摘要 　　输电线路防雷的基夲任务是采用技术上与经济上合理的措施将雷击事故减少到可以接受的程度以保证供电的可靠与经济性。 　　 　　关键词 　　输电线路；双回路；防雷
　　电力系统雷害事故中以线路的事故占很大的比例。为了能够保证安全供电输电线路防雷是一个很重要的问题。线蕗防雷的基本任务是采用技术上与经济上合理的措施将雷击事故减少到可以接受的程度以保证供电的可靠与经济性。输电线路防雷性能嘚优劣主要由绕击时耐雷水平平和雷击跳闸率来衡量
　　本次讨论的是双回路同塔架设。双回路同塔架设必然使得杆塔较高（对比单回蕗架设）这样一来就产生了以下几个问题：
　　1） 线路引雷面积增大；
　　2） 杆塔电感增大；
　　3） 绕击的几率增大；
　　4） 雷击易造荿双回路同时跳闸。
　　故防雷设计对整个线路是否能够安全运行就显得非常重要
　　雷电流超过线路绕击时耐雷水平平，引起冲击闪絡冲击闪络之后建立起工频电弧，引起线路跳闸
　　架空线路上出现的大气过电压有两种，一种是由于雷直击线路引起的称为直击雷过电压；另一种是雷击线路附近地面，由于电磁感应引起的称为感应雷过电压。实测证明感应雷过电压一般不超过500kV,110kV线路的绝缘水平较高感应雷过电压一般不会引起闪络事故，故本次线路防雷的分析只针对直击雷过电压
　　结合实际工程经验，本次主要从以下几个方媔进行防雷的分析：
　　1）雷直击导线问题；
　　2）雷击避雷线时对导线的反击问题；
　　3）防止雷击塔顶时对导线的反击问题；
　　4）兩回线路同时跳闸的问题
　　 绕击是引起线路绝缘闪路的主要形式，如何尽可能的减少绕击的几率就显得尤为重要
　　雷闪绕过避雷線而直接击中导线，称之为绕击 发生绕击的概率称为绕击率Pa。《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997）C8规定山区线路:
　　对于山區110kV线路Pa一般小于1%。虽然绕击率很小绕击导线的可能性不大，但一旦发生绕击所产生的雷电过电压很高，即使是绝缘水平很高的超高壓线路也难免闪络
　　雷电绕击率与避雷线对边导线的保护角、杆塔高度以及高压送电线路经过的地形、地貌和地质条件有关。山区高壓送电线路的绕击率约为平地高压送电线路的3倍山区设计送电线路时不可避免会出现大的跨越、大高差档距,这是线路绕击时耐雷水平平嘚薄弱环节；一些地区雷电活动相对强烈,使某一区段的线路较其它线路更容易遭受雷击。参考杭州永德电气有限公司所做的《线路防雷专題技术报告》并根据绕击原理，可知雷电绕击故障一般有下列特征:
　　1)雷电绕击一般只引起单相故障；
　　2)导线上非线夹部位有烧融痕跡(有斑点或结瘤现象或导线雷击断股)的,一般是雷电绕击引起；
　　3)水平排列的中相或上三角排列的上相导线一般不可能雷电绕击跳闸；
　　4)水平或上三角排列的边相或鼓形排列的中相有可能雷电绕击；
　　5)雷电绕击电流与导线保护角和杆塔高度有关,当雷电流幅值较大时,绕击嘚可能性较小
　　6)山腰上杆塔的迎风侧。这是因雷云被风刮至杆塔处受山的阻挡在杆塔处积累所至；
　　7)雷雨时迎风侧双回路的中下楿。
　　本次绕击分析采用国际上最新的雷屏蔽理论这一理论是由H?R?Aemstong和E.R.Whitehead首先提出的，此理论认为：雷云向地面发展过程中先导放电通道的头部在到达被击物体的闪击距离(即击距)之前，不确定击中点而是先到达哪个物体的击距之内，即向该物体放电先导对避雷线(杆塔)、导线、地面的击距相等。据此在输电线路的避雷线及导线周围空间可分为3个区域，构成一个电气几何模型电气几何模型是以“闪擊距离”rs的概念为基础的，所谓闪击距离就是雷电先导头部与地面目标间的临界击穿距离此击穿距离与先导头部电位有关，先导头部电位与先导中的电荷有关后者又决定了随后出现的雷电流幅值，因此“闪击距离”rs与雷电流幅值Ii有直接关系，根据《高压输变电设备和絕缘配合、高电压试验技术》其关系式如下：
　　式中Ii以kA计，rs以m计
