， ，

(1. 新疆電力設(shè)計院, 烏魯木齊 830002；2. 中原工學(xué)院, 鄭州 450007；3. 鄭州電力高等?？茖W(xué)校, 鄭州 450004)

新疆輸電線路多位于山前沖洪積平原區(qū)域，這種區(qū)域河流沖溝縱橫，且河床切割較淺，每逢春季山上積雪融化以及夏季山區(qū)下暴雨時，部分地區(qū)便成了漫灘，對輸電線路桿塔接地裝置造成了不同程度的沖刷[1].圖1為新疆某110 kV輸電線路桿塔接地裝置被季節(jié)性洪水沖刷的現(xiàn)狀，根據(jù)現(xiàn)場實測可知，受洪水沖刷的桿塔，其接地電阻減小.目前輸電線路設(shè)計中，路徑選擇多考慮當(dāng)?shù)匾?guī)劃和線路廊道擁擠的情況，未充分考慮輸電線路微地形地貌對輸電線路的影響.本文分析了風(fēng)車型接地裝置接地電阻的計算模型和輸電線路耐雷水平的計算模型，并通過計算得出了桿塔接地電阻與輸電線路耐雷水平的關(guān)系，對洪水沖刷地區(qū)接地裝置的設(shè)計及運行維護(hù)具有一定的參考價值.

圖1 接地裝置中水平接地體被沖刷的情況

1 風(fēng)車型接地裝置的接地電阻計算方法

風(fēng)車型接地裝置是常用的一種傳統(tǒng)輸電線路桿塔接地接地型式[2]，如圖2所示.接地裝置由接地引下線和水平接地體組成，引下線與鐵塔的連接處采用熱鍍鋅扁鐵材料，接地引下線采用圓鋼材料，所有桿塔均逐基逐腿接地.水平接地體采用方環(huán)加放射線型式，材料采用圓鋼，水平接地體埋設(shè)深度根據(jù)地形地貌的不同而不同.

圖2 風(fēng)車型接地裝置沖刷情況示意圖

本文采用風(fēng)車型接地裝置接地電阻的計算方法進(jìn)行計算分析[2].

(1)

式中：ρ為土壤電阻率(Ω·m)；l為水平接地體的總長度(m)；d為水平接地體的直徑(m)；t為水平接地體的埋設(shè)深度(m)；D為單根接地體正方形部分邊長(m)；lb為單根接地體射線部分長度(m).

2 輸電線路耐雷水平計算方法

當(dāng)線路中有避雷線(又稱地線)時，雷擊線路的情況有2種：雷繞過避雷線而擊于桿塔 (塔頂)和雷擊避雷線檔距中央.由經(jīng)驗可知，雷擊避雷線的檔距中央且避雷線與導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)引起跳閘的情況極少發(fā)生，可不予考慮[3]，本文只分析雷擊桿塔(塔頂)時線路的耐雷水平.

雷擊塔頂前，雷電通道的負(fù)電荷在桿塔及架空地線上感應(yīng)正電荷；當(dāng)雷擊塔頂時，雷電通道中的負(fù)電荷與桿塔及架空地線上的正電荷迅速中和形成雷電流，雷電流分布如圖3(a)所示.由圖3(a)可知，在雷擊瞬間，自雷擊點(即塔頂)有1個負(fù)雷電流波i沿桿塔向下運動，另有2個相同的負(fù)電流波ib/2分別自塔頂沿兩側(cè)避雷線向相鄰桿塔運動，與此同時，自塔頂有1個正雷電波igt沿雷電通道向上運動，此正雷電流波的數(shù)值與3個負(fù)電流波之和相等，線路絕緣上的過電壓即由這幾個電流波引起[4].對于一般高度的桿塔，在工程上常用集中參數(shù)等值電路進(jìn)行分析計算，等值電路如圖3(b)所示.

圖3 雷擊塔頂時雷電流的分布及等值電路圖

圖3中：Lgt為桿塔的等值電感；Rch為被擊桿塔的沖擊接地電阻；Lb為桿塔兩側(cè)一個檔距內(nèi)避雷線電感并聯(lián)值；i為雷電流.

不同類型桿塔的等值電感Lgt可由表1查出.單根避雷線的等值電感Lb約為0.67l(l為檔距長度(m))，雙根避雷線Lb約為0.42l.

表1 不同類型桿塔的電感

2.1 橫擔(dān)高度處桿塔電位幅值Ugh

考慮到雷擊點的阻抗較低，故在計算中可略去雷電通道波阻的影響[4].由于避雷線的分流作用，流經(jīng)桿塔的電流igt小于雷電流i，即igt=βi，則塔頂電位Ugt為：

(2)

式中：β為分流系數(shù).

桿塔橫擔(dān)高度處的電位為：

(3)

式中：hh為桿塔橫擔(dān)對地高度(桿塔呼高)，單位為m；hg為桿塔對地高度(桿塔全高)，單位為m.

