輸電線路雷擊仿真模型分析

摘 要 為提高輸電線路對雷擊的防護能力，本文主要對雷擊仿真模型進行了分析。文章首先從環境、線路以及避雷三方面出發，總結了輸電線路雷擊原因。其次，建立了雷電、線路，以及桿塔與絕緣仿真模型，希望能夠為有關人員提供參考，達到提高輸電線路運行安全性的目的。

關鍵詞 輸電線路;雷擊;仿真模型

前言

近些年來，我國電力領域發展速度不斷加快，輸電線路的覆蓋規模不斷加大，運行維護難度同樣有所提升。雷擊風險，屬于輸電線路運行過程中存在的主要風險，如未對其進行預防，容易導致線路發生故障，嚴重甚至會對居民的生命與財產安全造成損失。建立輸電線路雷擊仿真模型，能夠為上述問題的解決奠定基礎，因此有必要對其進行研究。

1輸電線路雷擊原因

（1）環境因素。環境因素是導致輸電線路發生雷擊風險的主要原因之一，雷擊的發生，則是導致線路出現故障的重要誘發因素。通常情況下，輸電線路故障的大小以及嚴重程度，與線路所在當地雷電的活動強度與次數存在密切聯系。例如：部分輸電線路運行區域處于郊區，周圍存在大量工廠（如：水泥、煤礦等），工廠運行的過程，將排放大量廢氣、廢水，造成環境污染，導致輸電線路周圍大氣中存在大量粉塵以及顆粒物。發生雷擊后，上述污染物會成為導體，加重雷擊的危害，導致線路故障擴大化。

（2）線路因素。耐雷效果，屬于電力領域用于評價輸電線路性能的主要因素之一，指的是線路能夠承受的雷擊的程度。影響該因素的指標，存在較多種。電阻值、線路高度，以及絕緣子串情況，均為重要指標。為預防雷擊，輸電線路建設的過程中，通常會采取避雷措施。但部分工程考慮到經濟因素，對上述措施重視程度不足，避雷線架設效果差，或未架設避雷線，則雷擊故障的發生率將明顯提升。

（3）避雷因素。實踐經驗顯示，輸電線路發生雷擊風險時，雷擊的部位一般處于避雷線以及桿塔兩大區域，其中桿塔頂部發生這一風險的概率最高。發生雷擊后，電流將沿桿塔進入大地，導致絕緣子閃絡等現象出現，最終致使過電壓等故障發生。上述故障出現后，線路將出現跳閘，導致用戶難以正常使用電力資源。

2輸電線路雷擊仿真模型

（1）雷電模型。建立雷電模型，能夠幫助電力領域的工作人員了解雷電特性，從而根據其特性，擬定雷擊預防方案[1]。實踐經驗顯示，雷擊的過程中，往往伴隨著放電，而放電的過程，通常具有不確定性，且具有隨機性。在建立雷電模型的過程中，需要充分考慮到上述問題。另外，由于輸電線路運行環境較為復雜，部分區域地形起伏較大，地質環境同樣存在差異，因此，在實際建立雷電模型的過程中，對數據的測量通常存在誤差，數據具有分散性強的特點。考慮到上述問題，本文主要建立了雷電流AT中的Heidler模擬模型，這一模型的建立標準，以2.6/50μs為主，屬于直流標準，模型中的雷電流幅值為120kV。模型建立完成后，需要對其進行描述，為了減小分析難度以及工作負擔，需要盡可能保證對描述所用的數學表達式簡單可靠，便于對輸電線路雷擊特征進行定量分析。

（2）線路模型。在ATP中，工作人員可利用相應功能，對架空線路進行模擬，且能夠模擬出電力系統中各個元件的運行狀態。本文主要針對輸電線路的雷擊問題，建立了三種模型，分別為Semlyem、Noda以及Jmarti。三種模型具有其各自的優勢與缺陷，且適用性不同。本文在分析不同模型特征的基礎上，采用Jmarti模型對雷擊狀態下的架空線路運行情況進行了模擬。模型建立時，應將波阻抗設置為常數，即300Ω。

（3）桿塔與絕緣模型。①桿塔模型。建立桿塔與絕緣模型，同樣有助于實現對雷擊問題的分析。作為電力系統的重要組成部分，除輸電線路外，桿塔的材料以及結構，同樣會對系統的運行情況產生影響[2]。因此，建立桿塔模型過程中，需要重視上述兩項問題。為提高模型建立的精準性，本文主要采用仿真軟件，對桿塔模型進行了選擇，具體選擇的類型包括兩種，第一種強調利用集中電感，對雷擊的過程進行模擬。這一模型的特點在于，會忽略桿塔的波過程。第二種強調從高度入手，選擇高度較大的桿塔，對其結構進行分析，將桿塔本身視為一個參數，且該參數具有均勻的特點，選擇完成后，需要取一個波阻抗，進行模擬分析。對上述兩種模型進行對比可以發現，后者具有分析精確度高的優勢。該模型具有上述優勢的原因，與其考慮到了桿塔的波過程存在聯系。電力系統中的桿塔，波阻抗數值并非完全固定，將波過程納入到模型建立的過程中，能夠更加準確的反映輸電線路的雷擊特征。本文建立桿塔模型所選輸電線路以35kV線路為主，屬供電線路，模擬計算的過程中，可以采用等效抗阻對桿塔進行替代，將其分別設置為5Ω～15Ω，將桿塔高度設置為20m，便可得到最終模型。②絕緣模型。本文所建立的絕緣模型，為絕緣子串模型。在輸電線路運行的過程中，一旦發生雷擊，線路的絕緣子串運行狀態必然受到影響，部分情況下，容易出現閃絡問題。在該現象出現后，接地現象便會發生，線路則會出現雷電侵入波。在建立仿真模型時，應充分認識到該問題，并確定閃絡發生時的電壓，確保所建立的模型能夠準確模擬雷擊發生時輸電電路絕緣子串的狀態。

3結束語

綜上所述，本文對輸電線路雷擊仿真模型的研究，為電力領域提供了參考，有助于全面預防雷擊，并在雷擊發生后，盡可能減小電力領域與電力用戶的損失。未來，有關人員應積極將該模型應用到輸電線路的運行維護過程中，在提高運維水平的基礎上，改善線路運行環境，確保電力系統能夠穩定、安全的運行。

參考文獻

[1] 張明旭，康淑豐，霍亞男.基于EMTP的220kV輸電線路反擊模型建立及典型案例分析[J].黑龍江科技信息，2018（34）：98，102.

[2] 范冕，萬磊，戴敏.1000kV/500kV特、超高壓同塔4回交流輸電線路雷電性能仿真分析[J].高電壓技術，2017，39（3）：584-591.

作者簡介

郭永哲（1993-），男，浙江寧波人;學歷：本科，職稱：助理工程師;現就職單位：國網上海市電力公司市南供電公司，研究方向：輸電線路。