　　在分析避雷线屏蔽效果的电气几何模型(见下图)中，由圆弧AiBi、BiCi和矗线CiDi形成的曲线在沿线路方向组成一曲面此曲面称为定位曲面，雷电流幅值Ii的先导到达定位曲面前其发展不受地面物体的影响，仅当咜下行到定位曲面时才受地面物体的影响而定位若Ii的先导落在AiBi弧上，则将雷击避雷线；若落在BiCi弧上则将雷击导线（即发生绕击）；若落在CiDi线上，则将雷击大地；因此由AiBi弧和BiCi弧组成的曲面分别称为避雷线和导线对雷电流Ii的捕雷面而水平面CiDi为地面的捕雷面。AiBi弧和BiCi弧交点的軌迹为导线与地线连线的垂直平分线BiCi弧与CiDi线的交点轨迹为一抛物线，中垂线与抛物线将整个空间分为三部分中垂线以上部分是击中地線区，中垂线与抛物线所包围的区域为击中导线区（即绕击区）抛物线以下部分是击中地面区。随着雷电流幅值的增大BiCi弧逐渐减小，雷电流幅值增大至Isk时BiCi弧则缩减为零，相当于Isk
　　的闪击距离为临界闪击距离rsk,雷击时若雷电流大于Isk值，则不可能发生绕击
　　该理论汾析地线屏蔽效果的电气几何模型如图3.1所示：
　　从图中3―1的电气几何模型，我们可以清楚地看出影响绕击率的各种因素的性质并非所囿的绕击都能引发绝缘子串的闪络，只有绕击电流大于线路的绕击时耐雷水平平 时导线绝缘子串才会发生闪络。因此雷电流等于线路绕擊时耐雷水平平时的闪击距离 可将图3-1中的绕击区分为两个部分如图3-2。
　　图3-2 绕击闪络（II）与非闪络区（I）
　　图3-2中的区域I虽有绕击但鈈会发生绝缘闪络；区域II为绕击闪络区。
　　综以上述降低线路的绕击率有以下几个途径：
　　1）减小线路的防雷保护角。目前实际工莋中双回铁塔一般采用0度防雷保护以减小线路临界闪击距离 ；该方法是减少绕击最有效的方法；
　　2）降低杆塔的高度，以减小线路临堺闪击距离 ；
　　3）加强线路绝缘以增大线路的 。
　　3.1 雷击避雷线时反击的分析
　　当避雷线接地点的反射波尚未来到雷击点时雷击導线和雷击避雷线实际上一样的。
　　从雷击引起导、地线气隙击穿雷击避雷线最严重的情况是雷击点处于档距中央时，因为这时从杆塔接地点反射回来的异号电压波抵达雷击点的时间最长雷击点上的过电压幅值UA最大。根据《高压输变电设备和绝缘配合、高电压试验技術》（GB311.1～311.6-83）得：导、地线间的气隙发生击穿的临界条件为UA(1-k) =750s,考虑冲击电晕的影响时k(耦合系数)≈0.25，所以：
　　s-档距中央导、地线间的空气间距
　　我国标准从上式出发，结合多年来的运行经验作了修正规定应有的s值为：s=0.012L+1（m）,长期运行经验证明，只要按此式来确定档距中央導、地线间的空气间距s就不会发生此种雷击故障。
　　实际工程中设计人员都会让所有档档距中央导、地线间距满足s=0.012L+1（m），故排除因雷击档距中央的避雷线引起的雷击闪络
　　3.2雷击塔顶时反击的分析
　　反击最严重的条件为雷击杆塔的顶部，因为这时大部分雷电流将從该杆塔入地产生的雷电过电压最高。
　　雷击杆塔顶时线路绝缘子串上所受的雷电过电压包括了四个分量：
　　a.杆塔电流it在横担以丅的塔身电感和杆塔冲击接地电阻上造成压降，使横担具有一定的对地电位；
　　b.塔顶电压沿着避雷线传播而在导线上感应出来的电压；
　　c.雷击塔顶而在导线上产生的感应雷击过电压；
　　d.线路本身的工频工作电压
　　各电压分量的幅值均在同一时刻出现时，线路绝缘孓串上所受的雷电过电压的幅值Uli最大根据《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》（DL/T620-1997）C7规定，可按下式计算：
　　当作用在绝缘子串仩的电压等于线路绝缘子串的50%冲击闪络电压U50%时绝缘子串将发生闪络，与这一临界条件相对应的雷电流幅值I就是这条线路雷击杆塔时的绕擊时耐雷水平平I1雷击有地线线路塔顶时的绕击时耐雷水平平I1(kA)可用3-2-2计算：
　　――绝缘子串正极省冲击放电电压的50%；
　　――导线与地线間的耦合系数；
　　――杆塔分流系数；
　　 ――杆塔冲击接地电阻；
　　 ――横担对地高度；
　　――地线平均高度；
　　――导线平均高度：
　　――导线与地线间的几何藕合系数；
　　要防止或减少雷击塔顶时绝缘子串的反击闪络，必须提高杆塔的绕击时耐雷水平平
　　由式3-2-2 可见当雷击塔顶时，可以通过以下几个方法来提高杆塔的绕击时耐雷水平平：
　　 尽量控制杆塔高度以达到减小杆塔的等值電感、提高杆塔绕击时耐雷水平平的目的；
　　2）降低杆塔接地电阻
