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高压架空输电线路防雷安全性能评价指标的研究

摘要：为了提高输电线路的防雷性能， 防雷管理已被分到了防雷性能进行了评估的每一个塔。 根据地形、跨度、塔型、接地电阻、隔振型等因素，计算了各塔的跳闸运行的相对比例，计算了其防雷安全性能, 有利于输电线路的运行维护与雷电重建。

关键字：输电线路；防雷安全性能；评价指标；雷击跳闸率

1介绍

高压架空输电线路雷击跳闸率很高，它总是超过总跳闸操作的70%，并且雷击跳闸操作成为可能危及电力系统安全的主要因素[ 1 ] [ 2 ] 。

通常，对高压架空输电线路防雷性能指标的评价指标比较少， 例如雷电承受水平和跳闸率比。这些指标是粗鲁和单一的，不能反映每一个塔的高度，地形，跨度，塔型，接地电阻，国际标准化的影响器型等状态。

为了提高输电线路的防雷性能，防雷管理分到了每座塔。根据每座塔的不同参数分别进行防雷性能的评价[3]。

2防雷评价指标

1. 相对雷击率

输电线路的每一个塔都有不同的参数，如海拔高度，塔的高度，向前和向后跨联合塔，

架空地线距离， 当输电线路有雷云的时候，每个塔的闪电比是不同的。为了反映这些差异，介相关的闪电比k。

这里的H是架空地线的高度，W是架空地线之间的距离, D是向前和向后跨越的总和的一半，Hmax，Wmax，Dmax是输电线路中的所有塔的那些参数的最大值。很显然S是扩大的矩形的面积。矩形长度是向前和向后跨越的总和的一半,。矩形宽度由于架空地线的高度的影响，已被延长。Smax所有塔的最大面积。k等于一个塔的的等效面积和最大面积的比。

B.持续电弧概率

持续电弧V概率：

这里的U是线电压，I为隔振器的长度。

C. 直接雷击到塔的等级

当塔直接被闪电击到的时候，可以承受的水平：

这里的 是隔离器的冲击击穿电压的50%，beta;是架空地线的分流系数，R是铁塔的接地电阻，L是塔的电感，h_d是地上导体的高度，q是导体与地线之间的耦合系数。

D. 雷电屏蔽故障的承受水平

当雷电直击导体时的承受水平：

E.直接雷击率和屏蔽故障率：

攻击距离 rs 和 雷电流幅值I之间有个关系：

图1中所示的直接雷击和屏蔽失效的几何模型， theta;是地面上的线的倾斜角度如GH，GF是一个塔的中心线， B和D分别是架空地线和导线的一端。绘制中心在B点且半径是rs的弧PS，绘制另一个中心在D点且半径是rs弧ST，，绘制一条平行于地面的线与地面距离为rs。

很明显,如果即将来临的闪电先导到弧 PS，雷击可能会击到架空地线，另一方面，当即将到来的雷电先导到达弧ST的时候，雷电可能击到导体上。直接雷击率和屏蔽失效率可以用弧PS和弧ST对应的角度alpha;和相应的角度 gamma; 来计算。

直接雷击率eta;（rs）是：

屏蔽失效率xi;(r_S) is:

图一. 雷电直击和屏蔽失效

角alpha;和gamma;与塔的参数和雷击的距离rs有关系，根据在图1中的几何模型，他们可以给出：

如果gamma;＜0，然后让eta;= 1和xi;= 0，这表明，屏蔽故障将不会在雷电流幅值I和雷击的距离rs发生。中间阶段将被忽略。塔的另一侧的直接雷击率和屏蔽失效率可以用公式（6）-（9）以同样的方式计算并且会被加起来。

对相同塔的两条线，角alpha;, gamma;_A, gamma;_B, gamma;_C, 在图二中说明，必须被计算，然后，

F. 直击雷击跳闸率

雷电电流幅度超过I的概率：

所以雷电流大小I的概率是：

图2. 同塔双回线

直击雷跳闸率：

G. 屏蔽故障跳闸率

屏蔽失效跳闸率:

H. 综合评价指标

考虑到塔型、跨海平面高度、跨度、接地电阻、隔振、地形等的影响，对各塔的防雷安全性能进行综合评价：

从总体上说，一个塔的较小的综合评价指标，即该塔的防雷安全性能较好，另一方面，一个塔的更大的评价指标，该塔的安全性能更差。

假定Jmax是输电线路中的所有塔的评价指标的最大值、相对评价指标可以定义为：

相对评价指数所表示的百分比是非常直观的， 根据相对评价指标，很容易给一条输电线路的所有塔记录值。

3评估软件

基于Based on MS Visual Basic 6.0, 开发了高压架空输电线路防雷安全评估软件，包括六个部分：线路编辑、塔器、隔振器编辑评价分析、图形显示、和版本信息。

在线编辑组件的输入和管理线路信息和所有参数的每一行。塔式编辑组件管理塔式及其主要参数。隔器编辑组件管理隔离类型，节省50%的脉冲火花过电压和每一个隔振器的长度（图3）。

图4显示了评价结果的界面。结果包括相关的闪电比、直击雷跳闸率、绕击跳闸率、总体评价目前指数、相对评价指标和记录值。传输线的所有参数和评估结果可导出为一个文件。

图5显示了一个传输线的高度和跨度。

图3. 塔主参数

图4. 评价结果界面

图5. 输电线路的高度和跨度

4结论

通过引入相对雷击率,塔参数的影响, 如海拔高度的塔的高度，联合塔的向前和向后跨度，两架空地线距离可以计算，这很容易反映每一个塔的差异. 塔型和倾斜角度对直接雷击率和屏蔽失效率有明显的影响，是差异的主要参数。各塔的相对评价指标是非常直观的，有利于输电线路的运行维护和雷电的重建。

参考文献

[1] Zhu, S.Y., Deng, Y.R. and Li, M.G. (2010) Analysis and Countermeasure of Lightening Disturbance of Transmission Line in Guangxi Power Grid. Guangxi Electric Power, 33, 1-5.

[2] Gu, S.Q., Chen, J.H., Chen, W.J., Li, X.L., Tong, X.F. and Zhang, R. (2009) Evaluation Method of the Time-Space-

Difference of Lightning Protection Performance of Transmission Lines. High Voltage Engineering, 35, 294-298.

[3] Zhou, H.M. and Peng, X.Y. (2009) Operating Analysis of Lightning Protection for Power Transmission Lines in Guangdong. Guangdong Electric Power, 22, 19-22.

[4] He, H.X., He, J.J., Qian, G.J., Xie, S.J., Dong, M.L., Yao, S. and Xie, Y.H. (2010) Lightning Shielding Analysis Model of UHVAC Overhead Transmission Line. High Voltage Engineering, 36, 198-203.

[5] Zhan, H.M., Lin, F.C., Wang, X.Y. and Qian, G.J. (2000) Lightning Shielding of Transmission Line and Lightning Stroke Simulation Model. Journal of Huazhong University of Science amp; Technology, 28, 43-55.

[6] Chen, G.Q., Zhang, Z.J., Sun, C.X. and Sima, W.X. (2003) Analyze the Present Status in the Calculation Methods of Lightning Protection Performance for Transmission Line. Journal of Chongqing University, 26, 137-142.

[7] Mo, F.J., Chen, Y.P. and Ruan, J.J. (2004) Study on Transmission Tower Models and Their Lightning Performance Calculation. Power System Technology, 28, 80-84.

[8] Zhu, Y., Wang, J., Pan, J.D. and Liu, Y.X. (2008) Study on Anti-Lightning Performance Evaluation and Integrated Op-timization of Transmission Line. North China Electric Power, 2, 18-20.

[9] Sun, Y.H., Ren, J.Q., Yan, P., Cui, J.F., Liu, Y.X., Zhou, Y.X. and Li, Z.Y. (2004) Survey on Factors Influencing the Lightning Strike Trip out Rate of Transmission Lines. High Voltage Engineering, 30, 12-14.

[10] Cao, Z.H., Jiang, Z.L., Lin, F. and Zhou, W.H. (2005) Investigation and Countermeasures about the Lightning Strike on the 220 k V and above Transmission Line in Hunan Province. High Voltage Engineering, 31, 81-82.

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