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特高压输电线路雷电绕击防护性能研究赵伟尧

发表时间：2020/8/4 来源：《电力设备》2020年第8期作者：赵伟尧

[导读] 摘要：现阶段，我国电力行业发展迅速，特高压输电是解决电力能源大规模配置、联系电力负荷中心和发电资源的重要载体。

        (国网蒙东检修公司锡林郭勒盟输电工区内蒙古自治区锡林郭勒盟 026000)
        摘要：现阶段，我国电力行业发展迅速，特高压输电是解决电力能源大规模配置、联系电力负荷中心和发电资源的重要载体。如何实现线路避雷绕击，提高电网的安全运行，是电力行业的关注的重要问题。为避免雷电对特高压输电线路产生影响，针对特高压输电线路雷电绕击影响因素与防护技术进行详细论述，以期为实践工作提供有效参考。
        关键词：特高压输电线路；避雷绕击；影响因素；保护措施
        引言
        特高压输电线路运行过程中，会受到很多不良因素的影响，其中影响最大的就是雷电因素。一般来说，不超过220kV的输电线路在运行的过程中，雷击隐患主要有反击雷以及绕击雷两种。相较于低压输电线路，特高压输电线路受到雷电的影响更大，更容易受到绕击雷的影响而发生跳闸。因此，在今后的超高压输电线路防雷工作中，必须要加强对绕击雷的重视，提高输电线路的防雷能力。
        1雷击的现状
        由于我国特殊的气候，季风性气候，导致我国在春夏等季节雷电十分频繁，我国目前的超高压输电线路跳闸的大部分原因都是由于雷击，但是目前对于类似这种的自然导致的问题，是没有太好的约束方法的，而由于雷击导致跳闸，这样一来对于城市居民的正常生活有了巨大的影响，还对工业的生产产生巨大的影响，会造成巨大的经济损失，而稍有不慎，由于雷击导致输电线路起火，还会造成巨大的灾害，甚至还会造成人员的损失，所以目前情况下，必须要对由于雷击导致超高压输电线路的破坏进行预防。为了不影响工业的正常生产，为了保障人们的日常生活正常进行，就需要对目前这种雷击导致跳闸的现象进行及时的处理，防止这种事故的多发。才能促进整个城市的发展。
        2雷电绕击、反击机理分析
        雷电绕击:雷电绕击主要是高压输电线路的杆塔没有及时避开雷击，虽然雷电绕过避雷线，但是却直接击中高压导线。雷击点在此过程中雷电流增加，随即传播到两侧。输电线路中对于避雷线的设置，都是平行于导线。两者相互产生电磁耦合，在此作用下，避雷线上会出现耦合电流，此电流与雷电流相似，杆塔将其中一部分电流引导到地下，则避雷线会引导剩余电流到相邻杆塔。雷电反击:雷电反击的机理研究，从高压线路杆塔角出发，一旦雷电击中线路杆塔，在此过程中会出现强烈的冲击电流，在杆塔作用下与避雷线将电流分化。杆塔引导着一部分电流进入到地下，但是杆塔本身横担、塔顶位置会出现阻抗，导致电流会出现降压情况，杆塔的顶端绝对值增加，影响高压电路运输。
        3特高压输电线路雷电绕击的主要影响因素
        3.1保护角
        对于交流特高压线路，随着保护角增大，杆塔绕击跳闸率显著增加。采用负保护角或零保护角时，绕击跳闸率保持为０，保护角从５°增至２０°时，跳闸率迅速增加４倍以上。直流特高压线路对保护角的要求更为严苛，保护角为０时小幅值雷电流绕击概率依然存在，而当地线保护角为正时，绕击闪络率将随保护角增加而急剧增大。缩比模型试验表明，随着保护角减小，总体绕击概率显著降低，当保护角为－５°时，绕击概率为０，由此可知需采用负保护角才能取得满意的防绕击性能。
        3.2地面倾角
        地面倾角显著影响特高压线路的绕击特性，可以明显减弱山坡地形下地面导线屏蔽作用，增加绕击电流范围，造成杆塔易受到远距离大电流绕击。特高压直流线路绕击跳闸频率也会随地面倾角的增加而增大。
        3.3线路弧垂
        地线、导线的弧垂分布不同导致档距内不同位置保护角的变化，绕击雷电流范围可相差１０ｋＡ，足以导致不同位置绕击概率的差异。