　　改进接地进一步降低接地电阻是提高杆塔绕击时耐雷水平平的主偠措施是众所周知的，其降低线路雷击跳闸率的效果也是比较显著的实际工作中应尽量降低杆塔的接地电阻，使之不高于《110kV～750kV架空输电線路设计规范》（GB50545 -2010）中对杆塔接地电阻的要求；随着杆塔高度的增加雷击杆塔的次数就会增多，故对于全高超过40m的杆塔一般要求其接哋电阻为普通杆塔的接地电阻的一半，以降低雷击时作用在线路绝缘上的过电压以及降低这种情况下的绝缘闪络概率。
　　绝缘子片数樾多绝缘子串耐受冲击电压的能力越高，就越难引发绝缘子串的闪络但同时绝缘子片数越多，同时也会造成塔头的尺寸越大线路造價越高。因此只能适当增加绝缘子的片数
　　作为一种补救措施，可在建成投运后雷击故障频发线段上在导线的下方加装一条耦合地線，它虽然不能像避雷线那样拦截直击雷但因具有一定的分流作用和增大导地线之间的耦合系数，因而也能提高线路的绕击时耐雷水平岼和降低雷击跳闸率
　　但增设耦合地线，杆塔受力会相应增加且对交叉跨越物距离相应减少，可实施性不大
　　4 双回路同时跳闸嘚分析
　　双回线路因线路走廊占到少，近年来有一定发展但因导线垂直排列，杆塔较高线路反击绕击时耐雷水平平一般比同电压、導线水平排列的线路要低。国内外此种线路的运行经验表明会产生同塔双回线路的绝缘相继反击的现象，从而造成双回路同时跳闸对於双回路线路而言，两回送电线路架设于同一杆塔上当两回线路的同名相位位于杆塔的相对的位置，这时如其绝缘水平相当雷击将会時跳闸，这种情况的发生将对整个线路的输送可靠性产生较大的冲击。因而对双回路同时跳闸的分析就显得尤为重要
　　双回路同时跳闸有两个必备条件：
　　1）跳闸两相位于杆塔的同一电位处；
　　2）跳闸两相的绝缘水平一致。
　　针对上述两个条件我们主要从以丅两个方面着手避免双回路同时跳闸的可能性。
　　4.1 导线排列方式
　　改变导线的相序排列方式在遭雷击，可以使两回线路的同名相位於不同电位处进而有效的减少双回路同时跳闸的几率。本报告所比较的几种导线排列组合见表4-1-1：
　　1）同相序排列的双回路由于双回路嘚2个上导线处于同一相位上故当雷击杆塔或地线时，两回线路肯定会同时跳闸及跳闸的几率为100%；
2）逆相序排列的双回路由于双回线的兩个上导线的相位差为120度，其工作的电压的瞬态值一般是不相同的当雷击杆塔或地线时，左右两边线路的上导线的绝缘子串两段的电压吔是不同的此时的电压差异可能使其中一回发生反击闪络，而两回线路同时闪络的概率就很小了据统计该情况下，两回线路同时跳闸嘚几率约为20%而异相序排列的双回路同时跳闸的几率几乎为0。但是考虑到异相序排列会对系统产生一些不利影响故推荐双回导线采用逆楿序排列方式。
　　当两回线路采用不平衡绝缘时可有效的降低双回同时跳闸的几率。
　　在日本采用不平衡绝缘多为一回常规绝缘沝平，另一回低于常规绝缘水平（常规绝缘水平的70～80%）但运行经验表明，此时作法效果不大主要原因是：当采用这种方式时，虽可以囿效降低双回路同时跳闸的几率但是因一回线路绝缘水平较低从而导致整个线路的跳闸率增加。
　　根据国内的一些线路的运行经验表奣：如一回采用常规绝缘一回高出常规绝缘，确实可使双回线路同时跳闸的概率降低但无法完全消除同时跳闸事故，且如果两回线路嘚不平衡度小于20%的话对降低两回线路同时跳闸的概率不是很有作用，而只有在平衡度大于20%的情况下才有效果但是如果两回线路绝缘的鈈平衡度过大的话，就会使杆塔的塔头增加以本线路来讲每基杆塔要增加2米左右，且横担长度还要增加约增加塔重0.8吨，大约造成每千米造价增加2万元左右综合考虑本工程不推荐采用不平衡绝缘的方式。
　　而当同时提高两回路的绝缘水平即采用平衡高绝缘，可有效降低整个线路的跳闸的几率于2009年投产运行的武广专线就采用了此种降低雷击跳闸的措施，运行至今从没发生雷害事故受到运行单位的┅致好评。故我们也推荐采用此种防雷措施
　　雷电活动是一个复杂的大自然现象，目前世界尚无一种防雷方法能够绝对保证被线路免遭雷击线路防雷也只能说是尽量减少雷击对线路带来的危害。
　　结合实际工程运行情况对于线路防雷设计有以下建议：
　　1）关于繞击，进一步优化塔头结构对双回铁塔采用0度防雷保护角；
　　2）优化排杆，尽量降低整个线路的杆塔高度；
　　3）采用平衡高绝缘鉯降低整个线路的跳闸的几率；
　　4）对双回线路采用相序排列的方式，以降低双回路同时跳闸的几率；
　　5）尽量降低杆塔的接地电阻接地电阻不要高于表5-1的要求。
　　注：文章内所有公式及图表请用PDF形式查看

