雷電天氣對輸電線路失效概率影響分析

摘 ?要：輸電線路因其長期露天運行，易受惡劣自然環境的侵蝕和折損，基于此，本文從輸電線路雷擊失效概率模型的構建以及輸電線雷擊概率的預測兩個方面入手，就雷電天氣對輸電線路失效概率的影響這一問題展開分析。并著重突出輸電線路防雷接地保護的實際意義，最后針對性的提出可行性措施和建議，保障輸電線路平穩運行。

關鍵詞：輸電線路;防雷接地設計;雷電天氣;線路失效

中圖分類號：TM75 ???文獻標識碼：A??文章編號：1671-2064（2019）16-0000-00

0 引言

基于從業經驗和電力系統運行數據可知，雷電會干擾輸電線路的正常運行，造成短路、閃路等不穩定情況。并且，綜合全面的考慮輸電線路失效概率影響因素，從概率角度出發，建立了一種可以基于雷電氣象信息計算輸電線路雷擊失效概率的模型，以此為依托對輸電線路在雷電天氣下發生雷擊故障的概率作出預測，具有重要的現實意義。

1 雷電天氣對輸電線路失效概率的影響

1.1 輸電線路雷擊失效概率模型的構建

在綜合評估雷電天氣下輸電線路的可靠性這一問題時，所用方法一般以蒙特卡洛抽樣法為主。在實際工作中，通過綜合分析每一條輸電線路實際運行情況，進一步詳細確定最終的輸電線路失效概率。本次研究中，對于輸電線路失效概率的預測，主要是通過分析雷擊故障發生概率與雷電氣象參數兩者之間的關系，在此基礎上構建雷擊概率分布模型，進而借助氣象參數完成相應不斷雷擊故障發生概率預測任務。輸電線路雷擊失效概率模型的構建，則需要綜合分析輸電線路雷擊故障來實現^[1]。

要求明確雷電流幅值以及落雷側面距離兩個基本數據，與此同時計算出相應的輸電線路繞擊跳閘概。通常情況下，在相同等級的電壓條件下，假設一共有n條輸電線路出現故障問題，并且故障事件總數設定為m，那么查詢雷電信息統計記錄得出m次故障事件的雷電流幅值以及落雷距離，其中雷電流幅值取平均值，m次故障參數則可以分別記為：

（X，Y）={（x₁，y₁），（x₂，y₂）……（x_m，y_m）} ??（1）

公式（1）中的X代表的是雷電流幅值，而Y則代表落雷側面距離。

其二維正態擴散模型則如下：

（2）

上式中的h₁與h₂均為擴散系數，利用樣本集合中的樣本最大（a）、最小值（b）以及樣本的數值（M）來確定，則最終的概率計算公式可以參考下式：

1.4230×???M≤9 ??（3）

1.4208×???M≥10 ??（4）

1.2 輸電線雷擊概率的預測

對于輸電線雷擊概率的預測，首先需要獲取相應的雷達相關參數。比如：通過對氣象雷達探測的綜合分析，確定雷達資料為網格化數據，其中網格分辨率為0.01°×0.01°。其次，合理計算出落雷側面距離，具體可以通過參考線路方程的方式來實現。在具體的工作中，要求確定輸電線路所在網格的基礎經緯度信息，在此基礎上依據相應的經緯度信息，明確實際的輸電線路坐標情況。假設兩個端點的坐標分別為M1（x₁，y₁）與M2（x₂，y₂），則可以進一步得出輸電線路中關于兩個端點的直線方程。這一過程中，如果認為雷電實際放電點為雷雨范圍的中心，那么對于落雷側面距離的計算，可以參考以下公式：

