 接地电阻从lO~100 Q变化。由于雷击时间短, 部分雷电流经杆塔流地。 8#、9#杆塔之外用10 km长线模拟,不考虑反射 加装避雷器后,当输电线路遭受雷击时,雷电 波影响。重点研究在一个杆塔上安装不同支数避雷 流超过一定值后,避雷器动作加入分流,大部分的 器及多基杆塔上安装不同支数避雷器提高耐雷水 雷电流从避雷器流人导线,传播到相临杆塔。由于 平的效果。 避雷器的残压低于绝缘子串的5O 放电电压,即 使雷击电流增大,避雷器的残压稍有增加,绝缘子 . 』 .,L  . 。 :-L .L 仍不会发生闪络。雷电流过后,流过避雷器的工频 1 1 1 1 1 1 1 1绝绣 j g g 兽 f 三 j 苎 续流仅为毫安级,且在第一次过零时熄灭,线路断 路器不会跳闸,系统恢复到正常状态_1 。这也是线 7 5 3 1 2 4 6 8 路避雷器进行防雷的主要特点。 工 J 』 .,J J r J ,J J 冲击 3 系统仿真模型的建立 ' ’ 1 电 图2 杆塔排列方式示意图 首先须建立系统模型。EMTP(electromagnetic Fig.2 Sketch of tower arrangement transient program)是目前进行雷击线路电磁暂态分 析的常用工具[1 ,在此采用EMTP进行了仿真分 (1)l基杆塔安装不同支数避雷器 析。常用的llO kV输电线路结构如图l所示,计算 图3所示为雷击l#杆塔时,线路避雷器不同 仿真模型为110 kV双避雷线,导线水平排列,档距 安装方式与耐雷水平的关系图。 7m 4 杆塔接地电阻值,n 图3 1#杆塔避雷器安装方式与耐雷水平 Fig.3 Relations between arresters installation modes and lightning withstand level of tower 1# 图1 110 kV输电线路结构示意图 由图3可见,杆塔接地电阻对输电线路耐雷水 Fig.1 Sketch of 1 10 kV transmission line 平都有很大的影响。随着杆塔接地电阻的增加,输 为300 rll,导线型号为LGJ-400,弧垂5.3 ITI,避雷 电线路耐雷水平逐渐减小。 线型号G5—50,弧垂2.8 1TI,线路的电感和电容等参 同一杆塔接地电阻值,对于不同的避雷器安装 数均取高频10。Hz时的参数,导线线路的电气参数 形式,线路的耐雷水平有所不同。随着避雷器安装 采用已有的线路参数计算程序进行计算。线路避雷 个数的增加,线路耐雷水平随之增加。只安装1支 避雷器方式时,由于其它两相没有安装避雷器,在 维普资讯 http://www.cqvip.com 第19卷第6期 吴广宁等:采用避雷器提高青藏铁路110 kV输电线路耐雷水平 ・45・ 雷击杆塔顶端时易发生闪络,所以线路耐雷水平变 化不明显;安装A、B相与安装A、C相比较,后一种 安装方式的耐雷水平高,这是因为导线在水平排列 时,中相导线的耦合系数大于两个边相导线的耦合 系数,而耦合系数越大感应导线与被感应导线之间 的电位差越小,因此中相绝缘子串两端的电位差低 于边相绝缘子串的电位差,边相比中相更易闪络。 由图3同时可以看出,无避雷器时,在杆塔接 地电阻小于20 Q时,才可以满足国标中110 kV线 路的耐雷水平要求。安装避雷器以后,杆塔接地电 阻允许值也提高。