超特高壓輸電線路雷電繞擊防護性能研究

肖建福

[摘要]隨著人們在工業上和日常生活中的用電量增加，輸電工程中對超（特）高壓輸電可靠性、安全性的要求也越來越高。眾所周知，對線路輸電威脅最大的便是雷電，輸電線路跳閘的主要原因便是雷擊閃絡，通常是雷擊桿塔的反擊閃絡和繞擊閃絡兩種，而在超（特）高壓輸電線路中主要是繞擊閃絡。本文則主要是對繞擊閃絡的繞擊防護性能性進行研究，并通過分析關于繞擊性能評估研究的方法和模型，提出相關建議，降低繞擊閃絡的發生率。

[關鍵詞]超（特）高壓；輸電線路；雷電；繞擊；

[中圖分類號]TM621.5 [文獻標識碼]A [文章編號]1672-5158（2013）06-0378-01

隨著發電廠的發展，發電廠的電早已不局限于對電廠周圍地區的供電范圍，向外的擴展讓傳輸電力的通道保護變得愈加重要。而在傳輸電力中，威脅最大的便是雷電，在電力系統中，因雷擊跳閘發生的事故占總事故的1/3以上。如果雷擊中了電力線路，雷擊產生的電流過大，若進入電氣設備中，當電氣設備承受不住雷電產生的電流沖擊時，會對電氣設備產生破壞。在超/特高壓輸電線路中，繞擊閃絡則是其主要威脅。在電力系統中超高壓是指330千伏及其以上，并且低于1000千伏的交流電壓等級；特高壓是指超過1000千伏的交流電壓等級。而研究繞擊閃絡，通過規程法等方法分析對雷電繞擊有影響的因素，從降低超/特高壓輸電線路遭雷擊概率，是很有必要的。下面將從幾個角度來分析超（特）高壓輸電線路雷電繞擊防護。

一、雷電繞擊防護性能在超（特）高壓輸電線路中的重要性

在我國目前的超（特）高壓輸電大部分地區使用的是架空輸電線路，而高壓輸電線路跳閘的主要原因是雷電閃絡。對于自然界的約束行為，我們只能盡可能的降低其約束力。對于超（特）高壓輸電線路上的雷擊行為造成的跳閘，主要是雷電環繞之后擊中電塔所致，并非是電繞擊電塔時產生的反擊所致。而雷擊閃絡造成跳閘發生的事故占總事故的1/3以上，可見其危害。現在人們對電的需求可謂是一刻也不能斷，一分鐘的斷電對企業、居民來說影響很大，甚至可以造成很大的經濟損失。因而，加強對超（特）高壓輸電線路繞擊防護性能研究，提高其防護能力是十分重要的。

二、超（特）高壓輸電線路中繞擊耐雷性能常見的計算方法及一些模型

對于超（特）高壓輸電線路中繞擊性能的研究，常見的計算方法有規程法。而本文則還通過輸電線路繞擊概率模型、先導發展模型、電氣幾何模型以及擊距系數計算模型來分析研究繞擊性能。

（一）規程法

在用規程法進行研究中，前提是：雷電繞過避雷線直擊導線的概率與避雷線對邊導線的保護角、桿塔高度以及線路經過的地形地貌和地質條件有關。因而，在規程法研究中，主要是通過平原和山區地形地貌來進行區分。規程法的計算方法多是根據多年的經驗來進行歸納總結得出的，在一定程度上是方便有用的，但是在面對超（特）高壓輸電線路時，卻有不少弊端。規程法中認為繞擊率與雷電的電流大小無關，只是通過地形來分析區分，這導致在面對更強的高壓傳輸時，規程法則會出現不少漏洞。

