超（特）高压输电线路雷电绕击防护性能研究

超（特）高压输电线路雷电绕击防护性能研究

郑楠

（国网山西省电力公司检修分公司山西省太原市030031）

摘要：在本文之中，主要是针对了超/特高压输电线路雷电绕击防护性能研究做出了全面的分析研究，并且在这个而基础之上提出了下文中的一些内容，希望能够给与同行业工作的人员提供一定价值的参考。

关键词：超/特高压；输电线路；雷电；防护性能；分析

1导言

我国目前110-500kV输电线路跳闸故障仍以雷击闪络为主，如2003年我国110-500kV线路雷击闪络跳闸占线路总跳闸的35.12％，这与目前防雷设计方法以及模型与线路实际运行状态存在差异不无关系。目前评估输电线路绕击耐雷性能方法较多，如规程法认为绕击率与雷电流大小无关，对地面倾角的影响只以平原和山区来分，而电气几何模型（EGM）提出了绕击率与雷电流幅值有关的观点，考虑导线高度、地形等因素的影响。

从国内外数十年的雷击跳闸故障的资料表明，电压等级为500kV及其以上的线路跳闸主要不是雷击杆塔时引起的反击而是绕击导线所致。但目前无论是用规程法还是击距法都无法很好地解释超、特高压输电线路跳闸率以绕击为主的事实，因此对超特高压输电线路的绕击耐雷性能进行研究，使其防雷保护技术更趋完备，具有重要的工程实际意义。

传统电气几何模型未考虑放电的分散性，没有考虑其它因素对击距的影响，而假定先导对大地、避雷线、导线的击距相等（即β=1），且是根据杆塔高度较低、保护角较大以及接地良好的线路的运行数据和模拟试验得出的模型。研究结果表明，对于超特高压线路由于杆塔高度较高，先导对大地、避雷线和导线的击距是不相等的，且β随杆塔高度h的变化而变化，

2击距系数计算模型的建立

自然界中的雷电放电（对地面物体）的放电路径从统计的角度出发，可以近似地认为垂直下行。在下行先导下落的过程中，地面物体的感应电势不断增强，当地面某目的物的感应电势达到上行先导起始电势时，地面物体开始产生迎面上行先导。对于输电线路，导线处在避雷线的下方，受避雷线一定的屏蔽作用，但是避雷线和导线上都可以产生上行先导。

为便于分析，在本模型中作了以下假设：一是忽略导线的工作电位，认为地线和导线都保持地电位；二是暂时不考虑上行迎面先导的压降，近似认为上行先导头部电位为地电位；三是不考虑下行雷电先导电荷外的其它所有电荷对空间电场的影响四是下行先导头部电位由下行先导空间电荷在其头部形成的电位确定。

因此认为只要避雷线和导线的感应电势达到上行先导起始电势时，其表面就产生迎面上行先导。并假定避雷线和导线表面产生的迎面上行先导在发展时互不影响，这是一个简化处理。下行雷电先导击中点的确定取决于下行先导和上行先导的相对传播和最后跃变过程，最先与下行先导达到最后跃变条件的上行先导将成为击中点。成为击中的物体也可能不产生上行先导，只要下行先导与该物体间的平均场强超过临界击穿场强值，雷击就会对该物体发生。

3超高压输电线路绕击耐雷性能分析

3.1超高压输电线路绕击耐雷性能程序

利用改进的击距法计算超高压输电线路绕击跳闸率，在编制程序时应确定以下参数：

（1）临界击距Rsc

取绕击耐雷水平I2所确定的击距为临界击距Rsc，而击距Rs与雷电流幅值I的关系可以采用E.R.Whitehead的公式表示，即Rs=6.72I0.8

（2）最大击距Rsm

随着雷电流的增加，雷击导线的区域减小，当雷电流大到一定程度Im时，或击中避雷线，或击中大地，不再发生绕击，则Im称为最大绕击电流，相应的击距Rsm称为最大击距。Rsm与杆塔的塔头尺寸、地形地貌具有很大的关系，通用的计算式为：

Rsm=[β(hs+hc)+sin(α+θ）?

