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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。
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