1000kV特高压输电线路防雷设计

1000kV特高压输电线路防雷设计

董铁柱 吴海洋

中国电建集团青海省电力设计院有限公司 青海 810008

摘要：我国的区域电网应用的高压输电线路具有错综复杂、种类繁多、输电距离过长等特点。在我国电网运行中，1000 kV 特高压输电线路发挥着非常重要的作用，其能够实现电能的远距离传输，降低电能在传输过程中的损耗，同时，也可以提高电网系统整体运行的安全性和可靠性。1000 kV 特高压输电线路采用的是架空敷设的方式，因此，需要切实做好防雷设计工作，以保证线路的运行安全。

关键词：1000kV特高压;输电线路;防雷设计

引言

在“2030年碳达峰、2060年碳中和”目标的指引下，各省都在规划风电、光伏等大型新能源产业基地，大力发展特高压输电是进行能源消纳的有力手段，由此导致输电廊道将更加紧张，共走廊交直流混线路带来的电场问题将更加突出。

11000kV特高压输电线路雷击的特点

雷电灾害为联合国认定的10种最严重自然灾害之一，线路雷电防护为电网防灾减灾的重要部分。特高压输电线路连绵数千公里，纵横交错，所处的地形复杂多变，雷电对特高压线路威胁巨大。国内外运行经验表明，特高压线路绝大多数的雷击跳闸为绕击，对于相应的防雷电绕击工作已取得了较多的研究成果。一般情况下，在1000kV特高压输电线路中，引发线路跳闸是最为常见的原因之一就是在杆塔位置出现了雷电绕击的情况，保护角的大小会对输电线路避雷线的性能产生直接影响。

21000kV特高压输电线路防雷设计

2.1特高压交流输电线路基本参数

特高压交流线路额定电压为1000kV，预测电压为额定电压的1.05倍，即1050kV。特高压线路的导线结构考虑了线路的输送容量、机械特性及电晕放电产生的环境影响，其中最重要的是可听噪声。参考GB/T1179—2017《圆线同心绞架空导线》，按照现有导线生产的情况，选择3种典型截面JL/GIA-500/45、JL/GIA-630/45、JL/GI－A-800/55钢芯铝绞线导线进行比较，具体见表1。综合目前国内设计资料，1000kV输电线路多采用8分裂导线，变化范围6~10分裂。子导线正多边形排列，分裂间距400mm。因此主要讨论JL/GIA-500/45，JL/GIA-630/45，JL/GIA-800/55三种型号的导线，分裂导线为正多边形排列，分裂间距为0.4m，分裂根数分别为6、8、10根。预测塔型选用同塔双回SZC27156型杆塔。根据GB50665—2011《1000kV架空输电线路设计规范》，1000kV同塔双回（逆相序）线路经过居民区、非居民区导线对地最低高度25m、21m；在最大计算弧垂情况下，导线与建筑物之间的最小垂直距离应不小于15.5m。预测导线对地高度按25m、21m、15.5m进行计算。特高压线路可听噪声最大值均出现在边导线内区域，且可听噪声随着距线路走廊中心距离增加呈逐渐下降的趋势。相对于增加导线截面和提高杆塔架设高度，增加分裂导线根数，可更有效降低导线周围可听噪声水平，在工程设计时可优先考虑。

2.21000kV特高压输电线路特殊形式雷击故障设计

随着线路数量和里程的增加，线路雷击跳闸的样本量也在不断增加。目前出现了一些雷击故障，在故障发生时刻只能查到一次地闪，但造成了同塔多回线路或者同一通道内的多条线路同跳，推断此类现象为一次地闪在接近地面处出现多个分支，进而造成多回线路发生同时跳闸，但均无直接证据证明此推断的正确性。分叉雷的不同分支之间可直接形成导线对地的放电通道，因此此类情况下线路是否跳闸与雷电流幅值、杆塔耐雷水平等因素无关。引起线路跳闸故障的分叉雷，其不同分支将在线路导线侧和地面侧留下雷击痕迹;可根据现场排查情况，结合雷电定位系统、故障点现场视频图像等辅助信息，判定是否为分叉雷引起的线路跳闸故障。根据故障发生机理，分叉雷引起线路跳闸时需直接击中导线，因此采用减小地线保护角、加装侧向避雷器等防雷措施，可提高对导线的屏蔽性能，起到预防分叉雷的作用。

