雷击高压输电线路对邻近输气管道的电磁影响

雷击高压输电线路对邻近输气管道的电磁影响

李建鑫

宁夏回族自治区电力设计院有限公司宁夏回族自治区银川市750004

摘要：随着中国社会经济的不断发展，能源需求量也随之增大，比如天然气的使用，为了将天然气输送到各大城市，输气管道的敷设是必不可少的，但由于地理位置的限制，输气管道的敷设不可避免的与架设高压输电线路的走廊相冲突，因此，高压输电线路与输气管道近距离平行运行或交叉运行的情况越来越多。高耸的架空输电线路易于遭受雷击，当高压输电线路遭受雷击时，雷电流会沿着输电线路向两侧传播，并且在其周围产生强电磁场，电磁耦合效应会在线路走廊附近的输气金属管道上产生较高的感应电压，一旦感应电压值超过输气管道绝缘层的耐压冲击水平，管道的绝缘层就会被击穿，阴极保护设备损坏，严重时会造成管道漏气甚至爆炸等重大事故，危及人员安全。另一方面，雷电流会沿雷击点两侧的杆塔流入大地，造成大地电位上升，从而对输气管道产生阻性耦合作用。输气管道涂层的主要功能是防腐，其绝缘耐压水平并不会太高，当涂层被损坏后，金属管道会被进一步腐蚀。因此研究高压输电线路对邻近输气管道的电磁影响是非常有必要的。

关键词：雷击；高压输电线路；邻近输气管道；电磁影响

引言

为研究雷击高压输电线路对邻近输气管道的电磁干扰问题，以高压同塔双回输电线路下方并行输气管道为例，利用电磁暂态仿真软件ATP建立包含输电线路、杆塔、绝缘子、输气管道及其防护层的等效时域模型。综合考虑了雷击位置、雷电流幅值、水平间距、土壤电阻率、呼称高度、管径等因素对高压输电线路附近输气管道交流干扰的影响。结果表明：输气管道的交流干扰受落雷点的影响较大；交流干扰与管道偏离杆塔中心距成正比；土壤电阻率、管道管径、呼称高度等因素对管道的交流干扰较小。得出的结论可以为高压线路附近输气管道的敷设提供理论指导，具有一定的工程价值。

1高压输电线路遭雷击的主要原因

线路的上方一般都有110kV以上线路交叉跨越，高压等级线路从远方带来雷电，且线路自身防雷设计相对于高电压等级线路防雷设计要低，在面临同样的多雷环境下，高压线路的不足之处显露。因此，预防雷电的能力较弱，易受雷击。（2）高压配电线路在设计上多使用针式绝缘子，在线路档距中跨度较大，能够很好地防御台风、雷电等极端天气。但是，这一设计的不足之处在于，当针式绝缘子发生内部击穿时，将难以及时发现故障，且现阶段供电局使用的针式绝缘子多是耐压为35kV的绝缘子，当遭受雷击后因为耐压高，一般情况下还能继续工作，所以问题和隐患更难被发现。（3）因为供电局线路杆塔、开关、配变地网安装存在违规和不合理现象，接地圆铁和接地角桩焊接不严密，导致多点接地故障难以避免。接地故障没有及时排除，也是配电线路易受雷击的原因之一。（4）避雷器质量不良或因为多年遭受雷击已处于失效状态，造成线路易受雷击。（5）测试接地电阻方法不规范、仪器不准确等，也在一定程度上造成了配电线路易受雷击。