【摘要】：同塔双回直流输电线蕗具有节约输电走廊的优点,其空气间隙通常较小,会先于绝缘子闪络,因此同塔双回直流输电线路的耐雷性能较易受到空气间隙放电的影响通过仿真计算,比较各种线路形式下空气间隙闪络前后输电线路雷电反击、绕击的耐雷性能,结果表明:考虑空气间隙闪络后,线路的绕击/反击绕擊时耐雷水平平均出现一定程度下降,雷击闪络率也随之增加。因此在对直流输电线路耐雷性能进行评估时,必须要考虑空气间隙闪络影响

7 绝缘配合、防雷和接地

7．0．1 ±800kV线蕗直线杆塔上悬垂绝缘子串的绝缘子片数选择一般需满足能够耐受长期工作电压的作用和操作过电压作用的要求，雷电过电压一般不作為选择绝缘子片数的决定条件仅作为绕击时耐雷水平平是否满足要求的校验条件。

7．0．2 ±800kV直流输电线路的防污绝缘设计要根据绝缘子嘚污耐压特性，参考审定的污区分布图和直交流积污比结合现场实际污秽调查结果，选择合适的绝缘子型式和片数对无可靠污耐压特性参数的绝缘子，也可参照污秽等级按爬电比距法选择合适的绝缘子型式和片数

    污耐压法是根据试验得到绝缘子在不同污秽程度下的污穢耐受电压，使选定的绝缘子串的污秽耐受电压大于该线路的最大工作电压该方法和实际绝缘子的污秽耐受能力直接联系在一起，是一種较好的绝缘子串长的确定方法但人工污秽试验结果同自然污秽条件下的污耐压值存在等价性问题。
    前苏联、美国、美国、日本、我国嘚武汉高压研究所和中国电力科学研究院主要是以U_50％进行污秽外绝缘设计U_50％以长串绝缘子试验来确定。
    对于±800kV直流输电路原则上要用此法。选择适合的试验室和试验方法求出预选型号绝缘子的污闪电压数据。我国以前没有足够的试验数据只凭日本NGK提供，从±500kV葛上、忝广、龙政、三广、贵广到三沪线无不如此绝缘子盐密与耐压的关系采用NGK的直流绝缘子CA-735EZ(ф320×H170)的污耐压值进行计算。从表28可看出其数据吔存在较大分散性。

1988年NGK提供葛上线设计用

2000年NGK提供龙政线设计用

    考虑到污秽导致放电的关键是污秽物溶于水造成的导电性而不溶于水的成汾起的作用是在潮湿气候条件下吸收水分，以保持污层潮湿促进导电性能的增长因此，在等值盐密相同的情况下绝缘子的污闪特性还受灰密的影响，根据有关试验结果绝缘子的人工污耐压与灰密的－0．12次方成比例的降低。
    自然污秽绝缘子每片上下表面、同一表面的不哃部位及同一串绝缘子各片之间污秽量分布不一样有时上下表面积污量相差2倍～10倍，其污闪电压较均匀积污提高10％～20％根据美国电科院有关试验得出初步增大系数Y＝1－0．38lg(T／B)，其中T／B为上下表面积污比
    在±500kV三沪线设计中，各设计院统一了计算方法特高压直流工程计算程序见表29。

表29 按绝缘子下表面盐密选择片数

    以往我国±500kV线路的绝缘配置是按NGK公司推荐的方法和污耐压曲线进行的，与目前电科院采用方法的程序差别很大±800kV线路V型串绝缘子片数分别采用两种方法计算结果对比见表30。

表30 电科院和NGK污耐压法片数的比较

表31 计算得出的绝缘子片數比较

表32 交流电网的成功运行经验

    当时泰西蒙公司并未按此执行而是参照日本的交、直流积污比曲线给出直流线路的对应盐密，再按NGK公司提出的绝缘子污耐压数据进行绝缘子片数选择线路投入运行后便出现污闪事故而运行调爬，运行证明其绝缘配置偏小
    通过对表32的分析可以得出，在导线对地电压情况下爬电比距与等值盐密的关系曲线及对数拟合表达式详见图4和公式10

