雷电天气对输电线路失效概率影响分析

雷电天气对输电线路失效概率影响分析

杨博

国网内蒙古东部电力有限公司赤峰供电公司 内蒙古 赤峰 024000

摘要：随着我国电网规模不断扩大，电网容量出现不断增加，电网结构的日益复杂，远距离输电工程项目不断增多，将造成电网遭受到恶劣天气事件或是天气现象影响频率不断提高。雷电天气是一种气候现象，在夏季的时候十分常见，因为雷击过程造成的放电现象，对于输电线路有着不良影响，影响到电网安全运行。线路失效会直接影响正常供电需求，对电力企业和电力用户带来不良影响。通过对电力系统的运行模式进行研究可以发现，电网在受到雷电电流侵入以后，可能造成电网短路、闪络等电气扰动的问题，对电网系统的安全稳定运行造成不利影响。本文将从概率学角度进行分析，通过建立一种能够基于雷电天气现象的模型，计算在雷电天气下输电线路发生失效的概率信息，同时结合该模型进行雷电天气输电线路发生雷击故障概率的预测。下面就对雷电天气对输电线路的失效概率影响进行分析。
关键词：雷击；输电线路；雷击故障率
1 输电线路防雷电技术概况
        在我国一些多雷雨地区，造成短路跳闸故障的原因多半是由于雷电打击而造成的，而雷电的破坏力又极大，输电线路会由于雷击产生一系列故障从而发生跳闸。跳闸会影响人们的正常生活和生产，所以要采取有效的方式去防止雷电打击输电线路。雷云中带有很多的电荷成分，多数时候会出现在数显线路上空，通过地面的共同作用，雷云就会导致相对强大的电场的形成。一旦雷云在输电线路杆塔上空经过，输电线路就会通过杆塔，电流以电流行波的形式放电，同时还会以电压行波的方式沿着导线散播。当绝缘子的闪络电压低于雷击电流的电压，架空输电线路就会出现绝缘闪络事故，进而就会形成工频电弧，输电线路的系统保护就会发挥作用，通过电压以及电流互感器等的信号，最终致使输电线路跳闸故障的发生。
        所以防雷设计不仅可以满足用户的用电需求，更多的是保护了电力设施。在现在输电线路中，由于采用了更高的铁塔，输送了更高的电压，从而导致现在的输电线路更容易遭受雷击。国际电网会议上公布的数据显示，在长距离高压输电线路运行持续运行三年中，由于雷击造成的事故达到了总数的60%。因此要依据各地的受雷击情况制定相应的防雷措施，保障电网正常运行。
2 输电线雷击概率预测
        （1）雷达相关参数的获取。根据气象雷达探测，获取的雷达资料是网格化的数据，其网格分辨率为0.01°×0.01°。（2）落雷侧面距离的计算。1）确定线路方程。获取输电线路所在网格的经纬度信息，根据经纬度信息确定输电线路的坐标，两端点分别记为M1（x1，y1），M2（x2，y2），可以得到输电线路的直线方程，记为aX+bY+c=0。2）计算侧面距离。假定雷云范围的中心为雷电的实际放电点，可以计算出雷电实际放电与架空输电线路的侧面距离，即计算点到线的距离，其计算公式如下：0022axbycdab++=+（10）（3）利用BP神经网络预测雷电流幅值。通过历史数据建立雷电流幅值和回波强度、回波顶高以及垂直积累液态水含量之间的相关非线性数学模型，如式（11）所示，通过上述三个数据的预报值可以反推雷电流幅值的预测值。()123,,yfxxx=（11）式中：y表示雷电流幅值，x1表示回波强度，x2表示回波顶高，x3表示垂直积累液态水含量。为得到式（11）的具体表达式，采用BP神经网络算法计算雷电流幅值与回波强度、回波顶高、垂直积累液态水含量之间的数学关系。（4）输电线雷击概率预测。若输电线路所经过区域有M个网格处于雷电天气条件下，则线路的雷击失效概率可表示为：()M=1=1-1-iiPp∏（12）其中P为雷电天气下输电线路发生故障的概率，pi是第i个网格的线路发生雷击失效概率。
3 输电线路防雷接地设计
3.1 避雷装置的设计
（1）避雷线。避雷线的防雷作用在于对雷电引发输电线路产生的过电流进行分流，使得输电线路的安全系数有所提高。（2）避雷针。对输电线路防雷接地，常见的防雷装置就是避雷针。与建筑物上所安装的避雷针有所不同，输电线路上所安装的避雷针属于是转移雷电的装置，主要是在雷电天气对击中输电线路的电流起到转移的作用。如果是雷电频繁发生的区域，就需要选用上翘30°的避雷针，在输电线路的两端安装完毕，就要与导线上的避雷针构成了输电线路的防雷设备。（3）避雷器。一些输电线路会采用接地电阻进行防雷。虽然接地电阻起到一定的防雷作用，但是，防雷接地设计普遍趋于理想化而使得防雷设计存在一定的缺憾。进行避雷器设计，就是所选用的电阻避雷器为非线形的，在塔杆上与避雷器并联，当输电线路遭到雷击后，会在串联间隙开始放电，可以避免输电线路上所连接的绝缘子由于线路过热而遭到损坏。
3.2 接地电阻的设计
        接地电阻就是所有的接地体对地电阻的集合体。电阻的大小是对对接地装置的有效性进行衡量的重要指标。对输电线路的运行起到了一定的管理控制作用，还能够对输电线路以有效维护。对接地电阻进行测量，对地极测接地电阻起到一定的辅助作用，使其性能充分地发挥出来。接地电阻要能够发挥防雷作用，就要促使接地电阻降低。技术处理上，就是根据电流原理，当输电线路的电流降低的时候，电阻也会相应地减小，接地电阻的防雷效果就会提升，此时，输电线路上所安装避雷装置的性能就会有所提升。之所以可以将杆塔的避雷作用充分地利用起来，就是由于塔杆的倒流接地作用使然，随着塔杆的顶电位降低，接地电阻也会相应地降低，有效地提升了接地电阻的防雷能力。

