输电线路雷电绕击评估方法分析及未来展望

输电线路雷电绕击评估方法分析及未来展望

孟祥宇

（国网内蒙古东部电力有限公司呼伦贝尔供电公司）

摘要：本文就输电线路雷电绕击的相应评估方法进行了研究分析，探讨了其现状，并针对其未来发展进行展望，供相关单位参考借鉴。

关键词：输电线路；雷电绕击；评估方法；未来展望

雷电绕击导线造成的线路跳闸是导致输电线路事故的主要原因之一，一直是电力相关部门研究的热点问题。国内外学者通过建立输电线路绕击评估方法来开展线路防雷性能评估及线路雷击事故分析的研究工作。

1输电线路雷电绕击评估方法现状与问题分析

IEEE1243-1997推荐输电线路绕击跳闸率SFFORR可以参考式(1)进行计算

（1）

式中：L为输电线路长度，km；Ic、Imax分别为可以引起线路跳闸的最小雷电流幅值和最大雷电流幅值，kA，其中Ic可以通过绝缘子冲击击穿试验数据计算得到，Imax与屏蔽失效宽度Dc(I)有关；Dc(I)表征了导线在特定雷电流幅值I下的屏蔽失效宽度，可以通过输电线路雷电绕击模型获得；Ng和f1(I)分别为输电线路所在区域的地闪密度和雷电流幅值I的发生概率，可以通过雷电参数观测资料获得。因此Ng和f1(I)所对应的雷电参数的准确获取和Dc(I)所对应的绕击模型的建立对于输电线路绕击耐雷性能评估至关重要。

地闪密度和雷电流幅值概率分布是影响输电线路绕击评估结果准确性的重要参数。早年，由于雷电监测技术的限制，这2个参数在一个较大区域内往往只能取同一平均值，并不能体现出不同地区雷电活动的差异性。近年来，由于雷电定位系统等雷电监测技术的出现，使得雷电参数的监测能够更加精细化和精确化，在绕击评估中可以将输电线路走廊不同区段雷电参数差异化，进而更为准确地反映出输电线路各区段的绕击耐雷性能。

1.1.地闪密度

地闪密度表征了某个城市或地区落雷的密集程度，其与绕击跳闸率成正比。在早期，由于测量手段的限制，该参数往往使用经验公式根据雷电日dT进行估算，部分文献中使用的地闪密度估算公式见表1，可知同一雷电日下使用不同公式估算出的地闪密度差异较大。因此，绕击评估中若使用地闪密度经验公式，则依据不同的规程所得的绕击跳闸率差异较大，为绕击评估带来一些不确定因素。

表1部分文献中地闪密度估算经验公式

式中：

fMean(lnI)为雷电流幅值I的自然对数的均值，对于对数正态分布，其等于雷电流幅值I的中值的对数；β为I的自然对数的标准差。上述公式所采用的数据通过直接测量雷电流得到，测量数据较为准确，但样本较少，一般均为数百个。另一方面，雷电定位系统为雷电流幅值概率分布统计样本提供了新的思路，由于雷电定位系统探测效率较高，因此可以获得更多雷电流数据样本，甚至可以参考地闪密度的计算方式，达到不同杆塔区域雷电流幅值概率分布差异的目的。

2输电线路雷电绕击评估方法的发展趋势

如前文所述，随着长空气间隙放电试验与仿真研究的不断发展，能够对长空气间隙放电过程中的各物理参量实现准确观察与测量，并利用仿真模拟加深对长空气间隙放电微观过程的理解，结合自然雷电和人工引雷试验研究，通过试验与仿真方法的相互配合，将相关研究成果应用于输电线路绕击评估方法中，可以得到更为精确的评估模型。此外，先导发展模型作为更适合超/特高压输电线路的绕击评估方法，许多学者曾提出由于该方法的工作量与时间消耗巨大，不利于实际工程应用，因此如何缩小计算量与工作耗时也是其未来发展的一大趋势。Dellera和Garbagnati在提出先导发展模型的同时，通过一组应用图对输电线路耐雷水平进行简化估算从而缩短计算时间。此后，何金良等人通过对2维空间的离散化处理，简化了先导的运动过程，提高了计算效率。Tavakoli等人通过3层感知器构成的人工智能模型缩短输电线路跳闸率的计算时间。司马文霞等人通过微分方程的形式将复杂耗时的先导发展模型简化为解析模拟方法，将先导发展模型的计算效率提升了40余倍，极大地推进了其工程应用发展：1）随着输电线路结构尺寸的增大，电气几何模型由于无法考虑雷云放电以及产生下行先导行进过程的分散性，其在超/特高压输电线路的雷电绕击评估中的计算结果误差较大，相比之下，先导发展模型更适用于超/特高压输电线路的绕击评估工作。2）受限于当前长空气间隙放电研究的研究进展，先导发展模型中的众多参数与判据存在多样性以及争议性，且各参数与判据的准确性仍有较大欠缺，极大地限制了先导发展模型评估结果的精确度。同时，先导发展模型工作量大、耗时长的特点也制约了其在实际工程中的应用。3）随着试验观测手段的进步、电场测量技术的发展、试验条件的改善以及数值算法和计算机仿真技术的日益成熟，先前研究中受到的一些约束和瓶颈问题已经可以得到解决，一旦研究工作取得进展，将直接推动输电线路雷电绕击评估方法的进一步发展。

结束语

总之，本文就输电线路雷电绕击的评估方法进行概述，并对其未来进行了展望，我们知道当前各项技术都在不断发展，未来在输电线路防雷评估方面未来会采用更加符合实际情况的公式和数值，使评估方法更加具有评估价值，对于输电线路的防雷能力提升具有更大的促进作用。

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