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外串间隙线路避雷器在马来西亚输电线路上的选择性应用
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外串间隙线路避雷器在马来西亚输电线路上的选择性应用

November 12, 2015 • Arresters / 避雷器, Utility Practice & Experience, 最近文章汇总

马来西亚的电力系统运行在雷 击活动频繁的地区, 对该国电 网运营商Tenaga Nasional Berhad (TNB)公司某些线路的性能产生 了不利的影响。位于东北部、从吉隆坡到 话望生的132kV线路, 以及沿着马来半岛 西海岸、从爱大华到武吉塔里克的500kV 线路列在受雷击影响最严重的线路之中。
本文由高级工程师Iryani Mohamed Rawi供稿, 探讨了最近一个选择性 安装外串间隙线路避雷器的项目, 以 降低这两条线路上的雷击跳闸率。 132kV线路自2007年以来已经配备了外 串间隙线路避雷器, 但仍然继续遭遇雷 击闪络。相比之下, 500kV线路是TNB 在建项目的一部分, 通过安装高性价比 的线路避雷器来减少雷击跳闸率,所以 针对这两条线路采取了不同的方法。
 
132kV吉隆坡-话望生线(KKRI-GMSG)背景介绍 该条113公里双回线路1995年试运行, 由295座输电 塔构成2001年到2012年间, 共有53次跳闸记录, 大 多数是双回跳闸这相当于每年每百公里4.26次跳闸 率, 与TNB此类线路每年每百公里1.8次跳闸率的均值 相比, 跳闸率高的令人无法接受据报道, 多数其他电 力公司132kV线路可接受的跳闸率在每年每百公里1.5 次至2.8次之间
避雷器 外串间隙线路避雷器在马来西亚输电线路上的选择性应用 5 Page 1 Image 0005

Typical suspension tower on 500 kV ATWR-BTRK line.

  为此展开了研究, 目标是解释2007年到2012年间安 装在这条线路上120多个‘形同虚设’的线路避雷器 (TLA)理论上讲, 增加线路避雷器的数量本应当降低 线路闪络率, 但对这条线路, 闪络率却增加了 500kV爱大华-武吉塔里克线路(ATWR-BTRK)背景 介绍 这条145公里500kV ATWR-BTRK线路由352座输电塔 组成, 近年的跳闸率为每年每百公里1.532次对于如 此重要的线路来说, 可接受的跳闸率应当小于每年每 百公里1次, 所以这个比率也被认为过高这两种情况都被认为有必要分析线路的历史表现, 以 找出将常规跳闸率降至更加可接受水平的最佳途径线路的地理概况 132kV KKRI-GMSG线路位于‘混合地带’, 包括吉隆坡 城镇地带话望生周围的平地和丛林地带共计154座 输电塔 (52%)位于平地, 139座 (47%)位于丛林剩下的 两座电塔在变电站附近500kVATWR-BTRK线40%的电塔位于高山地带(即 海拔较高地区)为了更好地了解两条线路沿线的土壤条件,确定了两条 线路塔基的电阻(TFR)值图2和图3显示了各条线路沿 线不同输电塔位置的海拔和TFR值
从图2中可以明显看出,132kV线路的TFR值通常随着海 拔的降低而增加, 反之亦然图3可以看出, 500kV线路 的TFR值随着海拔升高而增加这通常意味着防雷性能 很差,因为线路成为了雷击的主要目标地面落雷密度(GFD)在审视过去的性能表现中, 考量的另一个重要因素是沿两条线路雷电活动的历史数据两条线路的地面落 雷密度如图4和图5所示, 但由于雷电探测系统的数据 有限, 只有几年的资料可供比较两条线路都探测到较高海拔地区的GFD更高 (132kV 线路靠近GMSG, 500kV线路在BTRK周围), 这只能使 防雷性能更糟跳闸历史由于马来西亚雷暴水平居高, 无论是输电电压还是配 电电压下的架空线, 雷电一直是线路跳闸的单一主要 原因图6所示记录了自2001年以来造成这种线路跳 闸的雷电闪络数据
根据TNB中央跳闸信息系统的数据, 表1和表2中给出了自2001年以来每 年发生跳闸的次数 (包括单, 双回 路), 以及相应的KKRI-GMSG线和 ATWR-BTRK线的GFD值 对 于500kV ATWR–BTRK线路, 自 2002年以来已经记录了19次跳闸, 包括2004年的一次双回线路跳闸 (DCCT)还可以看到, 8次跳闸发生 在回路1, 11次跳闸发生在回路2这 导致了每年每百公里1.532次的跳闸 率, 相比TNB每年每百公里0.9次的 整体平均值, 高得令人无法接受2012年针对全线路输电塔地基电阻 进行了重大的工作, 所以500kV线路 的总跳闸率下降到了零 (虽然GFD值 仍然很高)此外, 由于当时安装了特 殊的故障定位系统, 确定每一次线路 跳闸的确切位置成为可能 (见图7)  
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(a) 132 kV L/LS

