特高压直流输电线路绕击屏蔽分析

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1、1绪论1.1课题背景、目的及意义电力工业是关系国计民生的基础产业，是我国经济发展战略中的重点和先行产业，也是世界各国经济发展战略中的优先发展重点产业。随着国民经济的增长，中国用电需求不断增加，电力系统的规模日趋扩大，从而使得输电距离愈来愈远，跨省、区的大型电力相继出现，在远距离、大容量的输电情况下，输电网损对整个系统的经济性，稳定性影响很大，且线路的输电能力大致与线路电压平方成正比。从我国资源与负荷分布来看[1]，我国能源资源以煤炭、水力、石油和天然气为主，但我国能源产地和需求地分布极不均衡，煤炭资源大部分集中在西北地区，而需

2、要大量能源的用户集中在我国沿海、京津唐和中部地区。此外，我国水力资源主要集中在西部，据统计，我国可开发水力资源约2/3分布在西部的四川、云南、西藏三省区，大量的水能需要转换成电能向我国东部、中部和南部负荷中心输送。所以中国的自然条件以及能源和负荷中心的分布特点使得超远距离、超大容量的电力传输成为必然，为减少输电线路的损耗和节约宝贵的土地资源，需要一种经济高效的输电方式，特高压直流输电技术恰好迎合了这一需求。架空输电线路作为电力系统中发电，输电，配电的三大重要组成部分之一，其安全、稳定性尤为重要。由于架空输电线路地处旷野，纵横交

3、错，绵延数百公里至上千公里，最易遭受雷击，造成输电线路跳闸停电，给国民经济带来重大损失。根据电网故障分类统计，日本50%以上的电力系统事故是由雷击输电线路引起的。在我国跳闸率比较高的地区，由雷击引起的跳闸次数约占高压线路运行的总跳闸次数的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事故率更高[2]。因此，架空输电线路的防雷工作对电力系统的安全运行有着极其重大的意义。雷击输电线路出现过电压有两种形式，一种是雷击线路附近地面，由于电磁感应在导线上引起的过电压，称为感应雷过电压，在架空输电线路上此种

4、过电压的影响较小；1另一种是雷直接击于线路引起的过电压，称为直击雷过电压。运行经验表明，直击雷过电压是110kV电压等级以上架空输电线路跳闸的主要原因。产生直击雷过电压的途径有三种：第一种是在有避雷线的线路上，雷击杆塔顶端时，高幅值的雷电流通过它们的对地阻抗使被击点电位大大升高，此电位作用在绝缘链上，使得塔顶电位升高引起的反击；第二种是下行雷闪击中避雷线引起杆塔绝缘闪络或引起避雷线与相导线间间隙击穿放电；最后一种是下行雷闪绕过避雷线击中相导线引起的闪络，称为绕击。长期以来，有一种观点占了主导地位，即认为随着电压等级的提高，线路

5、抗雷能力会相应地增加，然而，国内外的运行经验推翻了这一切[3][4]。表1.1为500、750、l150kV三种输电线路从1985到1994十年间按跳闸原因分类列出的运行数据，由表1.11可知：随着额定电压的提高，雷电跳闸比例上升，500kV为l7．5％，750kV为23．7％，1150kV为84．2％。在图1-1我国广东省1999-2003年500kV线路(10141km·年)雷击跳闸的雷电流幅值分布中，可看到一个“中空”现象：引起线路雷击跳闸的雷电流有两部分：一是雷电流幅值较小的10～50kA，居大多数；二是雷电流幅值超过

6、200kA，居少数。而雷电流幅值不大不小的，很少引起雷击跳闸，所以在图1-1中，雷电流幅值居中的一大段无跳闸纪录。其原因是幅值较小的雷电流可能绕击线路导线造成绕击跳闸，幅值较大的雷电流击中杆塔或地线，可能造成反击跳闸。中等幅值的雷电流要引起反击跳闸其幅值不够大(当然，接地电阻特别大的个别杆塔可能会出现例外)，要引起绕击跳闸其幅值又太大。由图1-1可看出，广东省500KV线路的雷击跳闸中，90％以上是由绕击跳闸引起的。图1-1广东省1999-2003年500KV线路40次雷击跳闸雷电流幅值分布2表1.1前苏联500KV、750K

7、V、1150KV三种输电线路1985~1994年按原因分类的跳闸数跳闸原因500KV线路750KV线路1150KV线路稳定跳闸数合计稳定跳闸数合计稳定跳闸数合计运行和检修缺点8(5.75)13(3.39)3(15.78)3(7.69)1(12.5)2(10.53)设计缺陷5(3.59)6(1.56)建设和安装缺陷6(4.82)7(1.83)2(10.53)2(5.12)结构和制造错误2(1.44)2(0.52)运行过程材料性能6(4.32)10(2.61)变化外界干扰引起的跳33(23.74)47(12.27)5(26.31)

8、9(23.07)闸数雷电引起的跳闸数17(12.23)67(17.49)1(5.26)9(23.07)6(75)16(84.21)自然灾害引起的跳48(34.53)128(33.42)7(36.84)12(30.76)1(12.5)1(5.26)闸数其它原因14(10.07)