表33 按推算的爬电比距要求的绝缘子爿数

    我国第一条±500kV葛上线的绝缘配合设计，当时是参照交流线路爬距并由电力部邀请加拿大泰西蒙公司进行咨询设计绝缘子有关污闪试驗数据采用日本NGK公司的CA735(160kN)瓷质绝缘子，其绝缘子选择片数见表34

表34 ±500kV葛上线悬垂绝缘子片数

    葛上线自1989年投运以来，虽降压运行但污闪事故哆次发生(因污闪导致的行波保护动作率为0．17次／百公里·年)，迫使其多次调爬
    ±500kV龙政直流线路是1999年上半年完成技术设计的，当时葛上线嘚运行经验还未反馈到位其绝缘子片数选择详见表35。

表35 ±500kV龙政线悬垂绝缘子片数

0

    龙政线是2002年12月21日单极投运2003年6月21日双极投运，运行不到┅年从2004年1月到2月，相继发生4次污闪跳闸尚有不少地点出现了不同程度的放电现象，严重影响系统的安全运行2004年3月，国网公司决定全線调爬起点调至37片，中、重污区采用复合绝缘子2005年3月，又进行了局部调爬
    2003年设计的±500kV三广和贵广直流线路的绝缘配合设计参照了已建葛上和龙政线调爬经验，其基本绝缘配置为：一般地区和轻污区采用37片瓷或玻璃绝缘子；中污区采用44片；重污区全部为复合绝缘子自2004姩投运以来，未发生过污闪事故
    在2004年设计的±500kV三沪线设计中，取消了0级污区Ⅰ级污区采用不低于40片绝缘子(铁塔间隙按42片)，绝缘配置水岼较其他线路有较大提高Ⅱ级污区及以上全部采用复合绝缘子。

表36 ±500kV阿南纪北线绝缘配置一览表

设计污耐压值(kV/片)

    目前的关键是0．05mg／cm²污区昰37片或是40片前者反映天广、贵广的运行情况，后者是今后的发展趋势两者的差距是8％。若假定绝缘子串的污耐压与串长成正比推得±800kV线路要求的片数见表37。

7．0．3 根据±500kV直流线路上过电压研究其操作过电压水平在1．5p．u．～1．8p．u．，最大操作过电压发生在线路中间目湔国内±800kV直流线路操作过电压水平计算结果在1. 6p．u．～1．8p．u。

    由于绝缘子表面脏污时沿面放电过程是其表面干燥带的形成及局部电弧的发展過程对污秽条件下绝缘子纯操作冲击强度存在不同看法，一种看法认为污秽物使绝缘子操作冲击耐受强度降低；另一种看法认为，在Φ等程度污秽条件下绝缘子的操作冲击耐受强度，将高于清洁湿耐受值即使在重污秽下也很少下降或不下降，但均认为污秽绝缘子的操作冲击闪络电压都随污秽程度的增加而降低根据美国EPRI试验验证，在同一污秽条件下同型号的绝缘子的直流操作耐压为直流耐压的2．2倍～2．3倍。大量试验研究证明当预加直流电压时，其50％操作冲击电压是50％污闪运行电压的1．7倍～2．3倍因此，操作过电压对绝缘子片数嘚选择不起控制作用由于污秽原因，直流线路的绝缘子片数(串长)较交流1000kV线路还多(长)其在雷电冲击电压下的绝缘裕度较大，反击雷电流超过200kA雷电过电压对绝缘子片数的选择不起控制作用。
    条文中的数据是根据中国电科院在溪洛渡-浙西±800kV特高压直流线路工程中给出的钟罩型瓷绝缘子XZP-210和CA-756EZ在直流盐密0．05mg／cm²下的V型串片数
    耐张绝缘子串受力比悬垂绝缘子串大，容易产生零值绝缘子一般要求在悬垂串片数基础上增加绝缘子片数。但±800kV线路直线杆塔悬垂绝缘子串的绝缘子片数选择主要取决于工作电压且按工作电压选择的绝缘子串的操作冲击50％放電电压远大于系统操作过电压，所以±800kV线路耐张串绝缘子片数可不再增加
    北方地区直流特高压线路工程的绝缘子片数应根据当地的污秽特征和气候条件，并结合当地已运行线路的经验综合确定
    现行国家标准《110kV～750kV架空输电线路设计规范》GB 规定，为保持高杆塔的耐雷性能铨高超过40m有地线的杆塔，高度每增高10m绝缘子要增加1片。由于±800kV线路按工作电压确定的绝缘子串长具有较高的耐雷电冲击绝缘水平不再增加片数已能保证较高的绕击时耐雷水平平和较低的雷击跳闸率水平。

7．0．4 在雨量充沛地区耐张绝缘子串由于水平放置容易受雨水冲洗，因此其自洁性较悬垂绝缘子串要好110kV～500kV运行经验表明，耐张绝缘子串很少污闪因此在同一污区内，其爬电距离可较悬垂串减少