d=???（5）

最后，預測輸電線雷擊概率。如果假設輸電線路所經過區域有M個網格處于雷電天氣條件下，那么此時輸電線路的雷擊失效概率可表示為：

P=1-???（6）

公式（6）中的P代表但是雷電天氣下輸電線路發生故障的概率，pi代表的是第i個網格的線路發生雷擊失效概率。

2 輸電線路防雷接地保護的重要性

2.1 降低輸電線路的雷擊故障風險

綜合分析來看，輸電線路主要是由導線、地線、接地裝置以及絕緣子串幾個基礎構件共同組成。其中絕緣體舉足輕重，確保輸電線路電能傳輸質量，在輸電線路設計過程中，需要因地制宜，結合實際設計防雷接地保護裝置，有效降低電能傳輸過程中對輸電線路的干擾，提升輸電線路的風險抵御能力。根據相關研究表明，由于雷電因素致使輸電線路跳閘事故在總跳閘事故中占據三分之二的比例，加強對輸電線路接地保護的重視，能一定程度上規避輸電線路在雷電天氣引發跳閘事故的發生頻率和故障次數。基于此，為了有效促進輸電線路運行質量的進一步提升，采取相應的防雷措施以及提高對防雷接地保護設計工作的重視，具有重要的現實意義。比如：輸電線路如果是架空線路，那么在接地設計工作中可以充分利用桿塔，發揮雷電導流功效，避免跳閘，進而保護輸電線路。做好防雷接地設計工作，提高輸電線路的防雷水平，保證線路的正常運行。

2.2 避免火災等重大事故的發生

雷電形式有直擊雷、傳導雷、感應雷三種，其中直擊雷對輸電線路破壞最大，相關調查結果顯示，在雷電天氣下，直擊雷在短短幾秒內釋放的電流，可以在空氣中形成電磁波，進而產生相應的脈沖電壓，這種情況下，如果輸電線路附近位置存在此類電磁波，則會經由輸電線路與電氣設備形成直接接觸，電氣設備將處于過電壓狀態。如果沒有及時采取針對性的處理措施，則電氣設備在長時間過電壓運行時，容易使得電氣設備過熱，誘發電氣設備故障問題，嚴重時可能會進一步導致嚴重火災問題發生。對此，綜合分析輸電線路運行實際情況，合理設計相應的輸電線路保護裝置，則可以在保證輸電線路穩定運行的基礎上，避免火災等重大事故的發生。

3 輸電線路防雷接地設計思路

3.1 合理增設避雷裝置

輸電線路防雷接地設計工作中，可以通過合理增設避雷裝置這一方式來實現。從現階段輸電線路防雷保護實際情況分析入手，應用較為廣泛的避雷裝置主要包括以下幾種：

第一，避雷線的安裝設計。輸電線路運行過程中，對于避雷線的安裝設計，其目的主要在于通過對雷電引發輸電線路產生的過電流實施分流操作，降低雷電引發過電流的影響，從而達到有效提升輸電線路安全系數的目的。在具體的安裝環節，要求綜合考慮輸電線路實際布局情況，確定避雷線在輸電線路上的具體敷設位置，以此來確保避雷線可以在不同的電壓環境下保持穩定運行，發揮出實際作用價值。比如：輸電線路的電壓環境為220kV線路，那么在避雷線敷設過程中，要求沿著輸電線路的全線，構建相應的110kV雙避雷線。假設輸電線路本身的電壓數值處于110kV～220kV之間，則可以選擇設計單避雷線的方式完成相應的輻射工作，這樣不僅可以簡化了避雷線敷設難度，并且對于避雷線實際的防雷作用也不會產生影響。此外，如果輸電線路電壓為35kV，則無需在整個輸電線路上安裝避雷線^[2]。

第二，避雷針的安裝設計。避雷針是輸電線路防雷設計中的常用裝置，與建筑物常安裝的避雷針相比而言，輸電線路的避雷針裝置其實是屬于轉移雷電的一種裝置，他通過轉移電流從而起到規避雷電的作用和效果，進而保護輸電線路的正常運作。在具體設計安裝環節，為了保證其設計安裝的合理性，需要根據輸電線路實際情況選擇不同的安裝方案。比如：針對雷電頻繁發生的輸電線路區域，對于避雷針的安裝要求選用上翹30°的避雷針，同時在完成輸電線路的兩端安裝之后，需要與導線上的避雷針構成了輸電線路的防雷設備^[3]。

