关于特高压直流输电线路雷击的故障特性探讨

关于特高压直流输电线路雷击的故障特性探讨

张雅金

国网内蒙古东部电力有限公司内蒙古超特高压分公司±800kv锡盟换流站 内蒙古锡林浩特  026000

摘要：特高压输电线路是电力系统重要的组成部分，同时，特高压输电线路的运行和安全也是整个电力系统安全运行的重要保证。大多数特高压输电线路都在野外，环境十分恶劣，在运行过程中容易受到环境的影响。运行时间长，易发生绝缘老化。一旦发生故障，将直接影响电力系统的安全性。因此，有必要对特高压输电线路雷击的故障特性进行分析，有效地避免特高压输电线路的雷击故障，保证线路的可靠性和安全性。

关键词：特高压；直流输电线路；雷击；故障特性

1前言

特高压直流输电线路具有多个方面的特点，比如长距离输电、线路分布广泛等等，但是由于其线路在外界环境中长时间的暴露，再加上地貌地形以及气候变化对线路造成的影响，其中对其侵扰最为频繁的就是自然环境中产生的不规律的雷电活动，这严重影响了输电线路的安全性和稳定性。因此，相关电力企业以及技术人员必须从多个方面深刻、透彻的分析雷击特性和相关方面的影响因素，并在此基础上制定出合理完善的特高压直流输电线路的防雷策略。

2 特高压直流输电线路雷击事故原因分析

在对相关问题进行集中分析的过程中，首先对地形数据进行处理，由于地形较为特殊，其异常杆塔位于山头位置，并且存在局部的制高点，导致其发生事故的几率增大，另外，线路部分要跨越山谷，形成较为明显的雷电云，就会出现相应问题。异常杆塔的甬道在使用过程中，并没有异常问题，且整体无障碍，线路没有出现异常的跳闸问题。

另外，对其相关雷击原因进行了集中的排查，对绝缘子进行检查，并没有发现较为明显的油污，也没有鸟害问题。对绝缘子的V串机构和杆塔材质进行检查，没有严重的风偏异常。由于杆塔的位置在山顶，也排除了大型机械作业的可能性，最后，在对雷电定位吻合度进行分析后，在雷电事故附近出现了异常性的负极性落雷，结合相关数据和异常情况分析机制，判断出事故原因为雷点绕击。

3 特高压直流输电线路雷击故障特性分析

3.1工作电压

特高压直流输电线路运行中，其极线工作电压极高，一旦线路区间内存在负极性雷击，就很容易对器正极导线产生雷击事故。其次，杆塔高度影响因素。现代电力企特高压直流输电线路建设中，线路杆塔高度不断提升，这就导致了特高压直流输电线路运行中手雷击几率的增加，并且由于杆塔高度因素的影响，线路的暴露弧面积以及导线运行中的引雷能力也在增加，因此增加了线路雷击事故的发生概率。

3.2地形

当输电线架设于山区时，在相同保护角和雷电活动条件下，地面倾角会对线路防雷性能产生显著影响，山区线路的绕击率约为平原地区的3倍。地形对绕击特性的影响主要反映在改变了导线、地线的实际对地高度。随着地面倾角增大，导线离地高度增加，大地对线路的屏蔽作用减弱，导线引雷能力增强，下行先导头部朝着导线方向发生明显偏移，雷电绕击于导线的概率更高。随着地面倾角的增大，输电线路不同保护角下的雷电绕击闪络率也会随之增加，在保护角较大时尤其明显，减小地面倾角可以有效地降低线路的雷电绕击闪络率。

3.3保护角

保护角作为特高压直流输电线路工程中保护线路的主要内容，通过对线路屏蔽弧与绕击弧大小的调节与影响，实现对线路绕雷击性能的提升，进而降低线路累计事故的发生概率。因此，在特高压直流输电线路的雷击特性影响因素中，保护角也是较为主要的影响因素之一，在线路与地面倾角较大的影响下，负保护角的雷击屏蔽保护性能也会严重下降，进而导致雷击事故的发生。