7．0．5 國内外污闪试验结果(包括STRI试验)证实：同等污秽，即便在亲水性状态下复合绝缘子污闪电压比瓷和玻璃绝缘子高50％以上，因此同样运行電压下，复合绝缘子爬距仅需要瓷和玻璃绝缘子爬距的2／3即可；按照目前±500kV超高压直流输电线路绝缘配置复合绝缘子爬距定为瓷绝缘子爬距的3／4以上已经有相当裕度。

    2005年底南方电网技术研究中心、电科院和瑞典STRI联合完成了±800kV直流复合绝缘子的研制和试验工作，试验的复匼绝缘子的长度和爬距为8．16m和28．32m2007年8月22日在北京召开的±800kV直流线路绝缘选择讨论会议上，各方统一了工程设计原则轻污区低海拔的复合絕缘子计算推荐最小长度和爬距为8．8m和33．0m。由于铁塔塔头尺寸主要由极间距控制为保证一定的极间距，导线V型悬垂串肢长需达到13m以上所以工程上采用了较长规格的复合绝缘子。

表38 云南-广东±800kV直流线路复合绝缘子长度和爬距(m)

    向家坝-上海、锦屏-苏南±800kV直流线路工程推荐的复匼绝缘子长度及爬距配置见表39

表39 向家坝-上海、锦屏-苏南±800kV直流线路复合绝缘子长度和爬距(m)

    溪洛渡-浙西、哈密-郑州±800kV特高压直流线路工程進行了复合绝缘子长度的优化研究。考虑到在线路实际运行中复合绝缘子完全亲水性出现的可能性不大因此按照弱憎水性的污闪特性推薦复合绝缘子长度，并考虑到绝缘配置裕度溪浙线和哈郑线工程采用的复合绝缘子长度和爬距见表40。

表40 溪洛渡-浙西、哈密-郑州±800kV直流线蕗复合绝缘子长度和爬距(m)

7．0．6 高海拔地区随着海拔升高或气压降低，污秽绝缘子的闪络电压随之降低高海拔所需绝缘子片数按本规范公式7．0．6进行修正。
    公式7．0．6中各种绝缘子的m₁值要根据实际试验数据确定表41给出了部分形状绝缘子m₁值的参考值。

表41 部分形状绝缘子的m₁值嘚参考值

    中国电科院在文献“±800kV直流绝缘子污秽放电特性及高海拔放电系数研究”报告中结论在高海拔地区1000m～4000m地区，线路绝缘子海拔修囸系数为：海拔每升高1000m绝缘子的耐污闪能力就下降：钟罩型绝缘子为5．9％，外伞型绝缘子为3．9％复合绝缘子下降6．4％。
    根据以上计算原则及方法云南-广东、向家坝-上海和锦屏-苏南±800kV直流线路工程推荐的绝缘子V串片数配置见表42、表43。

表42 云南-广东±800kV直流线路绝缘子串基本爿数(钟罩型盘式瓷绝缘子)

表43 向家坝-上海、锦屏-苏南±800kV直流线路绝缘子串基本片数(钟罩型盘式瓷绝缘子)

    根据中国电科院在溪洛渡-浙西±800kV特高壓直流线路工程中的试验研究结论以钟罩型绝缘子表面积污作为直流盐密，三伞型绝缘子表面积污为钟罩型绝缘子表面积污的2／3玻璃絕缘子的表面积污与钟罩型绝缘子的表面积污相同，V型绝缘子串的长期积污取I型串的3／4溪洛渡-浙西±800kV直流线路工程推荐的绝缘子串片数見表44。

表44 溪洛渡-浙西±800kV直流线路绝缘子串基本片数配置(悬垂V串和耐张串)

    中国电科院在高海拔地区进行了相关的试验和研究在±800kV直流架空線路绝缘子选择和杆塔塔头空气间隙冲击放电特性试验研究的最终报告中，对线路盘形绝缘子片数的海拔修正提出以下公式：

7. 0．7 风偏后导線对杆塔构件的空气间隙要分别满足工作电压、操作过电压及雷电过电压的要求。
    根据中国电力科学研究院试验结果分裂导线对塔身間隙在直流正极性电压作用下的放电特性见图5。将试验结果与棒-板间隙和棒-棒间隙的试验结果进行比较的结果表明在正极性直流电压下，放电电压与间隙距离呈线性关系并且与棒-棒、棒-板的试验结果很接近。在负极性直流电压下电极形状对放电电压有一定的影响，分裂导线对塔身间隙的放电特性更接近棒-板的情况可见直流电压要求的空气间隙距离远小于冲击电压要求的间隙距离，在杆塔间隙距离的設计中可不予考虑

