側針對改善高壓輸電線路雷電屏蔽的實驗研究

王欽欽

（國網長春供電公司，吉林長春，130041）

側針對改善高壓輸電線路雷電屏蔽的實驗研究

王欽欽

（國網長春供電公司，吉林長春，130041）

為了研究側針對改善高壓輸電線路雷電屏蔽性能的機理，本文中采用縮比模擬實驗，對實驗過程中放電現象進行觀測，并對試驗結果進行分析，重點探討了在放電過程中，擊中點的選擇和側針對提高雷電屏蔽性能的作用機理。試驗結果表明，下行放電和迎面放電兩者之間相互作用、互相影響，而在不同的間隙結構下，只有在側針的長度大于間隙臨界電暈半徑時，側針才能夠明顯改善高壓輸電線路的雷電屏蔽性能。

高壓交流；雷電屏蔽；模擬實驗

0 引言

一直以來，如何有效提高高壓輸電線路的抗雷擊性能都是一個有待科研工作者解決的技術難題。在高壓電路運行中，由于雷電電擊而產生的事故數量占到所有事故數量中的7成以上，比例相當之大。研究表明，隨著輸電線路系統電壓等級的不斷提高，所需承受雷電電擊的能力也在不斷提高。另一方面，隨著輸電線路系統工作電壓的不斷提高，輸電線上更容易產生上行先導，減弱避雷針的避雷效果，以上兩者綜合作用時，會導致繞擊跳閘概率顯著提高。

前蘇聯、日本以及我國的輸電電路系統由于遭受雷擊而跳閘的主要原因是繞擊，隨著國家電網的主干輸電網絡越來越多的采用高壓電網，如何有效減少雷電電擊產生的跳閘，提高輸電線路系統的穩定性變得越來越重要。因此，在輸電線路系統遭受雷電襲擊時，如何有效解決繞擊防護的技術問題成為技術發展的關鍵。

雷電屏蔽理論表明，當保護角足夠小，繞擊最大電流小于繞擊耐雷能力時，輸電線路不會產生繞擊跳閘。因此，輸電線路預防雷電繞擊所采取的常規技術手段是設計較小的保護角。但是，當輸電線路的局部位于轉角塔附近，或者斜山坡等特殊位置時，依舊容易產生較高的跳閘率。而在這些特殊區域，采用較小保護角來達到提高抗雷擊屏蔽性能的目的效果十分有限。因此，除了設計設計較小的保護角外，還要在輸電線路的運行中采取一些雷電屏蔽措施，以達到保障輸電線路安全的目的。

1 實驗研究

1.1 試驗方案

本文中的試驗研究采用模擬實驗法，選擇1:10和1:20兩種不同的比例模擬1000千伏高壓輸電線路。模擬試驗中根據距離電極距離的不同安裝不同的水平側針。實驗采用7200千伏沖擊電壓發生器，在每個位置放電次數為30次，依據模擬實驗過程中觀測記錄的擊中避雷針、導線以及大地的次數來計算繞擊導線所占的百分比。

1.2 試驗結果

無側針試驗結果表明，當選用1:10的縮小比例進行實驗時，無側針導線的繞擊比例是60%，而在1:20的縮小比例進行實驗時，無側針導線的繞擊比例是50%。而加裝側針后的試驗結果表明，側針長度對輸電線路避雷效果的影響較為明顯，隨著側針長度的不斷增加，輸電線路的雷電屏蔽效果不斷提高。當縮小比例為1:10時，側針長度為5cm的時對輸電線路雷電屏蔽性能的影響不顯著，而當側針長度達到10cm及以上時，繞擊比例下降至30%，減小為無側針時的一半。當縮小比例為1:20時，當側針長度為5cm及以上時，繞擊比例下降至無側針時的30%-40%，雷電屏蔽性能改善明顯。

