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从模拟塔头的试验结果可以看出,上相导线与下相导线塔身侧均压环之间的间隙放电电压比下相导线低7%左右,是紧凑型线路雷电冲击绝缘水平中相对薄弱的部分,即下图中间隙G4。实际运行经验表明,G3也是较易发生反击闪络的路径,如下图所示。
以华北电网为例,2003~2010年华北电网主要500kV线路共发生雷击跳闸95次,其中紧凑型线路17次,占雷击跳闸总数的17.9%。500kV线路平均雷击跳闸率为0.195次/(百公里•年),其中常规线路为0.224次/(百公里•年),紧凑型线路为0.115次/(百公里•年),紧凑型线路的雷击跳闸率明显低于常规线路。这也说明虽然从个体来看紧凑型线路不能保证在防雷性能上万无一失,但从统计来看紧凑型线路相比于常规线路,其防雷性能仍然具有明显优势。
从雷击故障的性质来看,华北电网2003~2010年间常规型线路发生了78次雷击跳闸中仅有2次为反击跳闸,占跳闸总数的2.6%,其余均为绕击跳闸;而在紧凑型线路发生的17次雷击跳闸中,除1次大电流雷击断线外,12次为绕击跳闸,4次为反击跳闸。紧凑型线路反击跳闸在总跳闸数中所占的比例要明显高于常规线路的反击比例。
4输电线路防雷击的重要性
在现代生活中,雷电以其巨大的破坏力给人类、社会带来了惨重的灾难。据不完全统计,我国每年因雷击造成的财产损失高达上百亿元。输电线路是地面上最大的人造引雷物体,作为国民经济重要支柱的电力系统,长期以来雷击引起的输电线路跳闸对电网安全稳定运行构成了较大的威胁。
据电网故障分类统计表明,在我国跳闸率较高的地区,高压线路运行的总跳闸次数中,由雷击引起的次数占40%~70%,尤其是在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区,雷击输电线路引起的故障率更高。雷电流具有高幅值、高频及高瞬时功率等特性,发生时往往伴随着机械力效应和电气效应的出现。
4.1 机械效应
雷击输电线路时,导线的屈服点会由于焦耳热而降低,径向自压缩力有可能超过导线的屈服点,从而使钢芯铝绞线发生形变,最终导致原本组合在一起的不同材料发生剥离和分层,降低了导线的机械强度,从而发生断线、断股事故,如下图所示。
4.2 电气效应
输电线路防雷重点在于雷电由于电气效应产生的过电压的防护。雷击过电压超过线路绝缘耐受水平时,将使导线和地(地线或杆塔)发生绝缘击穿闪络,而后工频电压将沿此闪络通道继续放电,发展成为工频电弧,电力系统的保护装置将会动作使线路断路器跳闸影响正常送电。雷击对电网造成的危害,主要有雷击单相短路、相间短路等。
随着电网建设的架空线路杆塔越来越高,线路走廊越来越密集,客观导致输电线路遭受雷击的风险增多增大。每发生一次雷击线路的跳闹故障,都会对电力系统造成强扰动,还将造成设备损毁、线路停运,甚至出现大面积停电事件,严重的还将造成巨额经济损失和较大社会影响。在全球气候环境日益恶劣的大背景下,我国近十年来雷电活动加剧频繁,同时随着我国经济的高速发展,电力需求不断增长,电网建设不断增速,因雷击造成的电网故障所发生的经济损失正呈逐年上涨的势头,雷击造成线路两相闪络、同塔双回线路同时闪络、同一输电通道多回线路相继跳闸等严重故障明显增加。因此,有针对性的开展雷电监测与防护方面的相关工作,对于保障电网安全稳定运行意义重大。
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