3.3 自动重合闸的设计
        自动重合闸如果设计合理，也能够起到一定的防雷作用。自动重合闸在实现自动重合的过程中，会在瞬间断电后快速恢复供电，可以有效地避免断电事故发生。也就是说，如果因为雷击而使得防雷装置启动，瞬间的启动可以降低输电线路遭到雷击的几率。由于输电线路可以在短时间内容恢复供电，避免了给客户带来损失。但是，突然断电和瞬间恢复供电，使得输电线路的瞬时电压增大，很容易导致电气设备出现故障。因此需要在输电线路中，对防雷设备进行设计，可以避免电气设备因此而造成损害。在输电线路上安装自动重合阀，可以实现断电与重合闸的自动操作，以确保持续而有效地供电，为电能用户提供满意的服务。
3.4 搭设避雷线
        避雷线是当前使用最为广泛的防雷技术，具有防雷效率高、分流、耦合、屏蔽等作用。分流作用是指避雷线能够减少铁塔的雷电流，以使塔顶的电位降低，减轻雷击破坏程度；耦合作用是指通过耦合导线降低输电线路中绝缘子的电压；屏蔽作用是指直接降低雷击后产生的感应过电压。应当根据输电线路的电压级别选择避雷线，20kV的输电线路不需要装设避雷线，200kV以上的输电线路需要全程搭设避雷线，500kV的高压线应当搭设两个避雷线，以提高避雷线的屏蔽功能。为了提高避雷线的保护能力，应确保每个铁塔区的避雷线能够接地，并保证两个避雷线之间设置一个间隙。当前，我国在设计高压和超高压输电线路时通常搭设绝缘避雷线，以降低功率损耗。
结束语：
       结合以上分析至，高压输电线路的安全运行是十分重要的，它既保证了居民正常的生活，也维持了产业的正常发展。杆塔高度、保护角、山坡倾角都影响临界击距的主要因素，而对于临界电流，采用了临界电流公式，计算出了临界电流值，判断了电路发生故障的主要原因。除此之外，我们还分析了防雷所要采取的措施，从经济角度和实用性方面分析了它们的可行性，我们在实施时，还要结合实际情况，做出理性的选择。关于超高压输电线路，我们研究的只是一少部分，我们还要不断进行探索，确保线路的安全运行。
参考文献：
        [1]赵淳,陈家宏,王剑等.电网雷害风险评估技术研究[J].高电压技,2017,37(12):3012-3021.
     [2]彭向阳,钱冠军,李鑫等.架空输电线路跳闸故障智能诊断[J].高电压技术,2017,38(8):1965-1972.
        [3]李书勇,郭琦,崔柳等.特高压直流输电线路雷击暂态过程与行波保护响应特性分析[J].电网技术,2017,39(10):2830-2835.
        [4]梁志大.浅谈输电线路综合防雷优化设计[J].广东科技,2017,21(17):32-33.
        [5]常仁存.浅析输电线路防雷设计[J].企业改革与理,2018,(12):140-140.

赤峰市红山区长青街机务段胡同红山输电工区 金泽中 15104767989