探析800kV直流輸電線路雷電繞擊與反擊的識別方法

張宇

摘要：為滿足現代化建設的需要，并在電力系統規劃方案的指導下，我國開始建設高壓直流輸電線路，800kV直流輸電線路便是一項重要工程。但由于該線路易受雷擊影響，因此，本文便圍繞800kV直流輸電線路雷電繞擊與反擊原理、特點與識別方法展開了探析。

關鍵詞：800kV直流輸電線路;雷電繞擊;雷電反擊

前言：我國的經濟發展及電力需求的增長都對電力的輸送能力提出了更高的要求，這便需要保證配電網運行足夠穩定可靠。800kV特高壓直流輸電線路的興建有效緩解了當前我國電力輸送壓力大的現狀。因此，正確識別該線路的雷電繞擊與反擊并采取有效避雷措施應對至關重要。

1輸電線路雷電繞擊與反擊原理和特點簡析

1.1原理

雷電繞擊是指雷擊未受避雷線的阻擋影響，而是繞過避雷線直接擊在導線上，便會加大雷電流并向兩側傳輸，從而引發跳閘事故。它與雷電流幅值有關。雷電反擊是指雷電擊中桿塔，進而產生極大地沖擊電流，這時桿塔和避雷線便會將之分化，當桿塔引入部分電流至地下時，受其地網電阻的影響，會出現電流降壓現象，影響線路運輸[1]。它與雷電流幅值、桿塔電阻等有關。

1.2特點

負極性狀態的雷云攜帶著大量負電荷，若是出現雷電繞擊，正極絕緣子受負電荷的影響閃絡率會增高。若桿塔或避雷線被雷電反擊時，其波阻抗與地網地阻會進行攔截，電壓高的部位的閃絡率便會增加。若雷電負極性越強，正極絕緣能力便會越弱，一旦被雷擊中，便會影響電流幅值而引發線路故障。由于800kV直流輸電線路運行時其電壓保持恒定，因此，繞擊與反擊閃絡率與雷電流幅值有關。

繞擊與反擊原理、特點不同，故其識別、防護方法有異。據實際的800kV直流輸電線路運行表明，雷電繞擊與反擊是導致線路跳閘的主要因素。近年來，輸電線路發生雷擊事故的頻率有所增高，加大了雷電繞擊與反擊的識別難度，致使無法及時采取針對性措施加以防護。

2識別800kV直流輸電線路雷電繞擊與反擊的方法

800kV特高壓直流輸電線路具有輸送容量大、損耗小、不易老化且可遠距離輸電的應用優勢，可發揮優化配置電力資源的作用，促進西部開發等項目建設。但由于800kV直流輸電線路多建于地形環境比較復雜、差異較大的地區，如山地、丘陵、平原等，且結構比較繁雜，線路長且分布廣而復雜，加上氣象變化多端，雷電活動頻率高，因而導致線路極易受到雷擊，嚴重影響著運行的安全可靠性。在正確識別800kV直流輸電線路雷電繞擊與反擊前，需要結合雷電繞擊與反擊的原理與特點開展識別工作，以便為防雷措施的實施提供保障。

據雷電繞擊實際發生現象來看，除傳統的人工判斷識別方法外，800kV直流輸電線路雷電繞擊的識別方法還有：電磁暫態仿真模擬法、磁帶法、電氣幾何模型法、改進電氣集合模型法、先導發展模型法等。其中，在對800kV特高壓直流輸電線路的高桿塔、大跨越桿塔的雷電繞擊進行評估時，若是選用電氣幾何模型則會出現完全屏蔽的情況，進而影響實際的識別效果。

第一，電磁暫態仿真模擬法。首先，建立800kV特高壓直流輸電線路雷擊電磁暫態仿真模型，對出現雷電繞擊與反擊過程產生的負極性雷電流進行計算。其中，差值與入地電流值是識別繞擊與反擊的關鍵。當雷電擊中桿塔時，絕緣子會發生串電位情形，此時兩側差值大于0、入地電流值小于0。當雷電擊中導線時，此時差值小于0、入地電流大于0。若二者同時被擊中，絕緣子串點位會快速變為0。在仿真過程中可以利用雷電監測技術和系統監測雷電繞擊與反擊的閃絡情況，統計閃絡率。例如，可以應用貝杰龍法的ATP-EMTP軟件進行仿真，通過計算機建立相應的代數、常微分方程等，再對各節點的電流電壓及消耗功率進行計算，統計和形成雷電流波形以便分析線路耐雷性能。在構建暫態仿真模型前，可根據受雷擊后的800kV直流輸電線路的暫態特征分析其是否出現故障，以便為后續工作做準備。具體如下：當未出現故障時，雷擊部位的線路波阻抗應仍保持連續，暫態電壓低頻分量偏小，且波形沒有發生折反射現象，同時輸電線路兩端的電壓變化相同。而出現故障的暫態特征則與之相反。