第三，避雷器的安裝設計。現下，避雷針多數采用接地電阻來完成，雖然有一定防雷效用，但設計多數理想化，存在一定弊端。避雷器設計所選用的電阻避雷器為非線形的，與避雷器并聯，當輸電線路遭到雷擊后，會在串聯間隙開始放電，可以避免輸電線路上所連接的絕緣子由于線路過熱而遭到損壞。

3.2 接地電阻的設計

接地電阻是輸電線路保護設計工作中的重中之重，接地電阻主要是指接地體對地電阻的全部集合體，其電阻數值的大小作為衡量輸電線路接地裝置有效性的基礎指標之一，科學合理的接地電阻設計可以強化對輸電線路的運行管控，減少后期維護頻率，也發揮著不可忽視的積極作用。通常情況下，為了最大程度上確保接地電阻設計輔助作用的發揮，要求精準測量接地電阻阻值，在此基礎上盡可能降低接地電阻阻值，輸電線路的接地電阻設計，主要通過電流原理處理技術來實現，例如，當輸電線路電流降低，此時的接地裝置也會相應的降低自身的電阻來保證輸電線路的防雷效用，促進防雷整體效果的提升。

3.3 自動重合閘的設計

為應對輸電線路防雷問題，可以通過合理設計自動重合閘，以達到相應的防雷效果。一般情況下，輸電線路中對于自動重合閘的設計，主要是依靠自動重合閘本身在實現自動重合這一環節中，可以在瞬間斷電后快速恢復供電這一功能，通過短時間內的自動重合與啟動，降低雷擊概率和風險。 這一過程中，對于自動重合閘的設計與使用，不僅在很大程度上規避了雷擊風險問題，同時由于輸電線路能夠在短時間內快速恢復供電，因此也達到了避免停電事故影響進一步擴大的目的^[4]。基于實際工作經驗，短時間內的突然斷電以及繼而的快速恢復供電，都會使輸電線路的瞬時電壓陡然增加，此種境況下，為降低和避免輸電線路設備故障，應該在輸電線路上安裝自動重合閥，配合安裝相應的設備防護裝置，在此基礎上實現斷電與重合閘的自動操作，保證為電能用戶有效持續的提供服務和供電。

3.4 落實輸電線路檢修工作

為實現防雷效果最大化，輸電線路檢修工作就必不可少，不容忽視。輸電線路的防雷接地裝置大多處于露天環境，故此，接地裝置表面難免飄落些許灰塵，如果沒有定期進行處理，則會直接對接地設備本身的絕緣性能產生相應的影響，加大能源消耗，據此，除了定期的清理工作外，必要時還需要對輸電線路進行全面檢查。將輸電線路連接到的諸多電子設備考慮在內，比如：斷路器以及防雷接地裝置等等，為了保證這些設備性能的穩定以及作用功能的發揮，需要提高對日常清理工作的重視，充分發揮輸電線路自身性能，除此之外，還需要對防雷接地裝置進行定期清理，降低裝置的能源消耗，節約投入，提升經濟效益。

4 結語

總而言之，雷電天氣會一定層面造成輸電線路的失效，因此，強化輸電線路的防雷設計具有一定的必要性和實際意義。在具體的工作中，可以通過合理增設避雷裝置、接地電阻的設計、自動重合閘的設計以及落實輸電線路檢修工作幾個方面入手，提高輸電線路抵御雷電風險的能力，加強對輸電線路運行管理工作的重視，確保電力輸送的穩定和安全。

參考文獻

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[4] 王濤.輸電線路防雷接地設計與維護的研究[J].低碳世界，2013（12）：32-33.

收稿日期：2019-07-10

作者簡介：周俊丞（1989—），男，漢族，甘肅景泰人，就職于國網甘肅省電力公司酒泉供電公司，本科，工程碩士，工程師，研究方向：輸電線路工程設計。