輸電線路災害機理研究進展

李磊

摘 要：在輸電線路的運行過程中，由于其地域跨度較大，容易受到惡劣環境的影響，造成輸電線路發生故障。能夠對輸電線路造成影響的因素包括雷擊災害、覆冰災害以及臺風災害等，只有對這些自然災害造成輸電線路故障的機理進行深入的研究，才能有效地提高輸電線路故障防治水平，保證線路的正常運行。本文將對輸電線路災害的機理進行分析，總結自然災害造成輸電線路故障機理研究進展，為提高輸電線路故障防治水平提供有價值的參考。

關鍵詞：輸電線路；災害機理；研究進展

中圖分類號：TM75 文獻標志碼：A

0 引言

在電力系統中，輸電線路能夠將發電站、變電站以及負荷點連接在一起，是電力輸送過程中的關鍵環節。由于輸電線路大部分處于野外環境中，經常會受到惡劣氣候條件的影響，包括雷擊、覆冰以及臺風等，受到這些自然災害的影響，輸電線路容易出現故障，影響電力系統的正常運行。因此，我們必須對輸電線路災害機理進行深入的研究，并根據這些災害機理采取有效的防治措施，降低自然災害對輸電線路的影響，提高電力系統的安全性與可靠性。

1 雷擊災害

1.1 雷擊災害原因及危害

輸電線路雷擊災害的原因是雷電在擊中輸電線路的塔桿后，會形成放電通道，雷電過電壓會造成輸電線路的絕緣被擊穿。雷電災害是影響輸電線路安全的主要因素，放電過程中會釋放較高的能量，形成幾百萬伏的電壓，瞬間電流強度則高達幾千安，并且產生大量的機械效應、熱效應以及電磁效應。輸電線路被擊中后，沖擊電流會產生高幅值沖擊電壓波，造成設備的絕緣性能被破壞，并且同時造成進駐導線等物體被高溫熔斷，帶來巨大的損失。由于輸電線路的跨度較大，受到雷擊后的故障點無法快速確定，線路故障處理難度較大。

1.2 雷擊災害機理研究進展

在雷擊災害中，直擊雷是造成輸電線路跳閘的主要原因。直擊雷可分為兩種形式，分別為反擊與繞擊，目前雷電繞擊是引發輸電線路雷擊事故的主要原因。

1.2.1 雷電屏蔽試驗

輸電線路受到雷擊后，就會造成雷電屏蔽失效，導致跳閘，這種現象在山區更加突出，所以，我們需要對此采取有效的屏蔽措施。在進行雷電屏蔽試驗時，可以采用模擬實驗與仿真試驗兩種試驗，其中模擬試驗是雷電防護研究的主要方式。在研究過程中，我們可以采用各種比例的線路模型來完成空間繞擊屏蔽模擬試驗，對影響繞擊的各類因素進行分析，例如導線的電壓、接地方式、對地電阻、輸電線路地形、保護角以及非垂直落雷等。在進行研究時，為了提高線路防雷性評估的科學性，可以進行仿真試驗，但是，在進行這類試驗時必須重點考慮長間隙放電機理與雷擊物理過程，如果不同雷擊過程描述所采用的模型和方法不同，就會造成結果存在較大差異。

1.2.2 雷擊故障的識別

在對輸電線路進行防雷設計的過程中，必須準確識別出雷電過電壓類型，才能做好線路防雷設計。因此，我們需要對反擊故障與繞擊故障進行快速準確的識別，對輸電線路的耐雷性能進行評價，發現線路中最薄弱的環節采取有效的防護措施。目前采用的雷擊故障識別方法主要有基于小波變換的特高壓直流輸電線路雷電繞擊與反擊故障的識別方法，以及通過構造形態譜特征量，建立雷電過電壓的智能分類器進行識別。

