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造成输电线路绕击频发的原因主要有:
①自然界中的雷电活动绝大多数为小幅值雷电流,而恰恰是它们能够穿透地线击中导线;
②在运的输电线路地线保护角普遍较大,加之山区地段地面倾角较大;
③超特高压、同塔多回线路杆塔高度普遍增加;且线路多沿陡峭山区架设,使大档距杆塔增多;这两方面因素均使线路对地高度增加,降低了地面的屏蔽作用。
3.2 反击
3.2.1 常规型输电线路
对于常规型杆塔,雷击地线或杆塔后,雷电流由地线和杆塔分流,经接地装置注入大地。塔顶和塔身电位升高,在绝缘子两端形成反击过电压,引起绝缘子闪络,如下图所示。
3.2.1.1 雷击塔顶
雷击线路杆塔顶部时,由于塔顶电位与导线电位相差很大,可能引起绝缘子串的闪络,即发生反击。雷击杆塔顶部瞬间,负电荷运动产生的雷电流一部分沿杆塔向下传播,还有一部分沿地线向两侧传播,如下图所示。负极性雷电流一部分沿杆塔向下传播,还有一部分沿地线向两侧传播;同时,自塔顶有一正极性雷电流沿主放电通道向上运动,其数值等于三个负雷电流数值之和。线路绝缘上的过电压即由这几个电流波引起。
3.2.1.2 雷击地线档距中央
如下图所示,雷击地线档距中央时,虽然也会在雷击点产生很高的过电压,但由于地线的半径较小,会在地线上产生强烈的电晕;又由于雷击点离杆塔较远,当过电压波传播到杆塔时,已不足以使绝缘子串击穿,因此通常只需考虑雷击点地线对导线的反击问题。
3.2.2 紧凑型输电线路
紧凑型输电线路具有自然输送功率高、电磁环境友好等方面优势,在如今线路走廊日益紧张、环境保护要求逐渐提高的背景下得到日益广泛的应用。紧凑型输电技术是指通过缩小相间距离、优化导线排列、增加相分裂子导线根数等改变线路几何结构的方法,压缩线路走廊,增大导线电容,减少线路电抗,大幅提高自然输送功率的新型输电技术,如下图所示。
紧凑型线路由于采用了负保护角,防绕击性能明显优于常规线路,但是,由于紧凑型线路杆塔特殊的塔窗结构和导线布置方式,造成塔头间隙特殊位置雷电冲击放电电压偏低,使得紧凑型线路反击跳闸在总跳闸数中所占的比例要高于常规线路的反击比例。
紧凑型直线塔特殊的塔窗结构,三相导线均位于塔窗内部,其雷击闪络的放电路径与常规线路沿绝缘子串放电的路径有明显差异。我国相关的研究机构曾对紧凑型输电线路杆塔的雷电反击机理进行试验研究。我国第一条500kV紧凑型线路昌房线采用的直线塔塔头布置及电气间隙如下图所示。通过对模拟塔头进行1.7/50μs雷电波冲击试验,得到的试验结果如下表所示。
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