雷擊高壓輸電線路對鄰近輸氣管道的電磁影響

陳華明

【摘 要】目前，隨著我國社會經濟的迅猛發展，國內的能源需求量也隨之增大，比如天然氣的使用，為了將天然氣輸送到各大城市，輸氣管道的敷設是必不可少的，但由于地理位置的限制，輸氣管道的敷設不可避免的與架設高壓輸電線路的走廊相沖突，因此，高壓輸電線路與輸氣管道近距離平行運行或交叉運行的情況越來越多。高聳的架空輸電線路易于遭受雷擊，當高壓輸電線路遭受雷擊時，雷電流會沿著輸電線路向兩側傳播，并且在其周圍產生強電磁場，電磁耦合效應會在線路走廊附近的輸氣金屬管道上產生較高的感應電壓，一旦感應電壓值超過輸氣管道絕緣層的耐壓沖擊水平，管道的絕緣層就會被擊穿，陰極保護設備損壞，嚴重時會造成管道漏氣甚至爆炸等重大事故，危及人員安全。另一方面，雷電流會沿雷擊點兩側的桿塔流入大地，造成大地電位上升，從而對輸氣管道產生阻性耦合作用。輸氣管道涂層的主要功能是防腐，其絕緣耐壓水平并不會太高，當涂層被損壞后，金屬管道會被進一步腐蝕。因此研究高壓輸電線路對鄰近輸氣管道的電磁影響是非常有必要的。

【關鍵詞】雷擊高壓；輸電線路；鄰近輸氣管道；電磁影響

引言

為研究雷擊高壓輸電線路對鄰近輸氣管道的電磁干擾問題，以220kV同塔雙回輸電線路下方并行輸氣管道為例，利用電磁暫態仿真軟件ATP建立包含輸電線路、桿塔、絕緣子、輸氣管道及其防護層的等效時域模型。綜合考慮了雷擊位置、雷電流幅值、水平間距、土壤電阻率、呼稱高度、管徑等因素對高壓輸電線路附近輸氣管道交流干擾的影響。

1我國雷擊特高壓輸電線路現狀

特高壓線路在實際運行的過程中，由于工作的電壓較高、桿塔和導線的高度較高，一旦出現雷電問題，將會導致非常嚴重的后果，因此在實際研究的過程中，需要對雷擊特高壓輸電線路的雷電屏蔽性能展開數值模擬，確定雷擊特高壓輸電線路中影響雷電性能的因素，進而制定相應的防雷措施，這種方式能夠提升雷擊特高壓輸電線路在實際應用中的雷電防護水平，進而保證我國雷擊特高壓輸電線路的正常運行。在對雷擊特高壓輸電線路雷電屏蔽性能展開評估的過程中，需要使用現場測驗、模擬測驗、理論分析以及建立仿真模型等手段，保證最終研究結果的有效性，目前應用的主要方法包括規程法、電氣幾何模型法以及先導模型法等。

在20世紀60年代之前，由于電力系統的電壓較低，主要出現的雷電災害為雷擊塔桿以及避雷線產生反擊過電壓等，面對這種情況，人們在實際性能評估中，主要采用現場測驗以及統計分析結果等方式進行。這種方法在實際應用過程中，使用方便，能應用在低壓和單回線路的防雷設計中，但是并不能將各個線路的結構特點反應出來，因此不能確定導致線路雷電屏蔽失效的原因。電氣幾何模型能夠將現場實際情況與理論相互結合，在此基礎上建立相應的分析模型，該模型在實際應用的過程中，能夠對桿塔保護地區以及地形等因素展開研究，利用EGM對50m以下的雷擊特高壓輸電線路性能屏蔽影響因素展開研究。

2雷擊高壓輸電線路對鄰近輸氣管道的電磁影響

2.1雷電流的影響

為研究雷電流對輸氣管道上產生的電磁感應電壓的影響，保持線路及桿塔的參數不變，只改變雷電流幅值，利用電磁暫態仿真軟件ATP對雷電流為10、50、100、150kA時輸氣管道上產生的電磁感應電壓進行仿真計算，因雷電流對雷擊點位置處的輸氣管道段影響最大，所以選取0號桿塔附近的管道段進行仿真計算，當雷電流為10kA時，電磁感應電壓為104.77kV，當雷電流上升到150kA時，輸氣管道上產生的瞬間感應電壓達到1317.2kV，當雷電流從10kA到150kA時，輸氣管道上產生的感應電壓從幾百kV上升到幾千kV，由此可知雷電流的大小對輸氣管道交流干擾的影響很大，當雷電流過大時，雷擊點位置附近的輸氣管道可能會被瞬間擊穿，引起火災甚至爆炸事故的發生。當雷電流變大時，它在輸電線路傳輸過程中產生的交變磁場也就越大，平行與輸電線路敷設的輸氣管道上產生的瞬時感應電壓就越大，對輸氣管道的交流干擾也就越明顯。