当在A、C相即两个边相安装2个 避雷器后,该基杆塔接地电阻最高允许值可达到 35 Q,从而显著地降低施工难度和施工量。故可以 考虑在杆塔A、C相各安装一只避雷器以最大化地 提高线路耐雷水平。 、 (2)多基杆塔安装不同支数避雷器 上面主要分析了在受雷塔安装避雷器的防雷 效果分析,目前雷击点的确定方式还不成熟,是否 击中特定杆塔还不能准确确定,虽然有些学者提出 了雷击模型,但是其计算准确性还需进一步地分析 研究。同时仿真研究表明,避雷器只能保护安装避 雷器杆塔,对于临近未安装避雷器的杆塔无保护效 果。为了保证青藏铁路输电线路的正常运行,需整 体考虑线路的防雷效果。下面分析在全线杆塔A、 C相安装避雷器方式时的耐雷效果。计算结果如图 4所示。 35 30 姜25 20 蒿 s 趁l0 5 杆塔接地电阻值/n 图4 A、C相安装避雷器与无避雷器耐雷水平 Fig.4 Arresters installed in phase A and C compares with no arresters 由图4可见,110 kV输电线路全线如仅仅依 靠2根避雷线进行防雷保护时,耐雷水平处于一个 较低的水平。当杆塔接地电阻超过20 Q后,其耐雷 水平就降到40 kA以下,达不到规范耐雷水平40 kA的最低要求,满足不了设计要求。在全线杆塔 A、C相各安装一支避雷器后,输电线路耐雷水平 显著提高,使得杆塔接地电阻允许值明显提高。当 杆塔接地电阻值达到65 Q时,线路耐雷水平也在 70 kA以上,符合设计规范的要求。同时为了得到 青藏铁路沿线杆塔接地电阻实际值,作者2005年4 月对望昆车站附近的杆塔接地电阻进行了现场测 量,望昆车站位于青藏高原多年冻土地区,海拔在 4500 m左右,现场测量结果表明,杆塔接地电阻值 平均在55 Q左右,按此值计算,对于110 kV输电 线路在全线杆塔采用A、C相各安装一个避雷器的 方式完全可以满足该线路的安全要求。 5 避雷器放电电流和吸收的雷电放电能量 线路避雷器靠泄漏雷电能量来提高输电线路 的耐雷水平,但在实际运行中,雷电过电压可能会 导致避雷器出现最高工频电压击穿而失效。青藏铁 路输电线路经过大片的无人区,对于避雷器检查更 新极为困难。为了保证避雷器的可靠性,有必要对 线路避雷器通流容量进行分析和计算,确定避雷器 通流容量的选择原则。下面主要分析不同杆塔接地 电阻与通过避雷器的放电电流和避雷器吸收能量 的关系。 (1)避雷器的放电电流 图5所示为110 kV双避雷线路,受雷塔接地 电阻与流经避雷器的放电电流的关系图。按前面分 析,在A、C相各安装一相避雷器。由于青藏铁路沿 线雷电流幅值较小,雷电流幅值概率分布公式按 lgP一一1/44计算,雷电流幅值超过100 kA的概率 小于1 。为了分析较为严重情况下避雷器性能变 化情况,在此选取雷电流幅值I…一100 kA。 杆塔接地电阻值/n 图5 受雷塔接地电阻与避雷器放电电流的关系 Fig.5 Relations between tower ground resistance and discharging current through arrester 由图5可知,随着杆塔接地电阻的增加,通过 避雷器的雷电放电电流也增加,避雷器的分流效果 也就越明显,基本上随着杆塔接地电阻呈线性增 长。当杆塔接地电阻较小时,如小于20 Q,仅有 10 左右的电流通过避雷器,故避雷器放电电流 维普资讯 http://www.cqvip.com