2 擊中點及放電過程

在模擬實驗進行過程中，可以通過高速攝影機對整個放電過程進行記錄，所拍攝的放電照片清晰的反映了在放電過程中擊中點是如何選擇的，同時還可以幫助實驗者更好的觀察下行先導的發展過程、迎面先導的發展過程以及最后躍變等不同的實驗階段。

通過對放電照片進行統計分析可以發現，絕大多數擊中導線的放電在初始階段就會朝著導線的方向發展，而大多數集中避雷針的下行放電則在初始階段會朝著偏離導線方向發展。

在放電過程中，有一小段自由先導段出現在下行放電的過程中，占整個放電過程的10%左右，雖然其在整個放電過程中所占的比例十分有限，但卻影響著擊中點的選擇。

由于迎面放電的真實雷擊資料較為缺乏，導致部分學者對迎面放電多持懷疑態度。在模擬試驗過程中拍攝的放電照片中可以看到明顯的迎面放電現象，同時在可以發現，隨著放電間隙的不斷增加，迎面放電的發展空間得到了極大地改善。

無論是在實際的雷電放電過程，還是實驗室模擬放電過程，擊中點的選擇與被擊中物體的迎面放電競爭密切相關。試驗結果表面，迎面放電發生的越早，越迅速，迎面放電的發展越充分，越有可能與下行放電通道相連。由此可見，迎面放電的發展程度是決定擊中點最重要的決定因素。

3 側針引雷機理

3.1 側針的臨界長度

在模擬試驗中，當間隙為5m時，側針長度為5cm的實驗組繞擊概率與對照組相比，未有明顯改變；而側針長度為10cm及以上時，繞擊概率的降低作用顯著。當間隙為3m時，側針長度為2.5cm的實驗組的繞擊概率與對照組相比，未有明顯改變；而側針長度為5cm及以上時，繞擊概率降低明顯。試驗結果表明，當側針的長度大于間隙臨界電暈半徑時，對雷電的屏蔽作用才會變得明顯。

3.2 側針與迎面放電的發展

模擬實驗結果表明，當側針長度超過某一定值后，迎面放電的產生概率迅速增加。當避雷針安裝側針后，避雷針的上行先導發生所需的初始電壓降低，使得在被擊中物體表面更容易產生迎面放電。

4 結論

在輸電線路設計之初，選擇較小的保護角對于提高輸電線路系統的抗雷電性能具有重要作用，在實際操作中，對于局部特殊區段，可以采用增效措施達到提高輸電線路雷電屏蔽性能的目的。擊中點的選擇與被擊中物體的迎面放電競爭有關，迎面放電發生的越早，越快，迎面放電發展越充分，越容易與下行放電通道相連。只要當水平側針的長度超過臨界電暈半徑時，水平側針才能夠有效的提高雷電屏蔽性能。

[1]錢冠軍,陳維江,陳家宏,谷山強,賀恒鑫,向念文,謝施君.側針對改善特高壓交流輸電線路雷電屏蔽的實驗觀測[J].高電壓技術,2010,36(01):103-108.[2017-08-07]. DOI：10.13336/j.1003-6520.hve.2010.01.047.

[2]郭秀慧,李志強,錢冠軍.輸電線路繞擊防護的新措施[J].高電壓技術,2005,(07):37-38+41.[2017-08-07].DOI：10.13336/j.1003-6520.hve.2005.07.013.

Experimental study on the improvement of lightning shielding for high voltage transmission lines

Wang Qinqin
（State Grid ChangChun Power Supply Company,Changchun Jilin,130041）

To study the side for improving the mechanism of high voltage transmission line lightning shielding performance, this article USES the shrinkage than analog experiment, the discharge phenomenon in the process of experiment, and the test results were analyzed, and mainly discussed in the process of discharge, the hit point selection and side for improving the mechanism of the lightning shielding performance The test results show that the downward discharge and head on interaction between discharge and influence each other, and under different gap structure, only in the side length of the needle is greater than the critical corona radius clearance, side needle can obviously improve the lightning shielding performance of transmission lines

high pressure communication; Lightning shield; Simulation experiment