摘要：由于我国电网规模不断扩大，电网容量不断增加，电网结构日趋复杂，远距离输电工程项目日益增多，直接导致电网遭受恶劣天气事件或者天气现象影响频率与程度不断提高。雷电天气作为一种气候现象，在夏季较为常见，由于在雷击过程中会产生放电现象，将对输电线路会产生一系列的不良影响，从而影响对电网安全运行。其中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。本文首先分析了架空线路动态应急增容，接下来详细阐述了雷电天气对输电可靠性的影响，最后对输电线路雷击失效概率模型以及线路在雷电天气受到雷击的概率预估。
关键词：雷击；输电线路；雷击故障率
引言
输电线路承担着电力输送的任务，是电力系统的的重要俎成部分。然而，输电线路长度长，运行环境复杂，通常需穿越各种地形，包括雷电频繁区域，容易遭受雷击发生停电事故，影响电网可靠性。输电线路遭受雷击是电网停电事故的主要原因之一，研究输电线路雷击对电网可靠性的影响，对减少输电线路雷击事故具有重要意义。
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。
输电线路防雷技术的应用，目的是降低雷电灾害对供电网的影响，提高供电网的可靠性，保证电网能够正常运行。配电网防雷技术的原理是，采用金属标杆接地系统，将电网中雷电通过金属杆导入导地面，并且将电能较为均匀的分散，达到防雷电的目的。输电线路的防雷应该是建立在原有防雷技术的基础之上，根据输电线路地区的地形气候来制定最终的防雷设计方案，将雷电的危害降低到最小，做到具体问题具体分析，不能将其他地方防雷成功的技术照搬照套，直接应用。每个地方的条件各不相同，要结合当地实际，对现有的防雷电技术参考，针对地方的特殊情况，来进行针对性的防雷控制。同时也可以根据雷电形成的条件，进行逆向防雷，形成雷电的区域条件、气候条件，在雷电多发区以及可能发生的区域进行重点防雷，提高防雷工作的效率，减少失误。影响输电线路的因素是多样的，其中雷电是最为重要的影响因素，只有通过对线路进行防雷的设计，来提高输电线路的稳定。
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线路在雷电天气受到雷击的概率预估
（1）有关雷达相关参数的获取计算方式分析。通过使用气象雷达进行探测可以得出，雷达资料属于网格化基础数据信息。
（2）有关落雷的侧面距离计算方式分析。首先应进行线路方程的确定：通过勘测可以获得输电线路所在区域的网格经纬度数据信息，并且根据其经纬度信息进一步确定输电线路的坐标位置信息，其中的两个端点可以分别记录为M1(x1,y1)与M2(x2,y2)，由此就可以得到输电线路的直线方程式：ax＋by＋c＝0。
落雷点侧面距离的计算方式：假设在雷电天气环境下，雷云的范围中心为雷电实际放电位置，能够计算出在雷电进行实际放电过程中，与架空输电线路之间产生的侧面距离，也就是点与线之间距离的计算方式采用BP神经网络方式进行雷电流幅值的预测：根据所记录的相关历史数据，可以进行雷电流幅值、回波强度、回波顶高和垂直积累液态水含量之间的相关非线性数学模型建立：y＝f(x1,x2,x3)，通过对以上三个数据值进行计算，能够反推出雷电流幅值的预测值数据。y代表雷电流幅值，x1代表回波强度数值，x2代表回波顶高数值，x3代表垂直积累的液态水含量数值。为获得公式当中各项信息，进行公式的具体表达与计算，可以通过使用BP神经网络计算方式进行雷电流幅值、回波强度、回波顶高、垂直积累液态水含量之间的数学关系之间的计算。输电线路受到雷击后故障概率的预测分析：如果在输电线路途经区域范围当中，存在m个网格都处在雷电天气环境当中，那么在该输电线路当中，在受到雷击出现失效故障的概率。
4输电线路防雷接地设计
要确保输电线路防雷接地设计的科学合理性，就要对输电线路的各项防雷装置进行研究，确保输电线路上所安装的每一个装置经过技术处理后，都能够发挥防雷作用。
4.1避雷装置的设计
输电线路的避雷装置有很多，包括避雷线、避雷针、避雷器等等。这些避雷装置如果在输电线路上合理安装，就会有效地发挥防雷作用。（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。在输电线路的防雷接地设计中，需要在输电线路的导线上敷设避雷线，以使其能够在不同的电压环境下很好地运行。如果输电线路为220kV线路，就要沿着输电线路的全线将110kV的双避雷线构建起来，如果输电线路的电压低于220kV而超过了110kV，设计单避雷线就可以起到防雷接地的作用。对于35kV的输电线路，就不需要在整个的输电线路上安装避雷线了。（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。这就需要工作人员对输电线路的所处环境深入地了解，以使避雷器所安装的位置能够有效地发挥防雷作用，从而提高输电线路的雷电抵抗能力。
4.2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。
4.3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。
4.4设计方面
在进行输电线路的设计时，设计人员应该充分考虑到线路所在地区发生雷暴天气的几率，要降低线路的保护角度，避免雷击事故的发生。一般情况下位于山坡上的塔杆比较容易遭到雷电的袭击，尤其是在某些雷电活比较频繁的地区，由于塔杆的避雷线保护角过大，降低了线路的耐雷击水平，从而无法发挥出它应有的保护作用。除此之外，在进行线路的铺设时应该充分调查该地区的天气状况和地质环境，选择雷电发生率比较小的地区，要充分分析线路的雷害特点，全面了解避雷器的性能和保护效果，从而实现线路的避雷目的。
4.5提高输电线路绝缘能力
一般情况下，输电线路的绝缘能力在一定程度上会影响到整个设备的耐抗雷能力。因此在进行设备的设计和研究时应该提高输电线路的绝缘能力，从而来降低输电线路遭受雷击的概率。在进行绝缘设计时首先应该把输电线路的绝缘强度控制在一定的范围之内。其次要选择自洁性能较高的绝缘子材料，这样能够提高输电线路的防雷能力。但是，在进行线路的实际施工时还应该充分考虑到施工地区的自然环境，根据当地的数据来选择合适的绝缘子材料，这样就能够真正实现抗雷的效果。第三，要扩大接地体的铺设范围，这样在一定程度上能够加大电流在地面上的泄放面积，在进行施工时可以在周围铺设等距离的铜质管道，在将这些铜管焊接起来，这样就能够增强输电线路的绝缘能力。
4.6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。
4.7 架设耦合地线
增加耦合地线这种方法极其适用于山区的输电线路中，不少地方由于各种不同条件的限制无法降低接地电阻。在无法实现降低接地电阻的情况下，可在导线的周围或下方敷设一条底线，以使雷电流可以分流，降低绝缘子串两端的感应程度，减小反击电压间的分量。通过架设耦合地线，能够降低雷击时电力系统的跳闸率。
4.8安装线路避雷器
避雷器作为一种新式的科技防雷用具，输电线路在遭受雷击的情况下，避雷器能过迅速根据雷击后增加的电压产生反应。当雷击产生的电压过大时，避雷器通过利用低阻抗的通路将雷电流泄于地面，以保证输电线路电压在安全的范围内。在安设避雷器时，可选择如下类型的铁塔：环境恶劣的山区线路中的铁塔、跨越大的铁塔、水电站和升压站等出口线路处接地电阻较大的铁塔、出现过闪络的铁塔等。
5结语
超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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