输电线路雷电绕击评估方法分析及展望

输电线路雷电绕击评估方法分析及展望

陈朝阳

内蒙古电力（集团）有限责任公司乌兰察布电业局

摘要：在国内高压输电线路工程不断发展中，因雷电绕击产生的跳闸事故逐渐频繁，其会对高压输电线路安全可靠运行产生重要影响。当前，随着电网规模的不断扩大，有必要加强输电线路雷电绕击评估方法分析，便于提升电网运行安全稳定性。

关键词：输电线路 雷电绕击 评估方法

前言：一直以来，国内电网线路运行稳定性经常受到不同因素影响，其对电网安全稳定性产生较大影响。在分析电网运行情况后发现，引起输电线路运行故障的一个主要原因为雷击方面影响，因而使得线路运行期间常常发生故障，最终对线路运行造成严重经济损失，所以，有必要加强这方面经济分析。

1 雷电对输电线路产生的危害

雷电作为常见自然现象，实质上为气体放电过程，雷电对人类物质文明及自然资源产生的影响很大，自古以来深受人们重视，因雷电引起的森林火灾，不仅会给输电线路造成较大破坏，还会给人类带来较大损失，在考虑输电线路与电网安全基础上，雷电危害主要包括下面几点：一，在输电线路距离一定时，很容易出现较高电压，最终导致电气设备出现跳闸，运行线路被切断，此时应及时隔离故障区域，避免其产生更大破坏。与此同时，因雷电引起的供电停止与绝缘水平等方面都会受到破坏，最终威胁设备与人员安全。二，雷电下电流较大，这一电流经过输电线路，势必容易引起线路燃烧，严重的还会使得导线受损。此外，强大电流还会导致杆塔设备出现机械损伤。雷电损坏输电线路主要通过感应雷与直击雷形式，这里直击雷包含直接击中输电线路杆塔与绕过避雷线击中输电线路，结合线路雷电跳闸故障资料分析，针对超高压与特高压输电线路，雷电绕击是引起线路跳闸的一个主要原因。

2 雷电参数

地闪密度可以充分体现某一区域落雷密度，其和绕击跳闸率间呈现正相关。很长一段时间内，受到测量技术等方面影响，这一数值常常需要经过经验公式获得。但结合实际情况分析，因存在一定规程差值，最后获得的跳闸率也存在差异，面对这一现状，很容易导致绕击评估出现不确定情况，因此需要引起工作人员重视。

再者，估算地闪密度时，应对比普通空间制度，雷电日统计数据具有较大空间持续，通常来讲，可以有效反映城市雷电现状，但因城市雷电活动变化很大，很难反映雷电活动差异。面对这一情况，很容易导致一些杆塔区域附近地闪密度升高，最终使得该区域变为线路防雷弱点，实际防雷期间，应提高这一区域重视度，惟其如此，方能保证防雷工作达到期望标准。结合实际经验我们会发现，地闪密度大的区域评估期间多应用平均地闪密度，此时很难发现该区域薄弱点，最终导致安全事故出现，从而影响电网稳定运行。

近年来，在科学技术快速发展的当下，人们逐渐提升输电线路雷击问题重视，雷电定位技术与系统相对成熟，地闪密度越来越准确。雷电定位系统运行期间，凭借测量雷电发生电磁波，能准确获得雷电发生位置、时间、幅值等信息，便于开展相应防护工作，保证线路稳定运行。

3 雷电绕机模型

3.1 电气几何模型

电气结合模型思想即应用击距分析雷电绕击输电线路中的不同问题，借助r_c =AI^b ，（r_c 为雷电击距，A、b是常数，I是电流）详细见图1。计算避雷线等击距期间，通过具体问题具体分析，将避雷线与导线当做圆心，接着讲击距当做半径来画圆，若雷电下行导线进入圆范围，这时，需要人为发生避雷线。然后结合雷击大地与雷击距离位置，借助几何作图法，获得导线在地面中投影暴露距离，最后计算不同雷电流幅值中的输电线路雷点绕击概率。实际应用期间电气几何模型相对简答，可以有效简化雷击过程，但实际应用期间，因准确性与适用性明显不足，所以人们应在此基础上，全面分析研究，便于健全该模型。

