特高压直流输电线路雷击故障辨识方法分析

特高压直流输电线路雷击故障辨识方法分析

吕潇 吉鹏飞 孙二辉 吴涛

国网河北省电力有限公司超高压分公司 河北石家庄 071000

摘要：随着社会经济的发展，我国对电能的需求不断增加，输电线路建设越来越多。我国的用电负荷大多位于东南沿海地区，这些地方缺少发电所必须的能源；而能源丰富的地方大多在内陆地区，如：煤碳资源多集中在新疆、陕西、山西地区，水利资源多在青海、四川、云南地区，风能和太阳能资源多在甘肃、宁夏、内蒙古等地区。用电负荷和自然资源分布的不匹配成为了阻碍我国经济发展和社会进步的主要矛盾。因此国家提出了“西电东送、南北互供、全国联网”电力能源战略。高压直流输电系统在远距离、大容量输电和电力系统联网有着巨大优势，所以发展高压直流输电可以解决我国用电负荷和能源分布不均匀这一重要问题。本文首先分析了雷电对输电线路的危害，其次探讨了存在的问题，最后就高压直流输电线路雷电干扰方法进行论述，以供参考。

关键词：输电线路;场强;雷击

引言

近年来，在我国电力建设的快速发展过程中，输电线路占地面积、单位容量线路造价等问题日益严峻。为了增大输电容量规模，减少基建投资，以及节约输电走廊资源，特高压同塔混压输电极具发展前景。由于多回输电线路之间存在电磁耦合，影响输电线路过电压水平，因此需对超、特高压混压输电线路耐雷水平进行重新评估，针对性地加强线路的防雷保护措施，以确保输电安全。

1雷电对输电线路的危害

（1）如果杆塔遭到雷击，自身就会形成导体，进而对杆塔中的输电设备以及导线造成不利影响。严重情况下会导致电线自燃，整个输配电系统陷入瘫痪状态，造成大面积停电。电流强度超过一定限度会影响电力设备的自主修复功能，相关人员不得不通过更换线路设备的方式恢复供电。而这不仅会加大线路设备的维修难度，还会增加线路设备的维修成本。（2）输电线路遭受雷击会出现过电压的情况，导致线路和设备因电压超限而出现绝缘性能损害。一方面，会造成大范围停电，影响人们的正常生产生活；另一方面，会增加公众生命安全隐患。由此可知，加大对输电线路防雷工作的重视度，对于整个电力系统的安全稳定运行具有重要意义。

2存在的问题

(1)大多数雷击干扰识别研究针对的雷击分类不够全面，能够识别的雷击情况有限，有些文章甚至只针对单一一种雷击类型进行研究。直流输电线路发生雷击故障包括雷击避雷线、雷击塔顶和雷击导线不同类型，因此有针对各种雷击情况，展开系统全面的特征分析，并提出能够实现不同类型雷击干扰识别的原理和方法；(2)雷击识别的准确性不高，有些情况下存在误判的可能，造成雷击干扰是保护误动或者雷击故障时保护拒动，因此有必要研究可靠性高的雷击干扰识别原理；(3)雷击干扰识别原理门槛值整定困难，有些研究提出的雷击干扰识别原理采用的特征在某些雷击干扰和雷击故障情况下并无明显区分，致使门槛值选择困难，保护的灵敏性不高；(4)目前大多数的雷击干扰识别研究考虑的雷击故障情况只考虑了正极线路绝缘子闪络的单极故障情况，并没有考虑到雷电流较大时可能出现的双极故障情况。高压直流输电系统双极可以独立运行，因此进行雷击干扰与雷击故障判别时需要考虑是单极故障还是双极故障，对应故障处理方法不同。