1.3 雷擊災害機理研究趨勢

首先，隨著雷電觀測技術的發展，人們逐漸掌握了雷電的特征參數以及活動規律等，在未來的雷電觀測中，為了能夠為雷電預警提供更加準確的數據，需要不斷提高對弱信號的檢測能力以及測量精度等。其次，高能射線和逃逸電子的觀測改變了我們對雷電放電機理的認識，高能射線和逃逸電子機理以及其在雷電中的作用值得我們深入研究。再次，雷擊相關接地領域的研究也是未來雷擊災害機理研究的重點內容，其中包括接地裝置沖擊特性，土壤特性的時頻變特性以及接地體結構設計等，土壤時頻變特性是研究的熱點，綜合考慮土壤的非線性時頻變特性，有利于建立接地裝置暫態計算模型。第四，目前我們對雷電的起始，先導梯級發展以及連接過程的認識相對有限，需要進行參數觀測、機理分析和理論建模等方面的研究。第五，對上行雷的研究不斷升溫，對高層結構上行雷的觀測與分析以及超、特高壓線路上行先導觀測與參數獲取等將會受到更多的關注。

2 臺風災害

2.1 臺風災害原因及危害

在臺風放生時，輸電線路受到強風的影響主要體現在以下幾個方面：首先，受到臺風的影響，導線與地線會出現舞動現象，嚴重時會造成斷線或倒塌故障。其次，在強風的作用下，輸電線路中的導線與鐵塔之間，導線與導線之間的空氣間隙距離會減小，如果間隙距離的電氣強度無法承受系統最高運行電壓，就可能會出現擊穿放電，就是風偏閃絡故障。輸電線路在發生風偏后，會造成閃絡、跳閘、停運等故障，尤其是500kV及以上電壓等級的輸電線路，如果線路中出現風偏閃絡故障，就會影響電力系統的正常運行，無法保證電力的正常供應。輸電線路的風偏現象不僅會造成電氣破壞，而且會導致鐵塔、絕緣子串、金具、以及橫擔等設施受到機械破壞，嚴重時會引發輸電線路中的鐵塔倒塌等事故。與輸電線路受到其他自然災害的影響而發生跳閘故障相比，風偏現象引起的跳閘復合成功率不高，如果出現風偏跳閘故障，就會有很大概率造成輸電線路無法正常運行，嚴重影響輸電線路的正常運行，需要采取安裝阻尼線、防振錘、護線條以及分裂根數等方式來提升輸電線路的抗風偏性能。

2.2 臺風災害研究進展

風偏跳閘嚴重地威脅到電網的安全運行，我們可以通過安裝防振錘、阻尼線、護線條、分裂根數等措施來增強線路的抗風偏能力。對于風偏的研究，主要集中在風偏角計算及預測、風速風壓不均勻系數、風向與導線軸向夾角以及風壓高度變化系數等對風偏角的影響。首先，風偏靜態特性研究。風偏靜態特性通常不考慮動態載荷對風偏的瞬時影響，研究時只考慮在靜態平衡狀態下的風偏狀態。其次，風偏動態特性研究。風偏動態特性則需要考慮到載荷對風偏的瞬時影響，這種研究更加貼近輸電線路的實際運行狀態，但獲取相關氣象動態數據的難度較大。

2.3 臺風災害機理研究趨勢

在我國大部分的輸電線路設計中，最大風速最小值的規定沒有考慮到瞬時風速對其造成的影響，是造成輸電線路抵御臺風能力較差的主要原因。目前我國最新的設計規范已經修訂了與風偏設計相關的參數，但是，這些參數仍然需要根據線路實際的運行狀態進行不斷的優化。與此同時，我們還需要強化對氣象資料的觀測以及收集工作，積極應用風偏在線監測技術，不斷積累線路運行資料，通過運行資料為相關參數確定合理的取值范圍，為輸電線路風偏設計提供有價值的參考。此外，還要對輸電線路中發生的風偏閃絡故障進行統計與分析，從這些故障中發現線路中存在的問題，并找出故障發生規律，制定針對性的改善措施，有效地減少線路風偏閃絡故障的發生，保證線路運行的安全性。

結語

總而言之，在電力系統中，輸電線路是最重要的組成部分，在其運行過程中，經常會受到雷擊、覆冰以及臺風等自然災害的影響，造成導線與設備出現故障或損壞，不但影響線路的正常運行，而且會帶來嚴重的經濟損失。因此，我們需要對輸電線路災害機理進行深入的研究，并根據災害機理制定針對性的輸電線路災害防治方法，有效地降低自然災害對輸電線路的影響，提高輸電線路的安全性與穩定性。

參考文獻

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