500kV双回垂直排列紧凑型线路防雷性能分析

● 中国能源建设集团湖南省电力设计院有限公司 吴 煌 朱伟俊

目前国内500kV双回路线路大多采用垂直排列鼓形铁塔，边导线宽度约22m，拆房范围约32m。随着国民经济的持续发展和城镇建设的不断提速，输电线路走廊日益紧张，房屋拆迁成本居高不下，工程建设难度持续加大。为尽量压缩线路走廊，减少房屋拆迁量，一种新型输电线路——双回垂直排列紧凑型线路首次在湖南长沙星沙至星城500kV输电线路上得到应用。较之采用常规双回鼓形铁塔架设方案，减少房屋拆迁面积1120m2/km，节约综合造价290万元/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I1计算如下：

式中：U50%-绝缘子串50%冲击放电电压（kV）；k-导地线电晕耦合系数；K0-导地线几何耦合系数；Rsu-杆塔接地装置的冲击接地电阻（Ω）；ha-导线横担高度（m）；h1-地线横担高度（m）；Lt-杆塔电感（μH）；hgv-地线平均高度（m）；hav-导线平均高度（m）；β-杆塔分流系数。

根据（1）式，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铁塔导地线布置新颖，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。

双回路垂直排列紧凑型铁塔和常规双回路鼓形铁塔耐雷水平（kA）计算如表1。

由表1可知，双回路垂直排列紧凑型铁塔冲击接地电阻20Ω以下时，可满足500kV线路耐雷水平大于125kA的要求。双回路垂直排列紧凑型铁塔耐雷水平高于常规双回路鼓形铁塔，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它层导线，双回路垂直排列紧凑型铁塔在这一点上更加明显，由此可适当增长第三层导线绝缘子串长度，提高其50%冲击放电电压U50%，使第三层导线耐雷水平高于第四层导线；同时将冲击接地电阻限制在15～20Ω以下，使第二层导线耐雷水平高于第四层导线，从而提高双回路垂直排列紧凑型铁塔的整体耐雷水平。

表1 双回路垂直排列紧凑型铁塔和常规双回路鼓形铁塔耐雷水平比较

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以下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（1）（3）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

表2 雷击杆塔跳闸率

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：

表3 绕击跳闸率

由表3可知，由于双回路垂直排列紧凑型铁塔防雷保护角最大为-4.27°(第二层导线)，而常规双回路鼓形铁塔防雷保护角最大为0°(第二层导线)，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。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至星城500kV送电线路已于2014年7月投运，4年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·年。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·年左右，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）建议适当增加下“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。