MENU
高压直流防雷保护
ADVERTISEMENT
inmr adv CTC

高压直流线路的防雷保护

June 17, 2016 • Columns, Transient Thoughts, 最近文章汇总

交流架空线路的设计需要考虑很多因素, 包括风力载荷和覆冰, 杆塔的强度和绝 缘子附属金具的强度, 线路电压和暂态过电压强度, 以及绝缘子所处的污秽环 境。由于各个运行区域的上述因素可能有变化, 对这类线路很难定义任何统一 的设计方法, 有时甚至对同一家电力公司也是如此。 这种情况其中一个令人关注的例子与雷电防护相关, 例子发生在美国的一家供 电公司, the Bonneville Power Authority (简称BPA)。BPA在他们穿越喀斯喀 特山脉 (Cascades Mountains) 东部的所有线路上使用了架空地线 (OHGW) 保护, 但在向西通往太平洋的线路上没有使用。通向西部线路所在地区的落雷 密度显然低到了足以使跳闸率被认定为是令人满意的, 甚至每次闪络都落在带 电相导线上也是如此。这种情况通常被认为是避雷线失效, 闪电中至少一次雷 击的强度将足以引起闪络。 通过峰值电流乘以每相波阻抗再除以2可以得到这种情况下的电压升, 因为电流 在雷击点处被等量分离到每个方向。一旦雷击得以流进相导体的波阻抗, 需要提 出以下两个问题: 1. 冲击电流到来时变电站设备可能受到的应力; 2. 绝缘子闪络 引起的附加应力, 此时电压骤降的时间短至100纳秒。因为电压变化率足以引发 或促使瓷绝缘子从铁帽到钢脚之间的细小击穿, 一些运行地区要求很高的抗击穿 能力。例如在加拿大不列颠哥伦比亚省和纽芬兰省, 没有避雷线保护的线路很常 见, 标准的要求是瓷绝缘子在承受每毫秒2500kV电压改变率的情况下不被击穿。 今年七月份我在科罗拉多州的丹弗参加IEEE年会时距离喀斯喀特山脉很近, 也借 此机会开车去风景优美的大峡谷 (Gateway Canyon) 游览。我的兴趣不仅是 作为旅客, 而且还要讨论为架空线路分委员会高压直流 (HVDC) 工作组正在准备 的文件附加内容。相对于一切从头开始, 写作团队认为一份突出交流和直流线路 设计差别的文件会更简明和有用。例如, CIGRE技术手册518证明是一份基于统 一爬电比距 (USCD) 选择泄漏距离的极好资源。对直流USCD的修正包括列出了 优先选取静电吸引造成的污秽积累率的表格。关于电场、离子密度、电晕和可 听噪声的详细评论也出现在新报告中。我的任务是评估关于雷电反击计算过程 中金属接地回线和HVDC线路电压偏差的问题。 这种电压偏差是直截了当的, 自1997年以来便是IEEE 1243的一部分。雷电主要 是负极性的。如果线路是连续的直流电压, 这将或者增加 (对于正极性) 或者减少 (对于负极性) 绝缘子接地端出现的冲击电压。诸如IEEE FLASH之类的程序建议 正极性发生雷击跳闸的可能性比负极性大三倍。通常隐藏在代码中的建模的另 一部分是由架空地线的数目和位置决定的。结果发现, 距离架空地线比距离地 面更近的绝缘相导能够承受更显著的冲击电压, 即使没有电流流过。指南使用 自波阻抗和互波阻抗[Z]乘以电流向量[I]的一系列矩阵计算得到电压向量[U]来 说明这点。具有两根架空地线的例子说明流进每根架空地线的一安培电流会 引起地线上677V的电压升, 带电杆塔上出现195V的电压升。这对绝缘来说是 大好消息, 因为这意味着绝缘两端的冲击强度减少到(677–195)=482V。比例 195/677=0.29被称为 “耦合系数”, 其模型也是IEEE FLASH程序中常规交流线路 反击性能计算的一部分。 我认为对于HVDC线路设计者来说, 列出这些背景的细节是重要的, 因为他们经 常面临着是投资在每一端铺设昂贵的、变电站大小的接地回路电极, 还是提供 从一端到另外一端的绝缘接地导体回路。当其中的一极停运时, 此回路电位会 升至直流50kV, 因此它的绝缘子可以短得多, 并可以放置在两极之间的下方。 在雷电冲击的情况下, 接地回路的绝缘子会马上闪络, 给贯穿两极的电压应力带 来额外的释放通道。接地回路将会带走一小部分增加的雷电流, 更重要的是将 改善耦合因子从0.29提升到0.37。 以一条架空地线而没有接地回路为基准, 如加拿大曼尼托巴省 (Manitoba) 所使 用的, 单条接地回路的一对架空地线具有62%的优势。对于雷电来说, 接地回路 的导体越靠近相导线效果越好。有经验的设计人员将做出权衡, 或许需要采用 相间间隔棒或者减少跨度来控制两相的间隔。 IEEE任务组的目标是形成一份PES技术报告, 相对于长度受限制的学报文章, 这 种新格式允许容纳更多的内容。架空线路分委员会出版了其第一份38页的技术 报告TR-17, 标题为《单导线舞动引论》, 将很快可以在PES资源中心看到, 完成的 HVDC线路设计导则在完成审核之后也将紧随其后。 Dr. William A. Chisholm

分享至:

Related Posts

« »

INMR主要的广告商包括且不限于:

Taiguang