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典型高桿塔防雷性能研究

文檔作者：梁亞峰文檔來源：海南電力技術研究院		點擊數：	更新時間： 2021年11月04日
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第30卷增刊
2014年6月
電力科學與工程
Electric Power Science and Engineering
V。l_30，sup‘
53
Jun．，2014
典型高桿塔防雷性能研究
梁亞峰
(海南電力技術研究院，海南?？?70203)
摘要：基于Hara無損線桿塔模型，研究了臨近桿塔對所需研究桿塔的影響，構建出高桿塔模型。采用
EMTP軟件進行仿真計算，得到高桿塔的最大耐雷水平；通過并利用雷電定位系統(tǒng)分析軟件網格化桿塔
所在線路，得出從2005年至2011年間的平均雷電流。最后通過對比桿塔仿真耐受雷電流和實測桿塔平
均雷電流，驗證了在此區(qū)域搭建高桿塔的可行性。
關鍵詞：Hara元損線桿塔；耐雷水平；仿真校驗
中圖分類號：TM864 文獻標識碼：A
0 引言
防雷是電力系統(tǒng)部門最不可忽視、最需要研
究的一個問題。海南屬于多雷區(qū)，雷雨季節(jié)時間
較長，防雷工作顯得尤為重要而艱巨。為了加強
防雷水平，對新建高桿塔進行建模仿真計算，得
出桿塔最大耐受電流，并采用雷電定位系統(tǒng)數據，
統(tǒng)計出高桿塔所在區(qū)域的平均雷電流，對比這二
者電流以驗證高桿塔的建立是否可行。目前國內
外的傳輸線路防雷計算中，桿塔模型通常采用集
中電感、單波阻抗、Hara無損線桿塔等模型¨“1。
Hara無損線桿塔模型經西安交通大學采用多波阻
抗模型得以驗證其準確性，加之此模型的波特性
在有橫擔比無橫擔時更接近真實桿塔，因此本文
選取了Hara無損線桿塔模型進行建模。
1 桿塔模型
依據文獻[4]，Hara無損線桿塔模型能夠突
出有橫擔的雙回線路桿塔的波特性，真實反應波
的傳播過程。
1．1 Hara無損線桿塔模型
根據已有研究成果，對于單根垂直圓柱體導
體，其波阻抗值僅依賴于該圓柱體的半徑和高度。
因此，可用式(1)來描述單根垂直圓柱體的波
阻抗：
恥6。(·n半一2) ㈩
式中：h為圓柱體對地高度，m；r為圓柱體半
徑，m。
首先，介紹計算需要的參數(見圖1)。圖1
圖1 Hara無損線桿塔模型
收稿日期：2014—05—13。
作者簡介：梁亞峰(1982一)，男，助理工程師，從事絕緣配合與防雷技術研究工作。
萬方數據
54 電力科學與工程2014正
中，h。為橫擔高度；TTk為單根導體頂部等效半徑；
R，。為多導體系統(tǒng)頂部相鄰導體間距；R。為多導體
系統(tǒng)底部相鄰導體間距；r。為單根導體底部半徑；
Z。為橫擔波阻抗；Z，。為主干波阻抗；Z。。為支架
部分波阻抗?。
在單根垂直圓柱導體基礎上，研究得出多根
不平行導體系統(tǒng)的波阻抗計算公式，此處之間引
用Hara無損線桿塔模型公式進行仿真計算。
(1)桿塔主干波阻抗。根據對稱排列的多導
體系統(tǒng)波阻抗的計算方法，桿塔主干部分的波
阻抗：
瓦劃(In警一2) ㈩
r。。=2178(r，。1／3r。273)174(R．。1／3R。273)374(k=1～4)
(3)
式中：r。。為桿塔主干的等效半徑，m。
(2)桿塔支架波阻抗。根據實測、有支架和
無支架波阻抗結果，得出支架波阻抗和主干波阻
抗關系為：
Z。=9Z，； (k=1～4) (4)
(3)桿塔橫擔波阻抗。桿塔橫擔的波阻抗
z。?？梢愿鶕?5)求出：
Z。；=601n一2h(k=1～4) (5)
，肌
1．2 考慮鄰近桿塔影響的高桿塔模型
本文模擬雷反擊倒桿塔頂端的情況，此時雷