3.2输电线路绕击耐雷性能举例分析

一是计算条件

500kV鸭福线线路长为130.309km，导线型号为：4×LGJ-400/50，地线为钢芯铝绞线，JLB1A-80；年雷电日为60天，绝缘子为LXY3-160（绝缘子高度为155mm，爬距≥380mm），28片，杆塔的接地电阻不大于7?；平均档距为480m，该线路投入运行三年以来，已经发生了两次雷击事故，并造成重大经济损失，故障杆塔地形为山区，地面倾角为三十二度。

二是计算结果及分析

现利用改进的电气几何模型法对500kV鸭福线路绕击耐雷性能进行计算分析，并与规程法、传统电气几何模型法（β=1）的结果进行比较可以看出，利用规程法和传统电气几何模型法计算的结果远低于实际线路运行情况，通过对相关公式进行利用，所计算的结果远高于实际线路运行情况，根据本文仿真模型所推导的β公式计算该线路的跳闸率与实际线路运行情况比较吻合，引起线路雷击跳闸主要是由于该杆塔高度较高，地面倾角较大（达32°）所引起的，因此需加强对该杆塔的防雷保护措施。通过进行分析之后可以发现，当地面倾角增大时，绕击跳闸率呈非线性上升，比如地面倾角小于15?时，倾角对绕击率的影响不大；地面倾角大于15?，绕击率呈倍数增加。显然这对线路的防雷保护很不利。因此当地面倾角较大时，建议采取减小保护角（可以为负值）或增加绝缘子片数等措施来降低绕击跳闸率。

大量的运行经验表明，当塔高增加时，绕击数也随之增加。随杆塔高度增加，地面屏蔽效应随之减弱，这相当于抛物线的相对位置有所变化，绕击区变大，使更多的雷不击中地面而击中导线；由此可见，杆塔高度对绕击率的影响不可忽略，因此，为提高超特高压线路的耐雷水平，在条件允许的情况下，尽量降低杆塔的高度。

雷电下行先导下落的过程中，地面物体的表面场强不断增强。对于输电线路，导线处于避雷线下方，受避雷线一定的屏蔽作用，相比而言，避雷线更易被雷电击中，而当下行先导的侧面距离足够远时，雷电将会全部击中地面。只有在一定的距离范围内才有可能发生雷电绕击导线。通过分析计算结果可以看出避雷线对边导线的保护角对输电线路的屏蔽性能有相当大的影响。保护角越大，线路的绕击率越大，当保护角足够小甚至为负值时，线路的绕击率为零，即认为此时避雷线对导线完全屏蔽。增加线路绝缘子片数，不仅可以降低线路保护角，还可以增加绝缘强度，提高线路的耐雷水平，通过分析计算结果可以看出，随着绝缘子片数的增加，输电线路绕击耐雷水平将提高。

4结论

通过对上述的内容进行分析之后可以得出，首先以电磁场理论为基础，建立了击距系数计算模型。利用自编程序仿真结果表明，随着杆塔高度的增加，先导对导线、避雷线的击距都将增加，先导对地的击距始终保持不变；同一杆塔高度下，先导对导线、对避雷线的击距数值很接近；随着雷电流幅值的增加，先导对导线、对地面的击距都将增加，但雷电流幅值的变化对击距系数基本上没有影响。其次利用线性拟合方式得β与杆塔高度H的关系式为：β=1.18?H/108.69。再次引入击距系数，对电气几何模型进行了改进，并以500kV鸭福线路的实际线路为例，根据本文仿真模型所推导的β公式计算该线路的跳闸率与实际线路运行情况比较吻合。最后杆塔高度越高、地面倾角越大、线路保护角越大，线路绕击跳闸率也就越高，增加绝缘子片数可以降低绕击跳闸率。

参考文献：

[1]李建标.雷电先导分形模型及线路耐雷性能评估方法的研究[D].重庆大学,2012.12（24）120-124

[2]李瑞芳.雷电活动及地形地貌对输电线路绕击特性的影响研究[D].西南交通大学,2012.12（24）147-151

[3]贺恒鑫.超/特高压输电线路雷电屏蔽性能三维先导仿真模型研究[D].华中科技大学,2011.12（24）185-188

[4]文艺.特高压交流输电线路绕击耐雷性能及其防雷措施研究[D].西华大学,2014.12（24）108-109