2.2水平間距的影響

當220kV同塔雙回輸電線路與輸氣管道之間的水平間距發生變化時，保持線路及桿塔參數不變，利用電磁仿真軟件ATP分別仿真計算出水平間距為30、60、90、120m時輸氣管道上產生的感應電壓，隨著水平間距的不斷增大，輸氣管道上產生的雷電感應電壓隨之減小。隨著水平距離的增大，雷電流所產生的交變磁場對輸氣管道的電磁影響減弱，所以輸氣管道上產生的感應過電壓也隨之減小。因此在高壓輸電線路架設與輸氣管道敷設時，要盡量避免高壓輸電線路與輸氣管道相距太近，增大兩者之間的距離，不僅會使輸電線路正常運行時對輸氣管道的交流干擾減小，也會使輸電線路在發生接地故障或遭受雷擊時對平行敷設的輸氣管道的電磁影響減弱，避免雷擊點處的管道被瞬時的高電壓擊穿。

2.3土壤電阻率的影響

為研究敷設輸氣管道地段的土壤電阻率對輸氣管道交流干擾的影響，以與220kV同塔雙回輸電線路平行運行3km的輸氣管道為例，保證線路及桿塔參數不變，只改變土壤電阻率的大小，取土壤電阻率為200、400、600、800Ω/m，利用電磁暫態仿真軟件ATP對100kA雷電流擊中桿塔時輸氣管道上產生的感應電壓進行仿真計算隨著敷設輸氣管道地段的土壤電阻率增大，輸氣管道上產生的感應電壓也隨之增大。土壤電阻率的變化對輸氣管道交流干擾的影響并不太明顯。

2.4管徑大小的影響

為研究輸氣管道的管徑對輸氣管道上產生電磁感應電壓的影響，文中對4種不同管徑的輸氣管道進行了研究分析，以與220kV同塔雙回輸電線路平行運行3km的輸氣管道為例，保持線路及桿塔參數不變，利用電磁暫態仿真軟件ATP分別對10、50、100、150kA的雷電流擊中桿塔時輸氣管道上產生的電磁感應電壓進行仿真計算，隨著輸氣管道管徑的增大，輸氣管道上產生的感應電壓隨之減小。在雷電流為100kA時，輸氣管道的外徑從1219mm變成338mm，輸氣管道上產生的感應電壓只增加了66.98kV，相對來說，輸氣管道的管徑對輸氣管道交流干擾的影響并不明顯。

2.5呼稱高度的影響

為研究呼稱高度對輸氣管道上產生的感應電壓的影響，以與220kV同塔雙回輸電線路平行運行3km的輸氣管道為例，保持線路參數不變，只改變呼稱的高度，取Δy為-3、0、3、6、9m，利用電磁暫態仿真軟件ATP對100kA的雷電流擊中桿塔時輸氣管道上產生的感應電壓進行仿真計算，仿真結果見，在其他條件不變的情況下，隨著呼稱高度的增加，輸氣管道上產生的感應電壓隨之減小。當呼稱高度增大時，雷電流產生的交變磁場對輸氣管道上的電磁影響減弱，因此輸氣管道上的感應電壓減小。但總體來看，呼稱高度的變化對輸氣管道的交流干擾影響并不是很大，在輸氣管道建設中，適當增大呼稱高度，有利于輸氣管道的腐蝕防護。

結語

隨著呼稱高度的增大，輸氣管道上產生的電磁感應電壓隨之減小，但總體來說對輸氣管道的交流干擾影響并不明顯。

參考文獻：

[1]文藝.特高壓交流輸電線路繞擊耐雷性能及其防雷措施研究[D].西華大學，2017.

[2]敬海兵.1000kV特高壓交流輸電線路防雷問題研究[D].西華大學，2017.

[3]賀恒鑫.超/特高壓輸電線路雷電屏蔽性能三維先導仿真模型研究[D].華中科技大學，2017.

（作者身份證號碼：420984199008054413）