電波通過架空地線傳播到鄰近桿塔，鄰近桿塔必
然對高桿塔產生的波特性產生影響，需把鄰近桿
塔加入模型考慮，桿塔之間用EMTP模塊JMARTI
線路模型相聯系，得到如圖2所示的仿真計算
模型
圖2 考慮鄰近桿塔影響的新高桿塔模型
1．3 Hara無損線桿塔模型計算結果
依據式(2)～(5)計算得出實際桿塔各部2 實例
分的參數，如表1所示。
表1 實際桿塔Hara無損線桿塔模型的計算結果本文基于Hara無損線桿塔模型，結合實際，
考慮了臨近桿塔的影響，最終形成了新高桿塔模
型。采用了EMTP軟件作為計算工具，計算了高
桿塔的耐雷電流水平，為下一步校驗提供仿真計
算依據。
萬方數據
增刊梁亞峰典型高桿塔防雷性能研究55
2．1 參數選取
(1)選取標準的2．6／50¨s的斜角平頂波為
雷電波，雷電通道波阻抗為300 Q。
(2)桿塔類型為Z。典型桿塔，110 kV輸電
同塔雙回玉晉線采用雙避雷線，采用GJ一95鋼絞
架空地線，檔距為600 m。
(3)依據文獻[3]，桿塔所在地形為平原，
桿塔接地電阻為7 Q。
2．2仿真計算結果
圖3橫坐標單位為106 A，導線相序排列為：
玉晉I回線路采用A。，B。，C．表示，并以此順序
從上到下排列；玉晉Ⅱ回線路采用A：，B：，C：表
示，且以此順序從上到下排列。通過調整雷電流
大小得出如圖3所示在16“s、雷電流為25 kA時
Ⅱ回線路B相線路絕緣子閃絡，表明Ⅱ回線路絕
緣耐雷水平為25 kA。圖4為雷電流29 kA時I回
嗽。△d△當2
0 20 30 40 50
“U S
雷電流25 kA時雙回線路耐雷水平
蓉／虹簿舔警．．．立‘≠j 2¨ 、一．^一～．．7、?‘． k-‘
、
3 校驗
為了校驗桿塔的耐雷水平，通過多年實測此
桿塔所在位置的雷電數據統(tǒng)計分析結果，以驗證
本文高桿塔的耐雷水平是否符合要求，采用了雷
電參數統(tǒng)計軟件。該軟件是在雷電定位系統(tǒng)的基
礎上對歷史數據進行統(tǒng)計分析的實用工具。它通
過對一條線路進行網格劃分為幾段，通過統(tǒng)計計
算得出每一段的平均雷電流大小。
3．1 桿塔位置
本文研究的高桿塔位于平原地區(qū)，通過雷電
定位系統(tǒng)可以查詢出玉晉I，Ⅱ線的地理走向，
高桿塔如圖5中的34號桿塔，35號桿塔與34號
桿塔型號、高度一樣。
麓““ -鬻纂顙其
影R
常
。蘭羔
圖5高桿塔地理位置
3．2 結果校驗
選取了2005年至2011年歷史雷電數據，針
對本條線路進行雷電流平均值分析，如圖6所示。
圖6中從上往下第三段為34號桿塔所在位置，其
雷電流為15．26～22．17 kA，表明此區(qū)間的桿塔的
耐雷水平不能超過22 kA。
33-35垮
29-32號
圖6部分玉晉線2005年至2011年雷電流統(tǒng)計
通過仿真計算結果得出，本文研究的高桿塔
耐雷水平為25 kA，其值大于雷電參數統(tǒng)計結果
15．26～22．1 kA，證明了在此區(qū)域建立高桿塔是
萬方數據
電力科學與工程2014焦
可行的。通過本文的工作，結合雷電統(tǒng)計結果和
仿真計算結果，為以后桿塔的設計、選型提供[2]
依據。
4 結論
(1)本文基于Hara無損線桿塔模型，考慮了
鄰近桿塔的影響，更接近實際，減少了計算誤差。
(2)對于雙回同塔z。。高桿塔仿真結果表明，
位于空間中間位置的相別最開始發(fā)生閃絡，繼而
是位于其上面一相，最低一相最后閃絡。
(3)對比仿真計算結果和雷電參數統(tǒng)計結
果，得出高桿塔在此位置的設計符合要求。
參考文獻：
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(上接第52頁)
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