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利用分形模型对±８００ｋＶ直流线路一个档距内的雷击落点分布情况进行模拟，不考虑弧垂时，正极性导线档距中央绕击概率比两侧高约１０％；设置避雷线和导线弧垂分别为１５、１０ｍ时，正极性导线档距中央的绕击概率比两侧高约５０％，即避雷线弧垂大于导线弧垂时，线路档距中央绕击概率上升。
        4特高压输电线路雷电绕击隐患防治的具体策略
        4.1尽量缩减避雷线的保护角度
        综上所述，如果输电线路的保护角度能够减少，那么输电线路的雷击绕击率就会得到有效的下降，从而降低雷击对输电线路所带来的影响。由此可见，人为的减少输电线路保护角度能够有效的提高输电线路的抗绕击雷能力，能够有效降低绕击雷影响。不过这一方式的可行性并不高，其没有充分考虑输电线路的分布情况，一般来说，输电线路的分布都是比较广泛的，因此想要对其保护角度进行整改调整是非常困难的，特别是在山区的输电线路，整改难度更会大幅度提高，因此，采用人为减少输电线路保护角度的方式来防止输电线路雷电绕击不是特别理想。
        4.2合理安装线路避雷器
        避雷器是防止绝缘子闪络的专用设施，目的是提升线路的雷电抵抗性能。特高压输电线路雷电绕击防护要选择耐雷水平120kA以上设备，利用较大的绕击电流实现线路防雷击保障。在构建接地电阻时，要做好电压钳制作管理。依据接地电阻的计算，当线路耐雷水平达到100kA时，出现最大坡度下特高压输电线路雷电绕击的概率很低，选择此数值可有效应对大多数情形。
        4.3安装杆塔侧针
        利用针电极尖端比导线表面更易产生先导的特性，在线路易击区段安装侧向避雷针，利用侧针表面先导拦截雷电先导，可降低绕击概率。侧针分杆塔侧针和地线侧针，考虑到地线侧针长期运行可靠性存疑，目前线路上杆塔侧针应用较多。缩比试验与理论分析均表明，加装侧针可大幅降低雷电绕击率，侧针长度会对保护效果产生影响，１０００ｋＶ交流特高压线路杆塔建议采用伸出横担４～６ｍ长度的侧针进行防护。然而一些线路安装侧针后仍发生绕击，雷击点位于侧针保护范围之外是造成侧针失效的原因。由于线路杆塔电场畸变，杆塔附近存在绕击危险区。１１０、２２０、５００ｋＶ线路的绕击危险区域范围分别为５～１５、７～２０、１０～３０ｍ。实际输电线路通道地形复杂，跨越山谷时档距中部绕击概率增加。对于档距内无特殊地形线路，在侧针防护范围覆盖杆塔附近绕击危险区域的情况下，杆塔侧针可有效降低绕击概率，但对于档距中央易击线路，侧针防护效果显著受限。因此，判断侧针防护效果的关键在于得到侧针的有效保护范围。由于缩比试验、实际尺寸线路间电场分布、间隙长度上的差异，试验结果得到的侧针保护范围不一定适用于特高压线路，有必要进一步研究特高压杆塔侧针保护范围。
        4.4额外安装保护间隙
        再遇到雷电袭击的时候，额外安装保护间隙能够充分利用电弧闪络效应来对绝缘子进行有效的防护，从而防止绝缘子受到雷击的损害，使雷击所带来的影响降到最低。但是这一方式也存在着一定的负面影响，就是在保护间隙安装完成后，线路实际运行的过程中，绝缘子很可能会产生短路现象，如果不对给问题进行解决，很可能会降低绝缘子自身的绝缘性能，使其抗雷能力大幅下降，很容易受到雷电绕击的影响而发生跳闸。因此，该方式还是不够完善。
        结语
        综上所述，特高压输电线路正常运行至关重要，因为高压输电线路影响因素直接影响到高压输电线路安全。积极组织仿真模拟操作，利用高压输电线路中电流、电压、运行方向等的变化，准确识别绕击、反击现象，保障高压输电线路的运行安全。
        参考文献：
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        [2]耿思远．基于特高压输电线路雷电绕击防护性能的研究［J］．科技展望，2017(06)．
        [3]吴娅妮，蒋卫平，朱艺颖，等．特高压直流输电线路故障过电压的研究［J］．电网技术，2009，33(4):6－10．