配电线路雷击闪络率估算

1 配电网作为电力系统的毛细血管, 承担着直接向用户供电的任务, 配电线路分布非常广泛且庞杂

而相对主网来说, 其设备水平及施工质量较差, 加之作为低压网, 绝缘水平本身就比较低, 造成了配电网成为雷击事故的重灾区。配电网事故往往直接造成用户停电, 严重影响了供电可靠性。因此, 必须大力加强配电网的防雷工作。

雷击事故在电力系统事故中占有很大的比例。它危害供电线路以及发电、变电设备, 导致停电, 甚至引起用电单位的重大经济损失。1990年珠江三角洲的雷雨使广东电网220kV芳顺线受雷击, 导致11个220kV变电站全停, 损失负荷800MW, 占当时全省负荷的1/4;浙江省对近年辖内供电线路跳闸事故分析统计表明, 因雷击引起的线路故障次数占线路总故障的次数的70%~80%;著名的纽约大停电, 最初的原因就是5条电力线路遭到雷击, 事故最终演变成全市停电长达26h。

2 闪络率的估算

架空配电线遭雷击的概率, 取决于其现有基本冲击绝缘水平 (BIL) 下的闪络率, 该基本冲击绝缘水平以高10m的架空线和闪络密度为10km2/a的地面为模型。

假设回击雷电流波的波头为线性, 波尾无限长。以现有定义及理论计算, 假设理想线形波头的电流波的第一次峰值 (峰值1) 为峰值电流Ip, 其波前时间tf可得到式:

闪击距离sr已知, 若第一次雷击与线路的垂直距离大于临界距离, 则第一次雷击就会击地, 否则, 将直接击在线路上。雷击和线路之间的垂直临界距离y01可由下式计算:

假设雷击点与架空线之间的距离与雷击点的地平面的垂直距离相等, 则雷击距离是回击峰值的一个函数。计算式如下:rs= (8Ip) .065。式中Ip为回击峰值电流, 单位kA。

场中数据的分析表明, 回击雷电流的峰值Ip和最大波前时间tf的统计数量满足于对数分布。假设回击电流Ip是一个随机变量, 当lnIp满足正态分布时, 则Ip满足于对数分布。则Ip的概率密度函数可由下式表出:

式中σlnIp为lnIP的标准偏差;为回击电流Ip的平均值。

同样的tf的概率密度为:

则Ip和tf的联合概率密度为:

式中, ρ为相关系数。当Ip和tf相互独立时, 则ρ=0, 并有:

p (Ip, t f) =p (I p) ⋅p (t f)

回击电流的统计分布参数如下。

(1) 当电流峰值小于或等于20kA时:

平均峰值电流, -Ip1=61.1kA;

标准偏差的常用对数, σlnIp1=1.33;

平均波前峰值时间,

标准偏差的常用对数, σlntf1=0.553。

(2) 当峰值电流大于20kA时:

平均峰值电流,

标准偏差的常用对数, σlnIp2=0.605;

平均波前峰值时间, σlnIp2=0.605;

标准偏差的常用对数, σlnt 2=0.553;

相关系数ρ=0.47。

回击电流Ip从1kA~到200kA以步长0.5kA变化, 电流波前时间tf从0.5µs~10.5µs以步长0.5µs变化。把感应电压当成一个时间的函数, 计算出的感应电压可以和线路的基本冲击绝缘水平进行比较。如果基本冲击绝缘水平大于感应电压, 则选择更高水平的电流来计算;如果基本冲击绝缘水平小于感应电压, 则逐步该增加雷击与线路之间的垂直距离, 反复计算比较, 直到感应电压的值不超过基本冲击绝缘水平, 所得的距离称为y02。如果雷击地面经过100km的距离, 超过了如图所示的面积A, 则对于我们选定的Ip和tf, 感应电压就会超过基本冲击绝缘水平, 从而引起线路闪络, A的计算式如下 (如图1) 。

如果用ng表示这个地区的地面落雷密度, 那么, 对于选定的Ip和tf的组合, 每年每100km线路闪络值预计是:

式中, ∆Ip为电流增量;∆tf为波前时间增量。

波前时间tf以0.5µs递增, 对于同一电流来说, nfo也是递增的, 只不过, 每算出一个新的tf, 同时得到的新的nfo将会叠加到以前的nfo上, 如果tf达到了10.5µs, 则回击电流就会以∆Ip=0.5kA的速率增加, 这个过程不断重复, 直到达到Ip=200kA, tf=10.5µs的极限值。最后累加得到的nfo, 就是对于特定的线路的基本冲击绝缘水平来说, 每年每100km的线路的总闪络值。

计算结果能够用来估算在其他假设条件不变的情况下, 不同高度以及不同地面落雷密度的线路的闪络率。因为感应电压直接与架空线高度lh成正比, 发生闪络的概率和地面落雷密度ng直接成正比。

3 结语

我国大部份的配电线路仍以架空线的形式出现, 其过电压保护显得尤为重要。根据雷击概率的计算结果, 有针对性的加强网架建设和提高继电保护装置配置水平, 能起到事半功倍的效果。

摘要：本文希望通过对配电线路闪络率的估算, 进一步研究雷击时, 配电网保护装置的失效率, 并最终针对该失效率提出新的防雷措施, 更好地保护配电网。

关键词：配电线路,雷击事故,闪络率估算