（二）常見模型

在目前的評估超（特）高壓輸電線路雷電繞擊的耐雷性能方法中，有少的常見模型，這些模型各有千秋，在此處進行分析，一方面進行匯總比對，另方面，通過優劣分析研究，在此基礎上不斷提高防護。首先是繞擊概率模型。繞擊概率模型是由王曉瑜教授等人在輸電線路繞擊模擬實驗上，考慮到雷電繞擊分散性后提出來的。該模型中主要采用ZM1-39型的桿塔，比例的尺寸是143：1和120：1，通過模擬雷擊過程，尤其是在雷擊過程最后階段的模擬，目的是通過最后躍變的雷電下行先導，研究引雷能力及其與擊距系數之間的關系。繞擊概率模型可以較好地解釋雷擊現場的事故原因，但是繞擊概率模型畢竟是建立在實驗模擬基礎上的，現實中的雷擊與通過物理過程造成的雷擊還是有所不同，除此外，因為是模擬實驗，所設置的考慮影響因素是模擬實驗的前提，而實際雷擊過程中，繞擊率有多個因素，有些是我們在實驗中未加重視的，因而，雷電繞擊概率模型缺乏一些整體性研究。其次是先導發展模型。雷電繞擊的先導發展模型是有Dellera L和Garbagnati E提出的，Rizk則在二人基礎上進一步進行研究分析，并系統描述了先導發展模型的整個過程。先導發展模型所持觀點是：雷擊是由下行雷電先導與產生于結構物上的上行先導相遇而發生的。并且他們還引入了雷電流幅值和結構物高度函數的側面距離和屏蔽失效2個參數。此模型有其優點但依舊有其不足之處，沒有考慮到雷電放電過程中的分散性和其下行先導若低于輸電線路高度時發生雷擊線路的情況。目前，該模式還在被國內外不少學者進行分析研究不斷進行改善，使其模型越來越成熟，應用和使用范圍也越來越廣。最后也是最為常用的是電氣幾何模型。電氣幾何模型是現行的幾個評估模式中最為常見的模型。該模型是一種幾何分析計算模型，是以雷電的放電特性和線路的結構尺寸為聯系建立起來的。其原理是由雷云向地面的先導放電通道頭部到達被擊物體的臨界擊穿距離（以下簡稱擊距）以前，擊中點是不確定的，先到達哪個物體的擊距之內，即向該物體放電；而研究者認為擊距僅同雷電流幅值有關，與其他因素無關；先導對桿塔、避雷線、導線的擊距相等。該模型是繞擊評估的經典模式，但依舊有些不足，例如沒有考慮雷電放電的粉星星，以及其他影響因素。同時該模型進行試驗的前提是，桿塔高度不高于60米，但在擊距系數計算模型中我們可以知道桿塔對繞擊防護是有影響的。

（三）擊距系數計算模型

擊距系數計算模型是以電磁場為基礎進行研究的。以上所常用的模型很少考慮到雷電放電的分散性，更是缺乏整體研究性，而擊距系數計算研究則彌補了這一點。在該模型中，認為避雷線和導線感應電勢達到上行先導起始電勢時，它的表面即已經產生了迎面上行先導。認為雷擊點取決于下行先導和上行先導的傳播和最后躍變過程，最先達到下行先導的最后躍變條件的上行先導最容易成為雷擊點。最終得出了，桿塔高度、雷電電流幅值與先導對導線、避雷線的擊距成正比；當桿塔高度不變時，先導對導線和避雷線的擊距數值相近；但雷電電流幅值對擊距系數基本上沒有影響。擊距系數計算模型也有不少缺點，處于不斷完善中。只有不斷完善和發展對繞擊防護才能更加清楚，并發揮其特點。

三、超（特）高壓輸電線路中雷電繞擊防護相關影響因素及建議

根據超（特）高壓輸電線路中雷電線繞擊評估的相關方法和模型的研究，我們能夠得出一些對繞擊防護有影響的一些因素，如：桿塔接地電阻、雷電流幅值以及輸電線路的特征參數。輸電線路的特征參數是指線路中桿塔的結構、絕緣的配置、線路的地質地形地貌、桿塔的高度以及避雷線的保護角等等。尤其是輸電線路的特征參數對繞擊防護的影響最為重要。因而，根據以上的評估方式和模型，本人再此提出一些建議僅供學習參考。首先，塔高與繞擊數成正比，因而，為提高雷電繞擊防護性能，在條件允許范圍內，盡量的降低桿塔的高度，是可行的。其次，避雷線的保護角與繞擊率成正比，在此條件下，讓保護角足夠的小，甚至是為負，可以降低繞擊率，并且當繞擊率為零時，避雷線對導線是處于完全屏蔽的。最后，地面的傾角也要盡量的小，這在最早提出的規程法中便有指出，地形地貌地質對超（特）高壓輸電線路的繞擊防護影響是重要的，在設置輸電的架時考慮地形地貌及傾角是十分必要的。

四、結束語

在超（特）高壓輸電線路中雷擊事故中繞擊事故是最為主要的事故原因，本文通過對超（特）高壓輸電線路雷電繞擊防護的一些評估方式和模式的分析，我們可以看出一些影響繞擊防護的因素，對這些因素進行防范和設計，降低繞擊率。同時，不斷完善相關的評估方法和模型，相關分析方法、模型結合使用，不斷的積累經驗，及時解決和分析相關問題，完善超（特）高壓輸電線路，保障供電安全。

參考文獻

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