图1 电气几何模型法

1. 复杂地形；随着电网输电线路规模的增加，运行期间经常受到不同地形的影响。从很多输电线路运行现状中我们发现，雷电绕击情况的出现，深受地形影响，所以实际问题分析期间，有必要提升复杂地形问题重视。

2. 距内弧垂；弧垂作为输电线路中的常见现象，这种现象将导致两杆塔间避雷线与导线存在一定高低差，有研究显示，掌握导线与避雷线平均高度后，即可了解档距内防雷性，此时很难评估绕击耐雷水平，分析问题期间，若合理处置档距，合理应用某种方式，即可有效计算各阶段跳闸率，最后通过加权方法即可获得所有档距绕击跳闸率。

3. 复杂气象。风偏角的出现，经常会对导线位置与避雷线产生影响，最终影响输电线路绕击性能；不同运行温度容易影响导线与避雷线弧度，再者当温度不断提升，绕击跳闸率近似线性逐渐减少。另外，覆冰还会导致输电线路弧垂发生变化，最终影响电气几何模型跳闸率。

3.2 先导发展模型

雷云电荷经过长期累积，会形成某一规模，面对这一情况，很容易引起下行先导。结合实际情况分析，这种情况会伴随时间的变化，逐渐朝着地面发展，下行先导和地面靠近时，地面电场将不断增加，在电场的作用下，很容易影响地面中的物体，比如常见的避雷线与导线等都会受到影响，最终导致上行先导情况出现。此外，还有可能出现上下先导与回击操作等情况。

出现上行先导的依据为：1）临界电晕，在长间隙放点实验中我们发现，电极曲率半径在临界半径上时，间隙先导起始电压接近电晕起始电压；如果电极曲率半径小于临界半径，先导启示电压则较为稳定，不会发生改变，翔安，临界电晕半径则会逐渐变长；2）正极性电流-先导判断。这一判定实际应用期间多凭借上行先导中电晕起始情况与物理过程分析。

3.3 上行先导连接

先导模型发展期间，雷电空间、上行先导起始判据、动态电场等计算因素作为核心参数，上述内容会影响模型评估结果准确性。但结合实际情况分析，大部分数据都是在实验室内开展长孔器间隙放电，实际分析期间，借助动力学与热力学模型分析获得。所以，能否可以应用自然雷击当中的绕击输电线路，需要进一步验证。

对比先导发展模型和电气几何，实际操作期间可以详细处理雷击输电线路重点内容，便于充分展现自然雷击过程。这里需要注意，问题分析期间，因添加了细节精细化，先导发展模型较为复杂，实际计算中常常会消耗较多时间，因此会在很大程度上阻碍先导发展模型应用。

4 绕机模型验证法

4.1 试验验证

试验验证法应用期间，应合理应用雷电监测手段，在获得绕击模型观测值后，合理应用实际测定值，即可验证绕击模型中的参数内容。比如，为了验证模型是否有效，借助人工引雷试验获得平均电厂情况，分析模型计算结果，考量空间电荷对模型产生的影响，确保实际结果和稳定电场相同。

4.2 运行统计数据验证

现阶段，绕击模型验证期间常用的方法是验证绕击跳闸率。绕击模型的建立身为一项主要项目，目的为计算绕击跳闸率，这也是该方法被广泛应用的主要原因。比如，借助CIGRE输电线路跳闸进行数据统计，即可完成电气结合模型验证，保证分析结果准确合理。

结语：综上，输电线路绕点评估会对输电线路运行产生影响，尤其在雷电频发区域，其产生的影响更为明显。为了防止运行期间，线路遭受雷击，输电线路分析期间，应加强输电线路雷击绕击评估，便于将其应用到输电线路当中。

参考文献：

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[3] 李瑞芳， 吴广宁， 曹晓斌， 等. 雷电流幅值概率计算公式[J]. 电工技术学报， 2011， 26(4)： 161-167.