4防范措施分析

4.1架设避雷针

一是将可控放电避雷针安装于塔顶。对于杆塔处等雷电绕击率较大的区域，通过安装可控放电避雷针，从而达到对杆塔附近的雷吸引的目的，这样雷电击就会击中可控避雷针，从而减少了绕击特高压输电线路的几率。目前这种防雷方法已经在多个省市获得了广泛的应用，取得了较好的运行效果。二是将防绕击避雷短针安装于地线上。基于相关研究成果，档距中央的弧垂效应和输电线路杆塔的引雷作用，沿输电线路档距，可以将雷电绕击大致划分为安全、危险、正常三个区域[4]。其中危险区域指的是距杆塔10～30m这一区域，需要予以重点防护。当架设于地线上的侧向断针的长度比临界电晕半径（相应间隙下地线）大的时候，此时借助于侧向断针，地线的引雷能力将得到显著提高，从而大大降低了雷电绕击特高压输电线路的几率。这主要是由于当侧向断针的长度比临界电晕半径大后，会比地线更易产生上行先导，从而实现了对可能发生绕击的弱雷的提前拦截。

4.2在架空地线上安装软连接的防绕击避雷针

由于特高压直流线路外绝缘配置较高，在架空地线上安装软连接的防绕击避雷针，一方面可防止防绕击避雷针与地线之间的磨损，另一方面能将雷电流幅值较小的雷引至地线上，降低雷击导线跳闸的风险。

4.3降低杆塔接地电阻

降低杆塔接地电阻与高压输电线路的耐雷程度具有一定的关系，当杆塔接地电阻变大时，输电线路的耐雷程度就会降低；当杆塔接地电阻变小时，输电线路的耐雷程度就会提高。在实际的高压输电线路的防雷措施中，运用较小的杆塔接地电阻时，还需要对当地的气候条件、地形特征等进行综合分析，选择合适的地网型式在降低杆塔接地电阻的防雷措施中，首先，设计时接闪的避雷线应尽量考虑采用小角度或负角保护，以减少雷电对设备的绕击，其次是保证外接引流线、接地体有足够的泄流截面，第三是尽量选择单极深埋垂直接地，以增加泄流容积，同时尽量避免使用水平加多根短桩式复合接地网；最后，对一些土壤电阻比较大的地区，可以适当的使用一些物理降阻剂，以增加接地体面积和改善周边土壤电阻率，这样有利于迅速降低设备外过电压和快速的将雷电流传至大地。

4.4高杆塔绝缘防护

特高压直流输电线路杆塔过高也是导致雷击事故发生的主要诱因，因此在对特高压直流输电线路防雷措施落实中，就要注重对杆塔的绝缘防护。在特高压直流输电线路架设的实际过程中，可以在高杆塔上增加绝缘子串，并增加越档导线与地线之间的实际距离，在配合差绝缘的技术措施下，全面降低特高压直流输电线路雷击事故的发生概率，改善由于线路杆塔过高导致的线路雷击事故发生概率增加的现实问题。

4.5加强线路运维管理

线路运维管理工作的高效开展也是降低特高压直流输电线路雷击事故发生概率的主要途径。通过线路运维工作开展，电力企业就能够对线路的运行状态进行全面掌握，对线路的绝缘性能进行深入了解，一旦发现线路中出现绝缘性能下降的现实情况，及时落实线路维护，保证线路的绝缘性能满足抗雷击的实际需求，进而降低特高压直流输电线路雷击事故发生的可能性，保证特高压直流输电线路运行的稳定性和安全性，推动电力企业发展。

5 结语

随着人们对于电的需求量越来越大，所以电在人们的生活中越来越重要，不仅仅是人们的日常生活，还在工业生产中有着巨大的作用，雷击是一种自然现象，所以没法阻止，所以在预防雷击导致跳闸的情况，要进行技术革新，制度完善，防止整个雷击导致跳闸，进而整个电力系统的崩溃，造成巨大的损失有着巨大的作用。通过各个领域各个项目的工作人员齐心协力，共同把整个问题进行解决，才能够为电力系统的运行，提供保障。

参考文献

[1]张刘春.±1100kV特高压直流输电线路防雷保护[J].电工技术学报,2018,(19):4611-4617.

[2]谭启德，潘超，陈铁，等.特高压直流输电线路雷电绕击影响因素研究[J].电瓷避雷器，2019（02）：157-162.

[3]李阳林，徐宁，李帆，等.特高压直流输电线路雷击故障原因分析与防范[J].中国电力，2018，51（01）：59-63.

[4]王永进，艳芳，唐勇等.考虑强非线性和波速变化特性的特高压直流输电线路故障测距方法[J].电力系统保护与控制，2020，（05）：17-25.