2雷击高压输电线路对邻近输气管道的电磁影响

2.1雷击点位置的影响

文中利用电磁暂态仿真软件ATP搭建的仿真模型为简化运算，在搭建模型时只搭建了雷击点左右两侧各5档的架空输电线路，220kV同塔双回输电线路与敷设在地下的输气管道相距30m平行运行，输气管道与220kV同塔双回输电线路平行运行3km后远离输电线路。文中对雷电流击中0号杆塔时输气管道上产生的电磁感应电压进行了仿真计算，并且分别抽取了0、1、2号杆塔附近管道上的感应电压进行了对比仿真。0号杆塔（即雷击点位置）附近的输气管道段雷电感应电压最大，为0~30μs时输气管道上感应电压的变化情况，由此可知0号杆塔附近输气管道段上产生的最大感应电压可达到829.43kV，1、2号杆塔附近输气管道段的雷电感应电压则急剧减小，最高电压分别为245.36kV和146.26kV，并且最终都趋近于零。因为雷击高压输电线路时雷电流对雷击点位置附近敷设的输气管道段产生的电磁影响最显著，即0号杆塔附近敷设的输气管道段上产生的感应电压最大，所以在研究其他影响因素时，只对雷击点位置段的输气管道上的感应电压进行仿真计算。

2.2雷电流的影响

为研究雷电流对输气管道上产生的电磁感应电压的影响，保持线路及杆塔的参数不变，只改变雷电流幅值，利用电磁暂态仿真软件ATP对雷电流为10、50、100、150kA时输气管道上产生的电磁感应电压进行仿真计算，因雷电流对雷击点位置处的输气管道段影响最大，所以选取0号杆塔附近的管道段进行仿真计算，当雷电流为10kA时，电磁感应电压为104.77kV，当雷电流上升到150kA时，输气管道上产生的瞬间感应电压达到1317.2kV，当雷电流从10kA到150kA时，输气管道上产生的感应电压从几百kV上升到几千kV，由此可知雷电流的大小对输气管道交流干扰的影响很大，当雷电流过大时，雷击点位置附近的输气管道可能会被瞬间击穿，引起火灾甚至爆炸事故的发生。当雷电流变大时，它在输电线路传输过程中产生的交变磁场也就越大，平行与输电线路敷设的输气管道上产生的瞬时感应电压就越大，对输气管道的交流干扰也就越明显。

2.3平间距的影响

当220kV同塔双回输电线路与输气管道之间的水平间距发生变化时，保持线路及杆塔参数不变，利用电磁仿真软件ATP分别仿真计算出水平间距为30、60、90、120m时输气管道上产生的感应电压，随着水平间距的不断增大，输气管道上产生的雷电感应电压随之减小。随着水平距离的增大，雷电流所产生的交变磁场对输气管道的电磁影响减弱，所以输气管道上产生的感应过电压也随之减小。因此在高压输电线路架设与输气管道敷设时，要尽量避免高压输电线路与输气管道相距太近，增大两者之间的距离，不仅会使输电线路正常运行时对输气管道的交流干扰减小，也会使输电线路在发生接地故障或遭受雷击时对平行敷设的输气管道的电磁影响减弱，避免雷击点处的管道被瞬时的高电压击穿。

2.4土壤电阻率的影响

为研究敷设输气管道地段的土壤电阻率对输气管道交流干扰的影响，以与220kV同塔双回输电线路平行运行3km的输气管道为例，保证线路及杆塔参数不变，只改变土壤电阻率的大小，取土壤电阻率为200、400、600、800Ω/m，利用电磁暂态仿真软件ATP对100kA雷电流击中杆塔时输气管道上产生的感应电压进行仿真计算，随着敷设输气管道地段的土壤电阻率增大，输气管道上产生的感应电压也随之增大。土壤电阻率的变化对输气管道交流干扰的影响并不太明显。

结语

雷击点位置对输气管道的交流干扰影响显著，雷击点处输气管道上产生的瞬时感应电压最高，相邻杆塔附近输气管道上产生的感应电压则急剧下降。雷电流的大小对输气管道的电磁影响很大，输气管道上产生的电磁感应电压与雷电流基本成正比例关系。随着水平间距的增大，雷电流对输气管道的电磁影响减小，输气管道上产生的电磁感应电压随之减小，影响显著。输气管道上产生的电磁感应电压会随着土壤电阻率的增大而增大，但影响并不显著。管径的大小对输气管道上产生的电磁感应电压的影响相对来说不是很大，随着管径的增大，输气管道上产生的感应电压随之减小。随着呼称高度的增大，输气管道上产生的电磁感应电压随之减小，但总体来说对输气管道的交流干扰影响并不明显。

参考文献：

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