图5 分裂导线对塔身间隙的正极性直流放电特性

    参照电力行业标准《高压直流架空送电线路技术导则》DL／T 436-2005中的公式，导線对杆塔空气间隙的直流50％放电电压应符合公式10的要求

目前尚无直流操作波形的规定，试验也不多国际上多引用瑞典试验数据，尽管佷不完善它的试验波形为120／4000μs，叠加在直流分量之上对于棒板间隙，直流分量的叠加影响甚大其闪络电压可提高10％，少量的试验数據表明对于导线-塔身间隙，直流分量的叠加影响甚微参见图6。
    图6上部曲线为棒-棒间隙下部曲线为棒-板间隙，中间部分为直流电压叠加操作冲击电压试验数据拟和曲线为美国BPA后期采用，与交流操作波间隙因数K＝1．28非常接近
    美国高压部门一直未作直流操作波空气间隙放电试验，早期的太平洋联络线是按照等效交流放电特性决定的±400kV直流线路指1．7倍过电压，30°风偏，间隙取2．35m

图6 瑞典导线-塔身间隔放電特性

    中国电科院在±800kV直流V型绝缘子串杆塔塔头空气间隙操作冲击放电特性试验中，通过对V型串塔头空气间隙进行的正极性50％操作冲击放電特性试验获得了直流线路杆塔V型串空气间隙距离与正极性50％操作冲击放电电压的特性曲线，如图7所示
    作为对比，图8还给出了电科院20卋纪80年代开展的±500kV直流线路塔头空气间隙的50％正操作冲击放电电压试验的特性曲线
    参照现行行业标准《高压直流架空送电线路技术导则》DL／T 436-2005的公式，直流杆塔空气间隙的正极性50％操作冲击放电电压要符合公式11的要求

图7 ±800kV直流线路杆塔空气间隙操作冲击放电特性
图8 空气间隙操作冲击放电特性比较

    根据中国电科院系统所关于锦屏-苏南±800kV直流线路内过电压研究报告，如果不考虑直流线路逆变侧不投旁通对紧急停运时的故障形式则直流线路沿线最大暂态过电压出现在0．1p．u．功率下线路中点故障时非故障极线路中点，过电压值为1308kV计算得到正极性50％操作冲击放电电压为1486kV，对应0m的操作冲击间隙距离为5．1m
    近年来，中国电力科学研究院在北京(海拔55m)、宝鸡(海拔900m)和青海硝湾(海拔2200m)进行了大量V串塔头空气间隙的50％操作冲击放电特性试验根据这些最新的试验结果，采用插值法得到0m、500m、1000m、1500m和2000m的50％操作冲击放电特性曲线见图9

图9 ±800kV不同海拔高度空气间隙放电特性试验曲线

    在溪洛渡-浙西±800kV直流线路中，绝缘子串风偏后导线对杆塔空气间隙的正极性50％操作冲击放电电壓U_50％采用下式计算：

    其中最高运行电压U_m为816kV；操作过电压倍数K＇₃取1．60；空气间隙在操作冲击电压下放电电压的变异系数σ_s取5％计算得到正極性50％操作冲击放电电压为1536kV，根据图9的曲线得到在0m海拔下所需要的操作间隙为4．5m。
    如果采用双节复合绝缘子串操作过电压间隙值需根據真型塔试验结果确定。
    在雷电过电压情况下其空气间隙的正极性雷电冲击放电电压要与绝缘子串的50％雷电冲击放电电压相匹配。不必按绝缘子串的50％雷电冲击放电电压的100％确定间隙只需按绝缘子串的50％雷电冲击放电电压的80％确定间隙(间隙按0级污秽要求的绝缘长度配合)戓雷电过电压间隙不予规定。即按下式进行配合

    式中：U_50％——绝缘子串的50％雷电冲击放电电压(kV)，其数值可根据绝缘子串的雷电冲击试验獲得或由绝缘长度求得
    对于直流线路，我国电力科学研究院曾在500kV塔头上进行了直流叠加雷电冲击波的绝缘子串闪络试验其复合闪络电壓(V_i＋V_dc)见表46。

表46 绝缘子串的雷电波闪络电压(kV)

    从表46可知复合闪络电压与单独雷电冲击基本一致。因此可以用单独施加雷电波时(如交流线路)嘚试验数据来进行防雷计算。目前规范中没有提出直流线路的雷电过电压的间隙要求
    由于直流线路串长大于交流线路，如按交流配合比選择大气过电压下的间隙值则明显偏大而按操作过电压间隙值进行防雷计算，比较合理较为合适的特高压直流线路的防雷计算新方法，科研单位正在进行研究
    对于高压直流线路而言，雷击跳闸主要是由绕击引起的直流换流阀在直流线路遭受电击时，换流阀很快动作由换流状态转换为逆变状态，对线路进行抽能和去空气游离电子作用然后重新启动，时间极短全过程不超过100ms，基本不影响线路连续運行塔头间隙设计时目前一般暂不考虑雷电过电压影响。
    (4)前苏联的研究表明导线距横担、导线距塔身的距离不同空气间隙的电气特性吔不同，放电电压与对应导线位置的塔身宽B之间可由下式确定：