第二，可以結合800kV特高壓直流輸電線路雷電繞擊與反擊的零模電壓變化情況進行判斷。當由雷電繞擊引起正極閃絡時，零模電壓呈現單調變化;當雷電反擊引起正極閃絡時，首次雷擊、導體反擊兩個過程中零模電壓呈現正負交替變化。但最終二者均會呈單極接地的特點。當確定為雷擊故障后，便可通過對零模電壓值以及雷電流極性等參數進行計算，最終得到模極大值，當該值大于1則為雷電繞擊，此時產生的零模電壓極性處于相同特征;小于1則為雷電反擊，此時極性呈現相反特征。若雷電流極性保持恒定時，可以根據雷電流的流向來識別雷電繞擊與反擊。當雷電流從導線流向桿塔時，便可判斷定為雷電繞擊;從桿塔流向導線則是反擊。但一旦極性發生改變，這種方法便不適用。

第三，磁帶法。該方法具有性價比高、安裝簡便、便于推廣、檢查誤差小等優勢，可以在800kV直流輸電線路雷電繞擊與反擊是的識別中發揮重要作用。首先，利用磁帶法來精確測量雷電流幅值、最大陡度，并找出峰值，以便根據數據進行有效識別。其次，可以在絕緣子、桿塔角等位置安裝質量高性能好的磁帶測量裝置，記錄好實時參數及特征。并借助GPRS技術傳輸雷電流參數，再對這些參數進行比較與分析。最后，比較流過絕緣子串桿塔塔端、塔角等位置的幅值參數，若是二者之比大于一，則可判定為雷電繞擊;若二者之比小于一，則可判定為雷電反擊[2]。而為降低磁帶法的測量誤差，可以借助多次測量取平均值法、公示比較法等來減小誤差，同時要注意磁頭的清潔。

第四，可根據800kV直流輸電線路經雷擊后的閃絡情況給其它設備帶來的影響進行判斷。如在出現閃絡時，若線路兩端的變電站母線和避雷器未發生變動，則可初步判定為是雷電繞擊。若出現變動，則可判定實施雷電反擊影響變電站的穩定性。

綜上，800kV直流輸電線路雷電繞擊與反擊的識別具體步驟為：一要觀察電壓變化率，當超過整定值時，應用錄波裝置記錄其電壓行波波形，同時采集好相關數據。二要將存在耦合關系的電壓進行解耦，即采取相模變換方式最終獲得模極大值。三要借助雙端法測量行波距。四要分析和判斷是否出現故障及故障的特征。五是若存在雷擊故障時，需計算零模電壓模極大值，據此進行雷電繞擊與反擊的判定識別，具體如上述。六要記錄好線路故障的具體位置及類型，以便為后續的維護處理等工作提供依據。目前，我國特高壓直流輸電建設與發展較晚，但工程進度較快，建設規模不斷擴大。因此，為增強800kV直流輸電線路運行的安全可靠性，防止出現雷擊閃絡與跳閘并減少雷擊事故，還要加強對特高壓直流輸電線路雷電繞擊與反擊的防護。對于繞擊，需要調整好避雷線的保護角，安裝耦合地線，亦或在架空地線上端和桿塔塔頂安裝橫向防繞擊短避雷針及可控放電避雷針，以便將小幅值雷電流引到地線上，降低故障發生風險。對于反擊，在桿塔地網建設時應確保避免出現虛焊狀況，并適當降低接地地阻等。在雷電繞擊與反擊造成的故障處理上，需結合故障類型實施相應的解決措施。

結論：800kV特高壓直流輸電線路具有重要的優化電力資源配置的作用，因此，為滿足經濟電流密度和輸電可行性的需要，還應結合當地地形氣候特點等正確識別該線路的雷電繞擊與反擊，并采取相應措施有效避雷，以提高線路運行和電網的可靠性，從而促進社會效益和經濟效益的提升。

參考文獻：

[1]譚啟德，潘超，陳鐵，等.特高壓直流輸電線路雷電繞擊影響因素研究[J].電瓷避雷器，2019（02）：157-162.

[2]李陽林，徐寧，李帆，等.特高壓直流輸電線路雷擊故障原因分析與防范[J].中國電力，2018，51（01）：59-63.