摘要：近年来，架空输电线路雷电绕击与反击问题得到了业内的广泛关注，研究其相关课题有着重要意义。本文首先对相关内容做了概述，分析了输电线路的雷电过电压发生机理，以及输电线路的雷电过电压电磁暂态仿真，并结合相关实践经验，分别从多个角度与方面提出了架空输电线路有效防雷对策，阐述了个人对此的几点看法与认识，望有助于相关工作的实践。
关键词：架空输电线路；雷电；绕击；反击
1 前言
我国能源中心和电力负荷中心在地域上存在巨大差异，导致在电网中需使用大容量、远距离、高稳定性的电能传输方式。随着我国“西电东送”发展战略的实施与深化，采用超/特高压输电方式是保障这种远距离输电的必然途径。长期以来，我国输电线路的稳定运行都遭受着各种因素以及各种方式的威胁，运行经验表明，雷击是造成我国输电线路跳闸故障的主要原因。我国输电线路大多处于旷野高山且相互间纵横交错，绵延数百至数千 km，极易遭受雷击而导致跳闸事故的发生，给国民经济带来了巨大的损失。本文针对输电线路雷电绕击问题，详细阐述了当前各种雷电绕击评估方法的研究现状与进展，结合超/特高压输电线路的特点分析了各方法中存在的问题，并对绕击评估方法的发展进行了预测与展望。
2 输电线路雷电绕击评估方法现状与问题分析
2.1 雷电参数
地闪密度和雷电流幅值概率分布是影响输电线路绕击评估结果准确性的重要参数。早年，由于雷电监测技术的限制，这 2 个参数在一个较大区域内往往只能取同一平均值，并不能体现出不同地区雷电活动的差异性。近年来，由于雷电定位系统等雷电监测技术的出现，使得雷电参数的监测能够更加精细化和精确化，在绕击评估中可以将输电线路走廊不同区段雷电参数差异化，进而更为准确地反映出输电线路各区段的绕击耐雷性能。
近年来，随着雷电定位系统定位技术的成熟、定位基站的建设完善，地闪密度可以以更为精细、更为准确的方式进行统计。雷电定位系统依靠测量雷电发生时产生的电磁波，获得雷电位置、时间、幅值等信息。目前，中国电网雷电定位系统部分区域探测效率已>90%，定位精度达到 200 m。使用这些雷电定位数据可以获得更为准确的输电线路走廊地闪密度分布情况。
2.2试验验证法
该验证方式是指通过一些雷电监测手段获得绕击模型中部分参数或过程的观测值，通过这些实测值来验证绕击模型中的一些关键参数或过程。例如，Becerra 和 Cooray 在建立上行先导模型时，为验证其模型的有效性，利用 Willett 等人在佛罗里达进行的人工引雷试验获得的平均电场对比分析了其模型的计算结果，结果表明其模型在考虑了空间电荷影响后，稳定电场与试验结果保持了很好的一致性。
2.3 输电线路雷电绕击评估方法的展望
前文对当前广泛应用的输电线路雷电绕击评估方法的研究现状以及存在的问题进行了详细描述与分析，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。
架空输电线路由导线、避雷线、杆塔、绝缘子串和金具等主要元件组成。导线用来传导电流，输送电能；避雷线是把雷电流引入大地，以保护线路绝缘免遭大气过电压的破坏；杆塔用来支撑导线和避雷线，并使导线与导线间，导线与避雷线间，导线和杆塔间，导线和避雷线间，以及导线和大地、公路、铁轨、水面、通信线等被跨越物之间，保持一定的安全距离；绝缘子用来使导线和杆塔之间保持绝缘状态；金具是用来连接导线或避雷线，将导线固定在绝缘子上，以及将绝缘子固定在杆塔上的金属元件。电网中事故以输电线路故障占大部分，输电线路故障又以雷击跳闸占的比重最大。据运行记录，架空输电线路供电故障一半以上是由雷电引起的，所以防止雷击跳闸可大大降低输电线路故障，进而降低电网中事故的发生频率。有的架空线路虽装设了避雷线，但还是遭受雷击，产生供电故障，所以输电线路的防雷一般情况下要根据据具体情况选择一套完善的防雷措施，进行综合治理。
3 输电线路的雷电过电压发生机理