3高压直流输电线路雷电干扰方法

3.1提高线路绝缘性能

（1）对10kV配电网上的绝缘子进行更换，选用更耐电压冲击的绝缘子。对于10kV配电网而言，绝缘子是有效降低雷击跳闸率的部件，所以，为减少周边输电线路对10kV配电网雷击跳闸的不良影响，可以使用瓷横担绝缘子替代针式绝缘体，从而降低雷击跳闸率。此外，还可以适当增加瓷横担绝缘子的绝缘长度，进一步降低因雷击带来的跳闸概率。（2）对绝缘配置方式进行更新，采用不平衡的配置方式。在10kV配电网中，雷击跳闸产生的主要原因就是感应雷，所以，应对双回同时跳闸的概率进行降低，不平衡绝缘配置方式就是有效方法。而且，在此过程中，尽量拉大两种绝缘子在雷电冲击电压耐受性能方面的差距，否则防雷效果会受到影响。（3）使用绝缘塔头或是绝缘横担。相较于铁横担，应尽量使用绝缘体，所以，可以通过绝缘横担的替换应用提高线路绝缘水平，同时，绝缘横担还具有良好性能，能够满足机械和耐污等性能的要求。值得注意的是，应对雷电波传播线路的终端提高注意，避免频繁使用避雷器。

3.2安装避雷设备

输电线路的防雷设计中，安装避雷设备是常使用的手段，最常见到的避雷设备以避雷针和负角保护针两种为主：避雷针要求安装到塔顶底线支架上，数量和位置需根据输电线路所处环境下的支架特征而定，它可以在雷击发生前储存较高电能，利用脉冲作用降低雷击影响；负角保护针则是通过负角保护的方式减少雷击应用的一种措施，在雷击的第一时间将多余电流转移到避雷线上，保护输电线路安全。负角保护针多数情况下安装在塔架或电线顶部位置，如果网络条件允许可以通过多智能体的全智能控制，将其他线路、微电网系统、断路器等单元系统模拟量和开关设置量收集到智能终端设备中，采用最简单的信息处理系统，将信息从主要区域的后续处理单元发送到中央处理过程的每个单元，综合分析信息内容。负角保护针在使用过程中，需要对角度展开科学调整。目前针对于单回路输电线，电压在330kV以下的保护角在15°左右，500~750kV的保护角在10°以内；双回路输电线中110kV的保护角应控制在10°以下，220kV则在0°。像山区这种特殊地形，保护角采用最小数值，增强耦合性。借助避雷线的架设，可以有效减少高压输电线路在雷电天气下的闪络次数，维持线路绝缘子串的稳定性，防止高压输电线形成感应电压，维持导线的运行稳定性。高压输电干线多是利用避雷针来保障线路安全运行的，安装过程中需要遵循的原则为：①避雷针必须安装在高压输电线的塔顶位置，地线位置安装防绕击的避雷短针；②科学设置可控避雷针。塔在受到雷击后，雷电能量分散，避雷针上会存在较大的磁场能量，可控避雷针的安装可对较大能量磁场加以处理，增强脉冲放电效果，瞬时解决雷击带来的影响。安装过程中，细针高度要求在1.5m左右，以便于避雷器准确记录信息数据，为后期研究提供可靠依据。

3.3杆塔接地电阻和保护角的变化会影响输电线路耐雷性能

接地电阻的阻值增大时，交直流输电线路上的过电压也会随之增大。因此，降低接地电阻是提高混压输电线路反击耐雷水平的有效途径。随着增大避雷线横担长度，等同保护角变小，保护弧变长。由图可知，随着保护角的增加，交直流输电线路上的过电压增大，绕击闪络率将随之增大。因此，减小避雷线保护角是提高混压输电线路绕击耐雷水平的有效途径。

结语

综上所述，随着输电线路覆盖范围的增加，对防雷保护的要求也越来越高。在输电线路设计中，设计人员应当根据地质环境、线路敷设要求等展开综合分析与思考，选择合适的线路防雷技术和设备，增强输电线路防雷保护效果，降低雷击对输电线路带来的影响，以期实现电能的稳定传输，改进供电质量。

参考文献

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