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

赵斯林

国网内蒙古东部电力有限公司内蒙古超特高压分公司  内蒙古锡林郭勒盟锡林浩特市026000

摘要：雷电绕击造成输电线路跳闸的状况越来越多，严重的影响到了高压输电变电系统的正常运行。当前存在很多针对雷电绕击防护方法在受到了具体的计算模型和对雷电的观测技术的制约以及对其中出现的各种参数分析不准确等方面的因素和影响，造成了输电线路对雷电的防护性能不能实施有效的判断。所以，针对当前各种不同类型的雷电绕击发生时对输电线路的影响进行了相应分析，并且针对性的提出了问题的解决方法，希望对我国的电力发展起到一定的推动作用。

关键词：雷电绕击；输电线路；评估方式；雷电参数；

引言

在特高压输电线路的众多危害中，雷击危害造成的影响最为严重，且无法预防，因此，加强特高压输电线路的抗雷能力就成为了当下电力企业的重要工作。通过对避雷器以及接地体的优化，以便于特高压输电线路抗雷能力的优化，并以此保障我国电力的输送质量。

概述

电力系统是人民生活的关键保障，电力运输系统是保障电力系统稳定运行的重点。电力运输过程中最常见的就是因打雷而出现的系统跳闸或漏电现象，严重影响电力系统的安全稳定运行，更严重时甚至会带来一系列安全事故危害人身安全。因此，解决特高压输电线路雷击跳闸工作已成为特高压输电线路工程的重中之重。雷击对电力系统的影响主要分为直接接触和间接接触2种途径。直接接触是指电源系统直接被雷击中，那么雷电中的高压电流则会顺着电源系统流入电源线，电源线会因承受不了高压电流而被损坏;间接接触则是指雷电没有直接击中电源系统或者是击中的是特高压输电线路附近的位置，被特高压输电线路中的感应电弧感应到，然后推动高压电流向两侧转移直至流入变电站，从而损坏变电站里面的设备。通过上述分析可以推断出，雷击给架空特高压输电线路带来的供电故障不在少数。因此，相应的雷电防护措施必不可少，应该对雷电活动的强度和发生的频率进行监测，根据监测的数据结果来调整和改善特高压输电工程系统的线路设置等。针对不同地区的地形条件等来具体调整传输线路，还可以进行差分配置以保持传输线的稳定运行。至于雷电活动频发、电力系统经常发生故障的地区，应加强杆塔和电线的防雷措施，以减少雷击造成的灾害，保证人民生活及公共财产的安全。

1、绕击跳闸率的研究意义

当前计算绕击跳闸率主要是以电气几何模型、规程法为依据。其中，规程法 是计算线路绕击率的方法相对传统，没有对屏蔽效果受到地面倾角与雷电流大小状 况的影响进行考虑，只根据小电流的试验模型与经验来给出平均法，无法将实际的 线路特点充分反映出来等问题的原因。电气几何模型对雷击线路过程进行了相对深入、详细的考虑，将雷电流幅值和绕击率的相关观点进行引入，不过却没有对放电 分散性进行全面考虑，没有重视雷击的邻近效应与物体形状等要素给击距带来的影 响。本文对导线、避雷线、雷击大地等差别进行了考虑，在计算绕击跳闸率的时候 对暴露距离进行了充分利用，然后与实例相结合对于地形、杆塔高度、保护角等绕 击跳闸率受到的影响进行分析，从而使高压输电线路遇到的具体问题能够得到科学、有效的解决。

2、雷电绕击线路

雷电绕机线路事故的发生，主要和避雷线边导线的保护胶以及杆塔的高度相关。在部分地势较高的山区中，往往会因为杆塔之间的距离较大，杆塔与杆塔之间的高低落差大等原因，更容易发生雷电绕击事故。不仅如此，在一些平原地区，雨季时间较长，或者雷电天气发生概率较高的地区，雷击事故的发生概率也较高。因此，想要加强配电线路的抗雷能力，就必须要考虑到杆塔所在地区的地质、生态以及气候问题，单单从配电线路的设备进行改造，并不能完全满足配电线路的抗电需求。

3、绕击模型验证方法分析
  3.1试验验证
  该验证方式在具体应用过程中，就是通过对一些雷电监测手段的合理应用，得到绕击模型中的过程观测值或部分参数，然后通过对实测值的合理应用，对绕击模型中涉及到的关键过程中或参数内容进行验证。例如，曾有学者在进行上行先导模型研究时，为了对模型是否有效进行验证，利用人工引雷试验获取的平均电厂的具体情况，对模型的最终计算结果内容进行分析，考虑空间电荷情况对模型造成的影响，使结果与稳定电场相一致。
  3.2运行统计数据验证
  目前，绕击模型验证过程中最为常用的一种方法为直接绕击跳闸率进行评估模型验证。建立绕击模型的一项重要目的就是对绕击跳闸率进行计算，因此该方法也得到了广泛应用。例如，曾有学者在对电气几何模型进行改进时，利用CIGRE输电线线路跳闸完成相应的数据统计操作，最终完成了对电气结合模型是否合理的科学验证，最终确保最终分析结果的合理性。

4、输电线路雷电绕击评估方法的展望
  尽管多年来国内外学者在该领域开展了大量的研究工作，但依然无法得到精细化的模型使其能够准确反映雷电绕击输电线路的物理过程。然而鉴于超/特高压输电线路因遭受雷击导致的跳闸事故日益增多，超/特高压输电线路的雷电屏蔽问题严重制约了我国电网的安全稳定运行，继续深入开展雷电绕击输电线路评估方法的研究工作具有重要意义。本章根据当前该领域的研究热点以及相关工作的最新进展，对输电线路雷电绕击评估方法的机遇进行了总结，并对未来发展趋势做出展望。

  随着长空气间隙放电试验与仿真研究的不断发展，能够对长空气间隙放电过程中的各物理参量实现准确观察与测量，并利用仿真模拟加深对长空气间隙放电微观过程的理解，结合自然雷电和人工引雷试验研究，通过试验与仿真方法的相互配合，将相关研究成果应用于输电线路绕击评估方法中，可以得到更为精确的评估模型。此外，先导发展模型作为更适合超/特高压输电线路的绕击评估方法，许多学者曾提出由于该方法的工作量与时间消耗巨大，不利于实际工程应用，因此如何缩小计算量与工作耗时也是其未来发展的一大趋势。

5、 输电线路雷电绕击评估方法的发展趋势
  如前文所述，随着长空气间隙放电试验与仿真研究的不断发展，能够对长空气间隙放电过程中的各物理参量实现准确观察与测量，并利用仿真模拟加深对长空气间隙放电微观过程的理解，结合自然雷电和人工引雷试验研究，通过试验与仿真方法的相互配合，将相关研究成果应用于输电线路绕击评估方法中，可以得到更为精确的评估模型。
  此外，先导发展模型作为更适合超/特高压输电线路的绕击评估方法，许多学者曾提出由于该方法的工作量与时间消耗巨大，不利于实际工程应用，因此如何缩小计算量与工作耗时也是其未来发展的一大趋势。Dellera 和 Garbagnati 在提出先导发展模型的同时，通过一组应用图对输电线路耐雷水平进行简化估算从而缩短计算时间。此后，通过对2维空间的离散化处理，简化了先导的运动过程，提高了计算效率。Tavakoli 等人通过 3层感知器构成的人工智能模型缩短输电线路跳闸率的计算时间。司马文霞等人通过微分方程的形式将复杂耗时的先导发展模型简化为解析模拟方法，将先导发展模型的计算效率提升了 40 余倍，极大地推进了其工程应用发展。

参考文献：
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