特高壓直流輸電線路雷擊故障特性分析

韋勇 王珂

國網甘肅省電力公司檢修公司 甘肅蘭州 730050

雷擊是高壓直流輸電線路故障重啟的首要因素。特高壓直流輸電線路極線間存在著電磁耦合，一極發生故障將同時在健全極線上感應出暫態電氣量，有可能造成健全極線路保護誤動，從而導致單極故障時雙極停運，影響送端電網和受端電網的安全穩定運行。雷電流頻率范圍較大，且含有較多高次諧波，高壓直流輸電線路極線間的電磁耦合作用在雷擊情況下特別明顯?，F有大部分直流工程的控制保護系統沒有考慮高頻分量的電磁耦合，提出具有實用價值的可靠故障選極判據很有必要。

1 雷電繞擊影響因素分析

1.1 上行先導相互作用對雷電繞擊特性的影響

上行先導通道具有良好的導電性，在先導通道的頭部及周圍區域聚集了大量電荷，對先導發展過程產生顯著影響。由于導線上行先導的產生改變了空間電場分布，使避雷線上行先導的發展速度受到了抑制，當導線產生上行先導時，避雷線上行先導的發展速度將會發生突變[1]。當考慮上行先導相互作用時，避雷線和導線上行先導在起始和發展過程中會彼此影響，導線上行先導起始時下行先導頭部離地高度降低，導致擊穿時上、下行先導的位置發生顯著變化，從而可能引發雷電繞擊現象。

1.2 地面傾角

直流線路桿塔所處地面傾角中，最小為0°，最大為70°。地面傾角越小，桿塔數量越多。為了對不同傾角范圍內的雷擊重啟情況進行統計分析，在保證各個地面傾角范圍內桿塔數量基本一致情況下，選擇1°、2．5°、5°和10°作為不等距分割點，對三大直流桿塔所處地面傾角進行分類，統計計算不同地面傾角范圍桿塔平均傾角和平均雷擊重啟概率[2]。可看出，三大直流線路桿塔整體上隨著地面傾角的增大，雷擊重啟概率逐漸增大，二者呈現非常強的相關性。經計算，平均雷擊重啟概率與平均地面傾角之間的相關系數為0．98。地面傾角越大，地面對坡外側的屏蔽效果越差，造成坡外側導線更容易發生雷電繞擊。

1.3 檔距

直流線路桿塔中檔距最小179m，檔距最大2052m。以400m、500m、600m和700m為分割點對檔距進行分類，統計計算不同檔距范圍內桿塔平均檔距和平均雷擊重啟概率。桿塔雷擊重啟概率與平均檔距之間存在非常強的正相關性，相關系數為0．99，檔距越大，線路的雷擊故障重啟概率越高。檔距在700米及以上桿塔雷擊重啟概率達到0．325次/百基。這是因為大檔距一般跨越山谷、河流等，檔距中央導線高度較高，地面對導線的雷電屏蔽作用減弱，容易發生雷電繞擊。

2 特高壓直流輸電線路雷擊故障特性分析

2.1 工作電壓

為保持工作電壓在要求范圍內，正極性導線需感應出更多的正電荷，而正電荷會使導線表面場強增大，導線附近空間將出現較大的電位差，這種現象有利于導線上行先導的起始和發展。多數情況下引發雷電繞擊的雷云均為負極性，由于電荷的同性相斥，異性相吸，正極性線路表面場強大于負極性線路，這使得高壓輸電線路電壓等級相同時，負載電壓為正極性的情況下更容易遭受雷電繞擊[3]。運行經驗也表明，在特高壓直流雙極性輸電線路中，繞擊事故傾向于發生于正極性導線上。導線和避雷線之間的電極形狀不同，等效半徑也不相同，這些差異也會影響它們的表面電場分布，從而對上行先導起始和發展過程產生一定影響。

2.2 地形

當輸電線架設于山區時，在相同保護角和雷電活動條件下，地面傾角會對線路防雷性能產生顯著影響，山區線路的繞擊率約為平原地區的3倍。地形對繞擊特性的影響主要反映在改變了導線、地線的實際對地高度。隨著地面傾角增大，導線離地高度增加，大地對線路的屏蔽作用減弱，導線引雷能力增強，下行先導頭部朝著導線方向發生明顯偏移，雷電繞擊于導線的概率更高[4]。隨著地面傾角的增大，輸電線路不同保護角下的雷電繞擊閃絡率也會隨之增加，在保護角較大時尤其明顯，減小地面傾角可以有效的降低線路的雷電繞擊閃絡率。

2.3 安裝附件

在直線塔的附件安裝過程需要用到兩線提升器，這里的提升器都采用“V”型繩套在導線的橫擔下面，在前后兩側的預留孔中進行懸掛，這樣可以保證橫擔的均勻受力。用提線裝置提起導線，通過50kN機動絞磨做牽引控制，將三輪放線滑車逐個和懸掛裝置解開并放落到地面，再通過柔性鋼絲繩把V型絕緣子串臨時固定，通過傳遞工具繩控制，便可將懸掛裝置和絕緣子連接部位解開，再慢慢放下懸掛裝置。最后，對絕緣子串高度進行調整，起吊線夾聯板并進行連接，導線線夾安裝完畢[5]。在提線過程中要特別注意不要對導線造成傷害，可以采用100kN的吊裝帶與21．5mm的鋼絲繩組合使用，將其上部與橫擔完成連接，避免導線在施工過程中意外下落。

3 結語

輸電線路工作電壓改變將會引起電場空間分布發生變化，對導線上行先導起始與發展能力產生影響。在負極性雷電的影響下，正極性導線更易產生上行先導，并對同側避雷線上行先導發揮抑制作用，影響其起始與發展，從而增大雷電繞擊率。在保護角相同時，隨著地面傾角增加，導線離地高度增大，大地屏蔽作用減弱，雷電繞擊導線的概率增大，因此輸電線路在山區地形下的雷電繞擊率要遠高于平原地區。