(4)

2.2 導(dǎo)線上的電位幅值Ud

對于220 kV及以下的線路，工頻電壓對線路耐雷水平影響不大，計算時可以忽略[5].雷擊塔頂時導(dǎo)線上的電位包括2個分量[4]：①塔頂電位為Ugt時由避雷線與導(dǎo)線的耦合作用產(chǎn)生的耦合分量Uep=kUgt，其中k為電暈影響后的耦合系數(shù)，此電壓與雷電流同極性；②雷電放電先導(dǎo)通道產(chǎn)生的電磁場通過場線耦合至導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓分量Ugy，此電壓與雷電流異極性.則導(dǎo)線上的電位幅值Ud為

(5)

式中：k為電暈后兩導(dǎo)線之間耦合系數(shù)；α為雷擊桿塔時感應(yīng)過電壓系數(shù)；hd為導(dǎo)線平均高度(單位為m)；k0為導(dǎo)線與避雷線間的幾何耦合系數(shù)；hb為避雷線平均高度(單位為m).

2.3 絕緣子串上的電壓幅值Uj

線路絕緣子串上電壓為桿塔橫擔(dān)高度處電位和導(dǎo)線電位之差，故線路絕緣子串上的電壓幅值為

(6)

2.4 耐雷水平I

當(dāng)電壓Uj未超過線路絕緣水平U50%時，導(dǎo)線與桿塔之間不會發(fā)生閃絡(luò)，由此可得出雷擊桿塔時線路的耐雷水平I為

(7)

3 桿塔接地電阻對輸電線路耐雷水平影響的實例計算分析

3.1 計算參數(shù)

新疆某接地裝置受洪水沖刷的輸電線路(110 kV)導(dǎo)線為LGJ-240/30型鋼芯鋁絞線，避雷線采用GJ-50型鋼絞線，導(dǎo)線懸垂絕緣子串長度為1.7 m，地線懸垂絕緣子串長度為0.3 m，絕緣子50%電壓為550 kV，桿塔呼高為24 m，土壤電阻率為800 Ω·m，單根接地體正方形部分邊長為8 m, 水平接地體直徑為0.12 m，水平接地體的埋設(shè)深度為0.6 m.

3.2 單根接地體射線部分長度對接地電阻的影響

根據(jù)公式(1)計算得到的接地電阻如表2所示，單根接地體射線部分長度與接地電阻的關(guān)系如圖4所示.

表2 單根接地體射線部分長度和接地電阻

圖4 單根接地體射線部分長度與接地電阻的關(guān)系

由表2和圖4可知：隨著單根接地體射線部分長度的增加，桿塔接地電阻則逐漸減小.

3.3 桿塔接地電阻對輸電線路耐雷水平的影響

根據(jù)公式(7)計算得到的耐雷水平如表3所示，接地電阻與耐雷水平的關(guān)系如圖5所示.

由表3和圖5可知,隨著桿塔接地電阻的增大，輸電線路耐雷水平則逐漸降低.

綜合分析可知，隨著單根接地體射線部分長度的減小，輸電線路耐雷水平則逐漸降低.

表3 接地電阻和耐雷水平

圖5 接地電阻與耐雷水平的關(guān)系

4 沖刷地區(qū)輸電線路桿塔接地裝置的防護(hù)措施

4.1 工程設(shè)計階段

地質(zhì)勘探需根據(jù)水文、氣象條件以及現(xiàn)場勘察提供合理的沖刷深度.根據(jù)此沖刷深度、余度以及工程投資對線路專業(yè)采取以下設(shè)計方案：

(1)采用傳統(tǒng)接地型式，增加水平接地體的埋設(shè)深度.該方案避免了山洪對接地體的沖刷，可減小接地電阻，提高輸電線路的耐雷水平.

(2)采用深埋式復(fù)合接地型式.將圓鋼焊接成4個2.5 m×2.5 m的正方形，并將這4個正方形焊接在一起形成接地體.基礎(chǔ)施工完成后，將接地體置于基礎(chǔ)底臺上面，接地體尺寸可根據(jù)基礎(chǔ)大小適當(dāng)調(diào)整.這樣既增加了接地體的埋設(shè)深度又可以減少接地體敷設(shè)的土石開挖量.

(3)采用水平加垂直接地體的接地型式.垂直接地體敷設(shè)深度較深，不易被洪水沖刷.

4.2 運行維護(hù)階段

春季是積雪集中融化的季節(jié)，而夏季又是雷雨頻發(fā)的季節(jié)，這兩個季節(jié)易出現(xiàn)山洪暴發(fā)，輸電線路接地裝置易遭洪水沖刷而裸露在外.所以在這兩個季節(jié)要加大對輸電線路接地裝置的巡查力度，發(fā)現(xiàn)問題要及時處理，處理完畢后要對接地電阻進(jìn)行測試，直至達(dá)到設(shè)計要求為止[6-7].

5 結(jié) 語

當(dāng)洪水沖刷接地裝置，使水平接地體的單根接地體射線部分長度減小時，會造成整條輸電線路的耐雷水平降低，可從設(shè)計階段及運行維護(hù)階段采取措施減少洪水沖刷接地裝置的發(fā)生，提高輸電線路的耐雷水平.

參考文獻(xiàn):

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[3] 邵俊楠，王燕，李軼. 風(fēng)速對500 kV輸電線路繞擊性能的影響分析[J].中原工學(xué)院學(xué)報，2010，21(3)：72-75.

[4] 屠志健，張一塵.電氣絕緣與過電壓(第二版)[M].北京：中國電力出版社，2009.

[5] 邵俊楠，王燕，黃廣龍.工頻電壓對輸電線路耐雷水平的影響分析[J].中原工學(xué)院學(xué)報，2012，23(3)：62-65.

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