・46・ 电力系统及其自动化学报 2007年12月 较小;当杆塔接地电阻较大时,如大于5O 0,雷电 装一相避雷器以提高整个线路的耐雷水平。 (3)避雷器的放电电流和吸收能量与杆塔接 流难以通过杆塔快速地入地,此时通过避雷器流入 导线的电流比例增加,可达到35 ,从而有助于雷 地电阻成正比关系。受雷塔接地电阻越大,避雷器 电流的快速散流,保障了线路的正常运行。 (2)避雷器吸收的能量 雷电流流经氧化锌避雷器时避雷器吸收的能 的放电电流和吸收的能量越大。对于青藏高原地区 的雷电流而言,我国生产的避雷器完全可以承受雷 电放电和吸收能量等安全要求。 量为 一 ∽ )出 式中:i(f)、 (f)为避雷器的雷电放电电流及作用 在其上的电压;f为雷电流在避雷器上作用的时间。 图6所示为110 kV双避雷线,受雷塔接地电 阻与避雷器吸收能量的关系,雷电流幅值I=100 kA。由图6可以看出,随着杆塔接地电阻的增加, 避雷器吸收能量也增大,基本上两者成线性增长关 系。因避雷器吸收能量与所流过的放电电流成正 比,故图6变化趋势与图5相似。我国生产的11O kV氧化锌避雷器额定电压为100 kV,其阀片能量 吸收能力为3kJ/kV,极限吸收能力为9.2 kJ/kV。 图6中当杆塔接地电阻为100 0时,避雷器的吸收 能量最大为4O kJ,转换成每千伏额定电压吸收的 雷电能量为0.4kJ/KV。从最严重的情况考虑,避 雷器完全能够承受雷电放电要求 图6 受雷塔接地电阻与避雷器吸收能量的关系 Fig.6 Relations between tower ground resistance and arrester energy 6 结论 (1)青藏铁路沿线雷暴活动频繁、地形复杂、 土壤电阻率高,常规的防雷措施受到了很大的限 制,可采用线路避雷器提高输电线路的耐雷水平, 提高杆塔接地电阻允许值降低现场的施工难度。 (2)杆塔接地电阻对输电线路耐雷水平有很 大的影响,杆塔接地电阻越大,耐雷水平越低。对比 经济效益和防雷效果,可以看出在A、C相各安装 一支避雷器的效果最好。由于避雷器只能保护自身 杆塔,建议在易遭受雷击的多基杆塔A、C相各安 参考文献: [1] 钱冠军,王晓瑜,丁一正,等(Qian Guanjun,Wang Xiaoyu,Ding Yizheng,et a1).500kV线路直击雷典 型事故调查研究(Investigation of typical direct lightning strike incidents on 500kV lines)I-J].高电 压技术(High Voltage Engineering),1997,23(2):72 —74,83. [2] 任晓娜,吴广宁,付龙海,等(Ren Xiaona,Wu Guangning,Fu Longhai,et a1).采用避雷器后输电 线路仿真模型的建立及应用现状(Research on transmission line system simulation models with line arrester and its application)[J].电瓷避雷器 (Insulators and Surge Arresters),2005,48(5):26 —29,34. [3] 陈水明,何金良,吴维韩,等(Chen Shuiming,He Jinliang,Wu Weihan,et a1).采用氧化锌避雷器提 高220kV线路耐雷水平的研究(Study on adopting ZnO arrestor to increase lightning withstand level of 220kV transmission line)I-J].高电压技术(High Voltage Engineering),1998,24(3):77—82. [4] 中科院兰州高原大气物理研究所(Institute of Plateau Meteorology Physics,China Academy of Sciences).青藏铁路格拉段雷暴活动规律的分析 (The Regular Analysis of Thunderstorm Activity in Qinghai—Tibet Railway Ge—La segment)I-R].兰州: 专题报告(Lanzhou:Special Report),1977. [5] 铁道第一勘察设计院(First Survey and Design Institute of Railway).新建铁路青藏线综合地质报 告(The Synthetic Geological Report Along Qinghai~ Tibet Railway)[R].兰州:专题情报(Lanzhou: Special Report),2001. [6] 付龙海,吴广宁,王颢,等(Fu Longhai,Wu Guangning,Wang Hao,et a1).青藏铁路格拉段雷 ・ 暴活动与防护原则的研究(Study on thunderstorm activity and lightning protection principle of Ge’Ermu tO Lasa segment within Qinghai—Tibet railway)[J].电力系统及其自动化学报 (Proceedings of CSU—EPSA).2006,18(2):22— 26. -173王颢,付龙海,吴广宁,等(Wang Hao,Fu Longhai, 维普资讯 http://www.cqvip.com 第19卷第6期 吴广宁等:采用避雷器提高青藏铁路110 kV输电线路耐雷水平 ‘47。 (上接第11页) [9] 谢晓锋,张文俊,杨之廉(Xie Xiaofeng,Zhang Wenjun,Yang Zhilian).微粒群算法综述(Overview of particle swarm optimization)[J1.控制与决策 (Control and Decision),2003,18(2):129—134. 制与决策(Control and Decision),1999,14(3):285 288. [141 高鹰,谢胜利(Gao Ying,Xie Shengli).混沌粒子群 优化算法(Chaos particle swarm optimization algorithm)[J].计算机科学(Computer Science), 2004,31(8):13—15. [101 Eberhart R,Shi Y.Comparing inertia weights and constriction factors in particle swarm optimization [c]//Proceedings of the 2000 Congress of Evolutionary Computation,IEEE Service Center, California,USA:2000,84—88. [15] 张伯明,陈寿孙.高等电力网络分析[M1.北京,清华 大学出版社,1996. [1 6] 郭亚利,文劲宇(Guo Yali,Wen Jinyu).一种新型的 电力系统无功优化算法(A new power system reactive power optimization algorithm)[J].电力勘 测设计(Electric Power Survey and Design),2005, 12(1):66—70. [11] 吕振肃,侯志荣(Lii Zhensu,Hou Zhirong).自适应 变异粒子群优化算法(Particle swarm optimization with adaptive mutation)[J].电子学报(Acta Electronica Sinica),2004,32(3):416—420. [121李兵,蒋慰孙(Li Bing,Jiang Weisun).混沌优化方 法及其应用(Chaos optimization method and its 作者简介: 赵国波(1985一),男,硕士研究生,主要研究方向为电力系 application)[J].控制理论与应用(Control Theory and Application),1997,14(4):613—615. 统优化运行与控制。Email:sailor0727@gmail.corn 刘天琪(1962一),女,博士,教授,主要研究方向为电力系统 [131张彤,王宏伟(Zhang Tong,Wang Hongwei).变尺 度混沌优化方法及其应用(Mutative scale chaos optimization algorithm and its application)[J].控 稳定与控制、高压直流输电、调度自动化。Email:tqliu @sohu.corn 

因篇幅问题不能全部显示,请点此查看更多更全内容

Copyright © 2019- 99spj.com 版权所有 湘ICP备2022005869号-5

违法及侵权请联系:TEL:199 18 7713 E-MAIL:2724546146@qq.com

本站由北京市万商天勤律师事务所王兴未律师提供法律服务