2.3单、双回路架设方式选定原则

（1）单、双回路的架设方案需要从局部地段的比选着手，但同时也要结合整条线路、两变电站之间甚至全线路的整体架设方案来确定，保证后期运行、维护的便利。（2）在密集村落和密集植被分布区，应综合比较单双回架设方式的房屋拆迁费、植被砍伐费、本体工程费、生态效益。（3）运输困难地段，为避免大量水土流失，建议优先采用2个单回路架设方案。（4）线路需穿越采动影响区时，建议优先采用2个单回路架设方案。（5）线路路经不良地质区时，建议优先采用2个单回路架设方案。

2.4设置避雷装置

对于1000kV特高压输电线路，在精细防雷设计时，需要合理设置避雷装置，在不大幅度改变杆塔电位的情况下，避免出现绝缘子闪络情况。可供选择的避雷器有2种：（1）无间隙型避雷器，可以直接与导线连接，属于电站型避雷器的升级版本，能够对雷击产生的冲击进行有效吸收，也可以避免出现电气设备老化问题；（2）带串间隙型避雷器，主要是利用空气间隙与导线连接，其本身的功能需要在雷电流作用下才能真正发挥出来，避免雷击的可靠性极高，使用寿命长。这种避雷器在高压、超高压以及特高压输电线路中被广泛使用，具备相应的间隙隔离功能，而且在设置时不需要考虑电力系统的运行电压，即便避雷器发生故障，也不会影响输电线路运行的稳定性。

2.5优化杆塔规划

某工程1000kV交流特高压输变电工程线路工程全长759.414km，均为同塔双回路。结合沿线的历史气象数据，全线年平均雷暴日数统计值在25～40d/a，沿线运行线路雷电活动统计在30d/a的水平，本工程推荐雷暴日数为40d/a。从保证线路运行安全性角度，需做好防雷的设计工作。在输电线路中，杆塔形式多种多样，杆塔本身也是最容易发生雷电绕击的部分。因此，工程中实际使用的塔形都要结合具体工程进行技术经济综合比较后确定，其目的是既能保证线路安全运行又经济合理。根据前期研究成果，杆塔规划需要坚持几个基本原则：（1）根据工程线路的实际断面，进行无约束条件的杆塔排位，合理规划杆塔设计条件和直线塔摇摆角系数；（2）地线对导线的保护角在平地不大于-3°，山地不大于-5°，耐张塔地线对跳线保护角不大于0°。导地线水平位移满足相应规程要求；（3）一般地区杆塔为同塔双回路导线垂直排列，I形串悬挂布置；在走廊拥挤地区，根据实际情况，分别为同塔双回路垂直排列V形绝缘子串或Y形绝缘子串悬挂布置，以及同塔四回路V串悬挂布置，尽量降低走廊宽度，以此分别规划杆塔系列。在工程全线，共规划塔形76种，27m/s风区、10mm冰区平地段共规划14种塔形；30m/s风区、10mm冰区平地段共规划17种塔形；30m/s风区、10mm冰区山地段共规划9种塔形；32m/s风区、10mm冰区平地段同塔双回路V串/Y串共规划24种塔形；32m/s风区、10mm冰区平地段同塔四回路V串共规划12种塔形；其中，采用皖电东送杆塔成果35个，新设计塔形41个。

结语

总之，1000kV特高压输电线路一旦遭受雷击，会对电力系统的稳定可靠运行带来巨大影响，电气技术人员需要做好输电线路防雷的设计，以提升线路对于雷击的防范和抵抗能力。

参考文献

[1]王振国,李特,王少华,等.浙福特高压交流输电线路避雷器绕击防护性能评估[J].电瓷避雷器,2021(5):61-65.

[2]吴楠.1000kV特高压交流输电线路雷击危害及防雷接地对策[J].电子技术与软件工程,2021(18):210-212.