雷电危害大多发生在春夏两季，但是，它也会受不同地区地理环境差异的影响。雷电对输电线路的危害主要表现在以下几方面：一是，雷电自身的高热效应危害。当遇到输电线路时，雷电的高热效应会转变为电流，使被击中部位瞬间产生极高的热能，导致此段输电线路被融化，进而燃烧起来。二是，雷电所产生的电磁场危害。在雷电形成的过程中伴有电磁效应，当输电线路被雷击中时，这部分电磁效应会在雷击部位形成交变电磁场，使得电路中的电流量瞬间增大，导致线路高温燃烧。三是，雷电附带的高压效应危害。雷电形成的瞬间电压通常为高压，能够达到十几万伏以上。这种高压在雷击点会对输电线路上的电气设备造成极大的攻击，导致输电线路被烧坏、出现短路的情况，甚至还会引发更严重的事故。四是，雷电所发出的电波危害。电波也是雷电附带的一种现象，它经常会干扰防雷装置的正常工作，使其无法有效发挥防雷功能，变为放电器反击输电线路。
3.1 感应雷电过电压
由于雷云在对地放电的过程中，放电的通道会在其周围的空间发生剧烈的变化，从而会使输出电线对地面输出高电压电流，例如U=300kV-400kV等，所以在感应雷电应该做出相应的防护措施，波形相识幅帜相近在模型基础上给出了架高空线路感应雷电过电压的幅度值公式ku=k3，h为导线高度；D为雷击点导线距离；系数K1K2K3是有雷电电流的特性决定的，参考以上数据能帮组有关部门解决许多实际问题。
3.2 反击雷电过电压
许多雷电会击中输电杆塔从而会引发大量电流从输电杆导入大地，所以要装上避雷针来抗击电流躲避雷电，使其直接流入大地，在雷电击中导线增加电阻，雷电会沿着线路向大地传导。在雷击中塔顶时，塔杆电感会随着电阻的增大而使塔顶电位升高，如果电位达到一定值会发生联络-反点，跳闸等问题。在电流作用在塔顶上时塔干会收到很大的压力。绝缘子发生联络，使输电线接地发生事故。输电线路中的电流会发生大幅度的提升。在反击的过程中塔位电位提升绝缘纸击穿的过程中雷电流注入输电线路的通道。
4 输电线路的雷电过电压电磁暂态仿真
在感应雷电的过程中需要采用EMTP电磁进行电路的感应和绕击反击等仿真计算，雷电电压都与气象条件有关大部分的原因，是由外部大气压过大，雷电反击过电压。和电流的雷电侵入播过电压，如果在输电线路附近有雷云，应该感应电压放电与雷电侵入的电压，要先导入电荷对输电线路电荷产生静电感应的两端都应该先放电一段导线作为束缚电荷。雷云在主要放电电荷迅速中和束缚电荷将立即转变成自由电荷。自由电荷的两侧将会造成电压感应过电压。实际上许多电压的静电从电荷的密度和雷流的幅度不断正大电流幅度的距离导线远近都导致回路中各部分磁通量都随着时间的变化率加大，雷电感应一定要通过严格的计算和一定的理论知识来进行研究。
由上述可知本文在进行仿真模型的基础上，对感应、绕机、反击等3种类型进行了不同的计算和很多次仿真。仿真大都采用了雷击点后多种距离点进行计算，不同方式的雷电流波形分散性不同，而且本文还根据许多经验来进行测验。例如；在110、220、500kV电压等下都能适用，根据仿真的结果可以表明，由于在信号减弱在不受雷电流波形分散性的影响。而且对感应和直击雷电是具有电大效果的，为三相电在导线的减弱成度中基本上是相同的，由于在雷电流行波信号获取方式是有很大效果的。
5 架空输电线路有效防雷对策
5.1 加大输电线路运行维护工作力度
定期对线路运行进行维护是保证线路抗雷、防雷、提高其健康水平的有效手段。首先，建立健全设备台账、技术资料，健全所辖高压输电线路详细的线路数据库。其次，对线路进行定期及常规巡视，通过检查接地体引下线部分与架空地线接触情况，连接螺栓的紧固情况，接地装置地下接地网的开挖检查，判断接地体的腐蚀情况。对于使用降阻剂杆塔要重点关注，通过开挖认真检查与测试。使用降阻剂杆塔经常存在有接触不良、在运行期间因腐蚀、开焊、盗窃等原因使得接地电阻增大的情况。此时，要及时更换和修补锈蚀严重的接地引下线和接地体，确保地线和接地装置的导通情况良好。最后，对接地网的走向、布置、测试及开挖检查情况进行详细记录，并做好资料的归档整理，以备案再用。同时根据季节变化，做好线路防护区的清障工作，保证线路走廊有足够的安全间隙。
5.2 降低杆塔接地电阻
对线路杆塔接地电阻进行普测和维护改造，按《架空输电线路运行规程》要求对110kV及以上线路杆塔全部要定期测试。工作中规范接地电阻的测试方法，测量杆塔接地电阻要注意根据杆塔接地装置的布置方式，合理地布置测量引线，确保测量数据的准确性，对测试阻值不合格的在雷雨季节来临前及时进行改造。降低路杆塔接地阻值一般分几种情况：对山区土壤电阻率较高地区的杆塔一般采取换土、更换接地体、及时补充丢失的接地体、增加铺设射线、沿等高线埋设连续伸长接地体的办法来达到降低接地电阻目的；对新建或者改造的线路杆塔，根据不同的地质、地形选用定型接地模块、灌注导电水泥的方法，确保接地电阻达到设计要求。根据杆塔土壤电阻率的情况尽可能降低杆塔接地电阻。
