白云
内蒙古电力（集团）有限责任公司巴彦淖尔电业局乌拉特前旗供电分局 内蒙古巴彦淖尔市 014400
[摘 要] 闪电是夏季常见的现象，其存在一般会对人们的生产和生活产生巨大的隐患。多年的实验研究表明，雷击位置具有很强的规律性，学术上称之为雷击的选择 性。在实际应用中，输电线路的故障率在很大程度上取决于雷电对输电线路的选择性。本文就输电线路雷电绕击进行了探讨。
[关键词]输电线路；雷电；绕击
一、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。
二、输电线路雷电绕击评估方法现状与问题分析
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。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。
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，这两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。
2.2地闪密度
地闪密度表征了某个城市或地区落雷的密集程度，其与绕击跳闸率成正比。在早期，由于测量手段的限制，该参数往往使用经验公式根据雷电日进行估算，部分文献中使用的地闪密度估算公式见表，可知同一雷电日下使用不同公式估算出的地闪密度差异较大。因此，绕击评估中若使用地闪密度经验公式，则依据不同的规程所得的绕击跳闸率差异较大，为绕击评估带来一些不确定因素。此外，进行地闪密度估算时，由于雷电日的统计数据一般空间尺度较大，往往一个城市对应1个雷电日数据，以此估算得到的该城市内每一个区域地闪密度均相同，这种平均化后的值可以整体反映出该城市的雷电活动水平，但无法体现出该城市内的雷电活动差异性。对于输电线路防雷，可能存在某些杆塔附近地闪密度显著高于平均地闪密度的情况，这些区域是整条线路防雷的薄弱点，其雷电防护工作应着重加强；但如果评估中使用平均地闪密度，则这种薄弱点在绕击评估中较难被发现。
2.3雷电绕击模型
目前基于输电线路雷电绕击模型的评估方法主要有：规程法、电气几何模型法、先导模型法。
与电气几何模型相比，先导发展模型通过将雷击输电线路过程中的众多细节予以精细化考虑与处理，使其能够更准确地反映自然雷击过程，但正是由于对众多细节的精细化引入，使得先导发展模型更为复杂，且计算时的工作量与时间消耗更为巨大，极大地阻碍了先导发展模型的实际工程应用。
三、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。
四、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。
五、 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。
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