更换为美观线 路中的 “精细调整”

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最近的一个项目使我再一次接受了 ‘教育’, 项目内容是测量一条新输电线路的电阻和 雷电冲击阻抗, 强化了以下事实:即虽然铁塔在地面上的部分可能看起来一样, 但是 彼此的地基和周围的土壤条件会有显著差别。 20世纪80年代期间, IEEE认识到这一点在实际估计雷击性能中的重要性。

事实上, IEEE1243 (1997) 中要求FLASH程序的用户基于10%间隔而不是给出整条线的平均 值或中值准备接地电阻的累积分布。然后, 该软件使用每个连续值形成对该线路雷 击跳闸率的综合估计。

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我最近注意到的是, 大部分线路的接地电阻呈 ‘对数正态’ 统计分布而不是一般正态分 布。原始数值不仅斜度高或者高度不对称, 而且尾部分布额外权重 (即高峰度)。对接 地电阻取对数能呈现正态分布, 具有斜度低和正确的峰度。事实上, 在最新的文件中, 例如CIGRE技术手册549, “工程应用的雷电参数” (2013年8月), 广泛采用对数正态分 布描述其它雷电参数 (例如电流峰值和上升率)。

在我看来, 对接地电阻采用相同的对数正态分布方法是切实可行的, 部分原因是因为 大多数拥有100到500座电塔的线路似乎共享相同的分散度数值。无论接地电阻 (Rf) 的中间值是多少, 其对数 (lnRf以e为基)的标准偏差 (σ) 大约是0.9。当以10为基取 对数时, 应用Ln (10) =2.3026除上述值得到σ(LgRf)的值为0.4。

作为对比, 在CIGRE TB 549中, 第一个负回击电流峰值 (I) 的对数标准偏差则相对较小, 即在多数研究中 都位于σ(Lg i)=0.2〜0.3的范围内。这意味着, 不同杆塔接地电阻的统计偏差远大于 不同雷击回击电流峰值的偏差。因此在对雷击性能建模时必须同时考虑两个方面。

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上述项目涉及测量新建单极钢结构塔的瞬时接地阻抗, 这些新塔被选中用来替换1950 年代后期架立的格构型杆塔。我承认, 当看到这些长期运行的杆塔被随意切割时感到 悲伤…倒在地上等待废金属回收商。这种感觉部分反映了我的年龄偏爱, 因为每当一 辆50年代的汽车驶过我都会回头观望。与此同时, 从对波阻抗产生影响的视角看, 由 钢杆塔代替以前的格构型塔也证明很可惜。四腿的格构型塔呈现出130〜180欧姆的 阻抗, 而纤细的钢杆塔阻抗大约是该值的两倍。但凡发生雷击地线或塔顶, 如此高的 杆塔波阻抗会增加线路绝缘的电压应力。

这条线路以前的格构型塔已被漆成绿色以更好地融入沿线的环境中, 沿线穿过岩石、 庭院、一个高尔夫球场, 甚至一片海龟栖息的湿地。尽管如此, 它们仍被视为 ‘淘汰的 技术’。举例来说, 新更换的线路使用大直径钢芯铝绞线, 最高工作温度设计为180℃, 同时还配备了光纤地线 (OPGW) 用于保护和控制。

一些间距约3公里的新单极杆塔上装有圆柱形金属OPGW接线盒和电缆线, 这对布 置、测试和维持连续的光路来说是必需的。我的观点是, 如果把这些设备和电缆放 在杆塔内部, 会更好地保护它们免受雷电和其他环境损害。对圆塔外形造成的不利 影响使缺点更加明显。

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用冲击电流测试杆塔的接地电阻是安全程序的一部分, 我还测量了从塔基到约仅7米 开外的地面探针之间的交流电压。通常, 接地交流电源系统的部件会带有一些中性线 对地电压, 几乎总是在1至10 V有效值的范围内。塔基电压随时间和系统的配置而变 化, 但几乎总是比附近的土壤电位高。

既能改善不美观的OPGW光缆接头盒的视觉效果, 同时也增加对绝缘子进行监测能力 的一种方法是利用从中线对地电压中获取的少量电能。从杆塔附近的接地棒引一根 绝缘导线至接线盒可以为电子电路提供至少1mW的连续功率。在十年前, 这点功率 可能不是特别有帮助, 但最新一代微功率传感器只要求不到100微焦的能量, 传输温 度、相对湿度和绝缘子倾斜或加速度的读数。

因此, 钢杆型输电塔的制造商可以考虑在前期工程罐或接入端口采用光纤连接, 甚至 可以采用Wi-Fi接入。这可以避免凸出的配件对杆塔外观造成的不雅影响。同时, 底 部相避雷器的连接点和/或底部接地线 (也被称为架空地线)可被考虑作为更加整体 化设计的一部分。

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INMR最近的一本书, 探索之旅, 捕捉拍摄了一系列目前安装在全球各地令人印象深 刻的输电塔结构, 以及www.issuu.com/inmr网站上最近的文章描述了这类别具一 格的创新, 如荷兰电网运营商采用的Wintrack设计。随着对这些类型细节的更多关 注, 电力公司可以更好地确保沿线的每一座杆塔跟这些实例一样美观, 从而使线路更 加被受影响的社区所接受。

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