避雷器 外串间隙线路避雷器在马来西亚输电线路上的选择性应用 5 Page 1 Image 0003

(b) 500 kV LS

避雷器 外串间隙线路避雷器在马来西亚输电线路上的选择性应用 5 Page 1 Image 0004

(c) 500 kV TP

仿真 在进行绝缘配合的研究中, 决定对 132kV线路和其他无特殊要求的线 路采用TFLash软件但对500kV线 路则选择了SIGMA SLP, PSCADD 和EMTP软件, 以最好地辅助诸如 选择哪些塔最适合安装TLA, 哪一 相适合这样的安装, 以及必需的避 雷器能量处理方法由于在TNB电网 和运行环境下外串间隙线路避雷器 (EGLAs)被视为具备优势, 规定了这 两条线路只采用EGLAs 132kV KKRI-GMSG线 使用TFLash软件对两条线路安装 EGLA前后的性能进行了比较11 年的整体运行性能研究结果如图8 所示
      避雷器 外串间隙线路避雷器在马来西亚输电线路上的选择性应用 5 Page 2 Image 0001 避雷器 外串间隙线路避雷器在马来西亚输电线路上的选择性应用 5 Page 2 Image 0002虽然因为数据缺失无法对2001- 2003年和2005年进行比较, 但显 然随着GFD值的增大, 线路的总跳 闸率增加图8也表明尽管整条线路上TLA的 安装数量在增加但是跳闸率却没 有随之降低这个结果出乎意料 因为增加TLA数量本应该减少总跳 闸率并提高线路性能还对每年的性能进行了TFLash仿 真也即每年的GFD值在不断变 化结果显示了类似的模式并且与 实际数据相互关联这意味着仿真 与真实情况接近500kV ATWR–BTRK线TNB以前从未在500kV线路上安装 过TLA, 但由于异常高且不可接受的 跳闸事故率, 这一线路被视为例外 此外, 由于这类避雷器的成本相对较 高, 且为了实施安装而安排这样一条 重要线路暂时停电的计划也很困难, 因此通常会在采用TLA之前优先考虑 改善塔基电阻 (TFR),但是, 由于这条线路有年跳闸率很高 的历史纪录, 公司管理层做出了赞成 采用EGLA的决定, 但仅用在TFR值 极高的最关键的输电塔上因此, 使用了不同的软件来仿真线路, 帮 助选择最佳的输电塔位置, 目的是 优化安装从而最有效地控制成本a. EMTP软件在一家OEM的帮助下, 使用EMTP 软件进行了仿真, 结果如表3所示最佳的安装方案是在一个回路的所有 相安装TLA, 致使双回线路零 跳闸 (尽 管有些SCCT跳闸将是不可避免的)
图4:132kV KKRI-GMSG线的GFD分布图。 避雷器 外串间隙线路避雷器在马来西亚输电线路上的选择性应用 5 Page 3 Image 0001

图4:132kV KKRI-GMSG线的GFD分布图。

图5:500kV ATWR-BTRK线的GFD分布图。 避雷器 外串间隙线路避雷器在马来西亚输电线路上的选择性应用 5 Page 3 Image 0002

图5:500kV ATWR-BTRK线的GFD分布图。

   
b. SIGMA SLP 软件 使用SIGMA SLP软件, 根据最大 GFD值, 线路被分成7段, 结果列于 表4中从这个仿真中可以看到,线路的1到3 段(即更靠近GMSG区)比4到7段更 有可能发生雷电闪络因此,TLA的 安装集中在这个区域是理想的,尽管 仍然需要使用TFLash软件来确定关 于确切地说是哪些输电塔的信息同时也对不同相配备TLA时的线路 性能进行了仿真比较4个算例中TLA 的相对位置如图10所示结果表明, 算例4有着最佳的线路整 体性能, 其次是算例3和2 c. TFlash软件 使用TFLash软件进行了七个算例研 究, 涉及到不同的TFR值, 不同的每 塔TLA数目, 安装在不同的相等等实现0.8Flsh/百公里-年的目标性能 将要求在150座输电塔上至少安装 330个TLAs, 但由于成本的限制, 仿 真得到的这一最优配置未被采用这被认为投资过大, 因此决定按照 优先级的处理程序来减少安装TLA 的输电塔数量对所有150座电塔 的TFR值海拔和GFD记录进行了研 究, 对每种TFR值大于40, 海拔超过 100米 (ASL), GFD超过16Fl/km2-yr 的输电塔进行了评分总分为3的输电塔被突出标记为被雷击的风险最 高基于这一排名, 500kV线路上最 终只有4座输电塔被选定安装TLA
此外, 基于TFLash仿真, 也对换相塔 进行了研究,结果发现,外侧相线遭 雷击的几率总是最高的因此,在位 于雷电活动最强烈区域的线路上,5 座此类换相塔中的2座也被选中安 装TLA TLA的位置对132kV KKRI-GMSG线路的 TFLash仿真结果清楚地表明, 先前 安装TLA的位置并不是受雷击概率 最高的输电塔这是因为在安装规 划过程中提供辅助的绝缘配合软件 在2006年尚未问世此外, 由于不正 确的测量方法和设备, 以往研究中采
图6:TNB由雷击造成的架空线路(OHL)跳闸。 避雷器 外串间隙线路避雷器在马来西亚输电线路上的选择性应用 5 Page 3 Image 0003

图6:TNB由雷击造成的架空线路(OHL)跳闸。

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