500kV双回垂直排列紧凑型线路防雷性能分析

朱伟俊 邓文强 叶世顺

（1.中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，湖南长沙 410007；

2.湖南省送变电工程公司，湖南株洲 412000）

500kV双回垂直排列紧凑型线路防雷性能分析

朱伟俊1邓文强2叶世顺1

（1.中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司，湖南长沙 410007；

2.湖南省送变电工程公司，湖南株洲 412000）

500kV双回垂直排列紧凑型线路是一种新型输电线路，较常规500kV双回路减少房屋拆迁40%以上。基于此，通过计算分析得出500kV双回垂直排列紧凑型线路的防雷性能优于常规双回线路，并就进一步提高其耐雷水平提出建议。

垂直排列；紧凑型线路；耐雷水平；雷电跳闸率

500 kV双回垂直排列紧凑型线路首次应用于湖南长沙星沙-星城500kV送电线路工程，如图1所示。较之采用常规双回路塔架设方案，减少房屋拆迁面积1 120m2/km，节约综合造价290万/km。考虑到500kV双回垂直排列紧凑型线路导线布置新颖，塔头高度较大，有必要就其防雷性能进行专门分析。

1 雷击塔顶时耐雷水平的计算

输电线路的防雷性能与耐雷水平有关，雷击塔顶时耐雷水平［1］I1计算如下：

图1500 kV双回垂直排列紧凑型线路

式（1）中，I1与冲击接地电阻Rsu、杆塔高度有关外，也与导地线几何耦合系数K0相关，K0主要取决于导地线布置。500kV双回垂直排列紧凑型线路导地线布置新颖，同一回路三相导线距离为7.7m-7.5m-7.7m，上下回路导线垂直距离为12m，导地线垂直距离8m，地线和相邻层导线水平位移2m，这种布置方式与常规双回路塔有很大不同，如图2所示。

表1双回路垂直排列紧凑型线路铁塔和常规双回路鼓形塔耐雷水平

表2雷击杆塔跳闸率

图2 塔头布置图

双回路垂直排列紧凑型线路铁塔和常规双回路鼓形塔耐雷水平计算结果如表1所示。

由表1可知，双回路垂直排列紧凑型线路铁塔冲击接地电阻20Ω以下时，可满足500kV线路耐雷水平大于125kA的要求［2］。双回路垂直排列紧凑型线路铁塔耐雷水平高于常规双回路鼓形塔，呼高和冲击接地电阻越低时，优势越明显。由于地线的耦合作用，最上层导线耐雷水平可能高于其他层导线，双回路垂直排列紧凑型线路铁塔在这一点上更加明显，由此可适当增长第3层导线绝缘子串长度，提高其50%冲击放电电压U50%，使第3层导线耐雷水平高于第4层导线；同时将冲击接地电阻限制在15～20Ω以下，使第2层导线耐雷水平高于第4层导线，从而提高双回路垂直排列紧凑型线路铁塔的整体耐雷水平。

2 雷电跳闸率计算

根据雷击输电线路部位不同，雷电过电压可以分为如下4种：①雷击杆塔；②雷击避雷线档距中央；③雷电直接击中导线，即绕击事故；④雷击导线附近地面，导线上的感应过电压。其中第②种和第④种情况一般不易在较高电压等级线路上造成闪络事故，在计算500kV线路防雷性能时，一般主要考虑①③两种情况，即雷击杆塔和雷电绕击情况。雷电跳闸率n=n1+n2，n1为雷击杆塔跳闸率，n2为绕击跳闸率。

2.1 雷击杆塔跳闸率

雷击杆塔跳闸率计算公式如下：

n1=NgP1η（2）

式（2）中，N是每100km线路每年遭受雷击的次数，N=0.1γT（b+10hav），取雷暴日T为40；γ为雷电密度，γ= 0.023T0.3=0.07；b为避雷线间距，取11.5；hav为地线平均高