5.3 利用杆塔斜拉线分流
雷电流的上升陡度普遍很高，而输电线路杆塔由于自身的电感较大，当雷电流上升陡度较大时，即使杆塔接地电阻不高，也可能直接引起绝缘闪络，这是高杆塔在防雷电方面的不利因素。针对这一问题，降低塔身电感是一项行之有效的措施。对于220千伏及以上电压等级的高杆塔、易击塔，应装设塔顶拉线进行分流来降低塔顶电位或充分利用已有的杆塔拉线，将其与接地装置并在一起。为了保证分流效果作用，要确保拉线上下两端与接地装置连接良好，以防止雷电反击。
5.4 加装耦合地线或者改善接地射线
雷击过程是一个暂态和包含稳态电磁感应的过程。提高耐雷水平可以通过增加杆塔耦合系数、减少电感和减小接地电阻的方法和手段。一般情况下，在相邻的两基杆塔之间设置互连的接地线，形成一个延长接地射线，既能降低接地电阻，又能达到良好的分流作用；通过耦合地线可以改进导线和地线之间的耦合系数，合理改善耦合系数和分流系数，最终降低导地线的电位差，实现提高线路的耐雷水平。
5.5提升绝缘性能
由于地理条件的差异，在一些地区，塔杆之间的跨度较大，这在.无形当中就加大了塔杆落雷的机会。在雷击时，电位高电压大，受绕击的概率大。在高塔杆上增加绝缘子串，加强线路的绝缘可以有效地进行防护。
通常采用并联间隙绝缘子，电弧和绝缘子的表面在雷击闪络时最好不要有直接接触，然而操作过电压如果超过了保护间隙的承受范围则很容易造成事故。使用并联间隙绝缘子，可以在放电时使并联间隙先放电，对放电电弧根部进行捕捉，将雷电导入地面，线路和绝缘子串都不会受到损坏。并联间隙绝缘子的观测可以直接使用肉眼观测，对保护间隙的维护也比较便利。
此外，也可以使用差异绝缘法，在同一个塔杆上面的三相绝缘性能是不同的，最下面的绝缘子比上面的多，这样，在出现了雷击时，导线的绝缘体会最先穿透，雷电会沿着塔杆进入到地面，能够防止出现双相闪络现象。
5.6架设避雷针
在架空线路防雷电中，避雷针的架设是非常重要的手段，能够防止雷电沿着塔杆流经整个线路，防止出现过大电流；此外，能够将导线的耦合作用屏蔽。如果架空线路出现了电压过高现象，安装避雷针也能够解决这一问题。避雷针的安装成本较低，比较实用，将使雷电的绕击发生率降低，在安装设计时要充分考虑到避雷针与线路的间距，还要将杆塔适当的提升到一定高度。
6 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，何金良等人通过对 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：1）随着输电线路结构尺寸的增大，电气几何模型由于无法考虑雷云放电以及产生下行先导行进过程的分散性，其在超/特高压输电线路的雷电绕击评估中的计算结果误差较大，相比之下，先导发展模型更适用于超/特高压输电线路的绕击评估工作。2）受限于当前长空气间隙放电研究的研究进展，先导发展模型中的众多参数与判据存在多样性以及争议性，且各参数与判据的准确性仍有较大欠缺，极大地限制了先导发展模型评估结果的精确度。同时，先导发展模型工作量大、耗时长的特点也制约了其在实际工程中的应用。3）随着试验观测手段的进步、电场测量技术的发展、试验条件的改善以及数值算法和计算机仿真技术的日益成熟，先前研究中受到的一些约束和瓶颈问题已经可以得到解决，一旦研究工作取得进展，将直接推动输电线路雷电绕击评估方法的进一步发展。
结束语
综上所述，加强对架空输电线路雷电绕击与反击的研究分析，对于其良好实践效果的取得有着十分重要的意义，因此在今后的架空输电线路雷电绕击与反击过程中，应该加强对其关键环节与重点要素的重视程度，并注重其具体实施措施与方法的科学性。
参考文献：
[1] 杨庆，赵杰，司马文霞等.云广特高直流电线反击耐雷性能[J].高电压技术.2016（10）：60-62.
[2] 杜林，赵立进，周海等.架空输电线路雷电过电压识别[J].高电压技术.2017（01）：115-116.
[3] 王宏宇，翟洪涛.送电线路雷害事故分析及防雷技术[J].中国高新技术企业.2016（09）：88-89.