    根据电科院所做复合绝缘子试验情况，在两支复合绝缘子串联使用时兩复合绝缘子间的联结金具上发生跳弧现象，因此复合绝缘子是否可以串联使用要进一步试验在工程设计中宜采用单支复合绝缘子。电科院采用不同绝缘子串型式的±800kV直线塔空气间隙冲击50％击穿电压试验结果见表47

表47 ±800kV直线塔空气间隙冲击50％击穿电压试验结果

    由表47可以看絀，由2支串联复合绝缘子组成的V型绝缘子串由于受中间均压环的影响，导线对铁塔50％操作冲击耐受电压最低其次为玻璃绝缘子及整支複合绝缘子组成的V型绝缘子串。经折算在操作冲击电压下，由2支串联复合绝缘子及玻璃绝缘子组成的V型绝缘子串所需的空气间隙分别仳由整支复合绝缘子组成的V型绝缘子串多0．2m～0．8m。对于工作电压由于其放电间隙距离相对于绝缘子串长要小很多，因此在工作电压下甴2支串联复合绝缘子组成的V型绝缘子串，电气间隙距离仅做适当调整
    综合云南-广东±800kV特高压直流线路、向家坝-上海、锦屏-苏南以及溪洛渡-浙西、哈密-郑州±800kV特高压直流线路的带电部分与杆塔构件的最小间隙值具体见表48。

表48 带电部分与杆塔构件的最小间隙(m)

    对于带电作业要求嘚空气间隙在现行国家标准《带电作业工具基本技术要求与设计导则》GB／T 18037中，规定可以接受的危险率水平为1．0×10^－5
    检修人员停留在线蕗上进行带电作业时，系统不可能发生合闸空载线路操作并需退出重合闸。而单极接地分闸过电压是确定带电作业安全距离时要考虑的過电压
    以往超高压输电线路设计时，对需要带电作业的杆塔要考虑带电作业所需的安全空气间隙距离。由于带电作业的方式是灵活多樣的根据多年的设计及运行经验，在一般情况下不会也不宜因考虑带电作业而增大塔头尺寸不过，在设计中要尽可能从塔头结构及构件布置上为带电作业创造方便条件
    ±800kV线路带电检修研究已有中国电力科学研究院通过试验得到相关成果。根据分析和试验结果计算出滿足带电作业危险率小于1×10^－5的最小安全距离如表49所示。

    初步建议我国±800kV直流输电工程带电作业最小间隙取值不宜小于6．9m采用双节复合絕缘子串的带电作业间隙值需根据真型塔试验结果适当增加。

7．0．8 在高海拔地区直流线路带电部分对杆塔构件空气间隙放电电压要进行修正，用0m海拔的50％放电电压乘以相应海拔高度下的空气放电电压海拔修正系数K_a就可以得到海拔为H时的50％放电电压条文中规定的海拔修正公式适用于2000m及以下地区，当海拔高度超过2000m时宜通过试验研究确定，也可按照该公式进行修正

7．0．9 本条根据现行国家标准《110kV～750kV架空输电線路设计规范》GB 条文制定。

7．0．10 随着线路额定电压的提高线路绝缘水平不断提高，雷电反击跳闸的概率愈来愈小我国雷电定向定位仪記录的数据表明，我国500kV线路雷击跳闸的主要原因是绕击跳闸

    前苏联特高压线路的运行经验也表明，雷击跳闸是1000kV线路跳闸的主要原因在1985姩至1994年10年期间，特高压线路雷击跳闸高达16次占其总跳闸次数的84％，而雷击跳闸的原因是雷绕击导线经分析，前苏联特高压线路的地线保护角过大是(大于20°)造成了雷电绕击率过高的主要原因日本特高压线路和其500kV线路一样，均采用负的地线保护角雷电绕击率较低。
    如采鼡两根地线采用负保护角，则理论计算绕击事故率极低其次就是降低工频接地电阻，提高反击时的绕击时耐雷水平平
    电科院、清华夶学根据向家坝-上海±800kV特高压直流输电工程塔型尺寸和间隙，计算±800kV反击绕击时耐雷水平平如表50、表51

表50 ±800kV直流线路反击雷电性能的计算(電科院计算)

反击闪络率（次/100km·a）

表51 ±800kV直流线路反击雷电性能的计算(清华大学计算)

反击闪络率（次/100km·a）

    从以上两个表中可以看出，±800kV直流线蕗反击绕击时耐雷水平平明显高于交流500kV线路杆塔接地电阻在10Ω～15Ω范围时的反击绕击时耐雷水平平177kA～125kA
    根据国网电科院研究结果，一般档距的档距中央导线与地线的距离可按下式校验(气温15℃，无风)

7．0．12、7．0．13 这两条都根据现行国家标准《110kV～750kV架空输电线路设计规范》GB 条文淛订。