度；g是击杆率，对于双地线线路，平原取1/6，山地取1/ 4；P1是雷电流幅值超过雷击杆塔耐雷水平I1的概率，lgP1=-I1/88；η是建弧率，η=（4.5E0.75-14）×10-2，E为绝缘子串的平均运行电压梯度，对于500kV线路复合绝缘子串长4 900mm，E=70.41kV/m。计算得到雷击杆塔跳闸率n1如表2所示。

由表2可知，由于耐雷水平较高，同时地线间距较小，双回路垂直排列紧凑型线路铁塔雷击杆塔跳闸率低于常规双回路鼓形塔。

2.2 绕击跳闸率

绕击跳闸率n2计算公式如下：

式（3）中，N、η同2.1；Pθ为绕击率，按经验公式计算，平原线路，山区线路θ为地线对外侧导线的保护角，h为地线悬挂高度；P2是雷电流幅值超过雷击导线耐雷水平I2的概率，lgP2=-I2/88，I2=U50%/100。计算得到绕击跳闸率n2如表3所示。

表3绕击跳闸率

由表3可知，由于双回路垂直排列紧凑型线路铁塔防雷保护角最大为-4.27°（第2层导线），而常规双回路鼓形塔防雷保护角最大为0°（第2层导线）。因此，双回路垂直排列紧凑型线路绕击跳闸率远低于常规双回线路。

2.3 线路雷电跳闸率

综合雷击杆塔跳闸率和绕击跳闸率后，线路雷电跳闸率如表4所示。以线路平均呼高42m，冲击接地电阻15Ω时，双回路垂直排列紧凑型线路雷电跳闸率较常规双回路降低12%左右。杆塔呼高和冲击接地电阻越低，双回路垂直排列紧凑型线路雷电跳闸优势越明显。

表4线路雷电跳闸率

3 线路运行经验

国内第一条双回路垂直排列紧凑型线路星沙-星城500kV送电线路已于2014年7月投运，2a多来未发生雷电跳闸故障。而同期湖南地区500kV常规双回鼓形塔线路，如艾鹤双回、黔艳双回、湘云双回等均有雷电跳闸记录，合计雷电跳闸率0.623次/100km·a。运行经验证明，500kV双回垂直排列紧凑型线路防雷性能优于常规双回鼓形塔线路。

4 结论

①由于导地线布置紧凑，地线间距小，500kV双回垂直排列紧凑型线路耐雷水平和雷电跳闸率均优于常规鼓形塔线路。

②冲击接地电阻20Ω以下时，500kV双回垂直排列紧凑型铁塔耐雷水平高于125kA。冲击接地电阻15Ω以下时，雷击跳闸率0.4次/100km·a左右，与500kV线路运行参照值接近。铁塔呼高增加时，应进一步降低冲击接地电阻，满足防雷性能要求。

③建议适当增加“V”串的绝缘子长度，进一步提高500kV双回垂直排列紧凑型线路耐雷水平。

［1］国家电力公司东北电力设计院.电力工程高压送电线路设计手册［M］.北京：中国电力出版社，2002.

［2］DL/T620-1997.交流电气装置的过电压保护和绝缘配合［S］.

Lightning Protection Performance Analysis of 500kV Double Circuit Vertical Arrangement Compact Transmission Line

Zhu Weijun1Deng Wenqiang2Ye Shishun1
（1.China Energy Engineering Co.Ltd.Hunan Electricity Power Design Institute，Changsha Hunan 410007；2.Hunan Power Transmission and Distribution Engineering Company，Zhuzhou Hunan 412000）

500kV double circuit vertical arrangement compact transmission line is a new type overhead power line, which reduces over 40%house demolition as regular double circuit transmission line.Based on this,Through calcula⁃tion and analysis,it was concluded that the lightning protection performance of the 500kV double circuit vertical ar⁃rangement compact transmission line excelled that of regular double circuit transmission line,and threw out a sugges⁃tion for increasing its lightning protection level.

vertical arrangement；compact transmission line；lightning protection level；lightning trip rate

TM751

A

1003-5168（2016）10-0151-03

2016-09-15

朱伟俊（1980-），男，硕士，工程师，研究方向：输电线路设计；邓文强（1984-），男，本科，工程师，研究方向：输电线路运检；叶世顺（1975-），男，工程师，研究方向：输电线路设计。