超特高压输电线路雷电绕击防护性能研究

肖建福

[摘要]随着人们在工业上和日常生活中的用电量增加，输电工程中对超（特）高压输电可靠性、安全性的要求也越来越高。众所周知，对线路输电威胁最大的便是雷电，输电线路跳闸的主要原因便是雷击闪络，通常是雷击杆塔的反击闪络和绕击闪络两种，而在超（特）高压输电线路中主要是绕击闪络。本文则主要是对绕击闪络的绕击防护性能性进行研究，并通过分析关于绕击性能评估研究的方法和模型，提出相关建议，降低绕击闪络的发生率。

[关键词]超（特）高压；输电线路；雷电；绕击；

[中图分类号]TM621.5 [文献标识码]A [文章编号]1672-5158（2013）06-0378-01

随着发电厂的发展，发电厂的电早已不局限于对电厂周围地区的供电范围，向外的扩展让传输电力的通道保护变得愈加重要。而在传输电力中，威胁最大的便是雷电，在电力系统中，因雷击跳闸发生的事故占总事故的1/3以上。如果雷击中了电力线路，雷击产生的电流过大，若进入电气设备中，当电气设备承受不住雷电产生的电流冲击时，会对电气设备产生破坏。在超/特高压输电线路中，绕击闪络则是其主要威胁。在电力系统中超高压是指330千伏及其以上，并且低于1000千伏的交流电压等级；特高压是指超过1000千伏的交流电压等级。而研究绕击闪络，通过规程法等方法分析对雷电绕击有影响的因素，从降低超/特高压输电线路遭雷击概率，是很有必要的。下面将从几个角度来分析超（特）高压输电线路雷电绕击防护。

一、雷电绕击防护性能在超（特）高压输电线路中的重要性

在我国目前的超（特）高压输电大部分地区使用的是架空输电线路，而高压输电线路跳闸的主要原因是雷电闪络。对于自然界的约束行为，我们只能尽可能的降低其约束力。对于超（特）高压输电线路上的雷击行为造成的跳闸，主要是雷电环绕之后击中电塔所致，并非是电绕击电塔时产生的反击所致。而雷击闪络造成跳闸发生的事故占总事故的1/3以上，可见其危害。现在人们对电的需求可谓是一刻也不能断，一分钟的断电对企业、居民来说影响很大，甚至可以造成很大的经济损失。因而，加强对超（特）高压输电线路绕击防护性能研究，提高其防护能力是十分重要的。

二、超（特）高压输电线路中绕击耐雷性能常见的计算方法及一些模型

对于超（特）高压输电线路中绕击性能的研究，常见的计算方法有规程法。而本文则还通过输电线路绕击概率模型、先导发展模型、电气几何模型以及击距系数计算模型来分析研究绕击性能。

（一）规程法

在用规程法进行研究中，前提是：雷电绕过避雷线直击导线的概率与避雷线对边导线的保护角、杆塔高度以及线路经过的地形地貌和地质条件有关。因而，在规程法研究中，主要是通过平原和山区地形地貌来进行区分。规程法的计算方法多是根据多年的经验来进行归纳总结得出的，在一定程度上是方便有用的，但是在面对超（特）高压输电线路时，却有不少弊端。规程法中认为绕击率与雷电的电流大小无关，只是通过地形来分析区分，这导致在面对更强的高压传输时，规程法则会出现不少漏洞。

（二）常见模型

在目前的评估超（特）高压输电线路雷电绕击的耐雷性能方法中，有少的常见模型，这些模型各有千秋，在此处进行分析，一方面进行汇总比对，另方面，通过优劣分析研究，在此基础上不断提高防护。首先是绕击概率模型。绕击概率模型是由王晓瑜教授等人在输电线路绕击模拟实验上，考虑到雷电绕击分散性后提出来的。该模型中主要采用ZM1-39型的杆塔，比例的尺寸是143：1和120：1，通过模拟雷击过程，尤其是在雷击过程最后阶段的模拟，目的是通过最后跃变的雷电下行先导，研究引雷能力及其与击距系数之间的关系。绕击概率模型可以较好地解释雷击现场的事故原因，但是绕击概率模型毕竟是建立在实验模拟基础上的，现实中的雷击与通过物理过程造成的雷击还是有所不同，除此外，因为是模拟实验，所设置的考虑影响因素是模拟实验的前提，而实际雷击过程中，绕击率有多个因素，有些是我们在实验中未加重视的，因而，雷电绕击概率模型缺乏一些整体性研究。其次是先导发展模型。雷电绕击的先导发展模型是有Dellera L和Garbagnati E提出的，Rizk则在二人基础上进一步进行研究分析，并系统描述了先导发展模型的整个过程。先导发展模型所持观点是：雷击是由下行雷电先导与产生于结构物上的上行先导相遇而发生的。并且他们还引入了雷电流幅值和结构物高度函数的侧面距离和屏蔽失效2个参数。此模型有其优点但依旧有其不足之处，没有考虑到雷电放电过程中的分散性和其下行先导若低于输电线路高度时发生雷击线路的情况。目前，该模式还在被国内外不少学者进行分析研究不断进行改善，使其模型越来越成熟，应用和使用范围也越来越广。最后也是最为常用的是电气几何模型。电气几何模型是现行的几个评估模式中最为常见的模型。该模型是一种几何分析计算模型，是以雷电的放电特性和线路的结构尺寸为联系建立起来的。其原理是由雷云向地面的先导放电通道头部到达被击物体的临界击穿距离（以下简称击距）以前，击中点是不确定的，先到达哪个物体的击距之内，即向该物体放电；而研究者认为击距仅同雷电流幅值有关，与其他因素无关；先导对杆塔、避雷线、导线的击距相等。该模型是绕击评估的经典模式，但依旧有些不足，例如没有考虑雷电放电的粉星星，以及其他影响因素。同时该模型进行试验的前提是，杆塔高度不高于60米，但在击距系数计算模型中我们可以知道杆塔对绕击防护是有影响的。

（三）击距系数计算模型

击距系数计算模型是以电磁场为基础进行研究的。以上所常用的模型很少考虑到雷电放电的分散性，更是缺乏整体研究性，而击距系数计算研究则弥补了这一点。在该模型中，认为避雷线和导线感应电势达到上行先导起始电势时，它的表面即已经产生了迎面上行先导。认为雷击点取决于下行先导和上行先导的传播和最后跃变过程，最先达到下行先导的最后跃变条件的上行先导最容易成为雷击点。最终得出了，杆塔高度、雷电电流幅值与先导对导线、避雷线的击距成正比；当杆塔高度不变时，先导对导线和避雷线的击距数值相近；但雷电电流幅值对击距系数基本上没有影响。击距系数计算模型也有不少缺点，处于不断完善中。只有不断完善和发展对绕击防护才能更加清楚，并发挥其特点。

三、超（特）高压输电线路中雷电绕击防护相关影响因素及建议

根据超（特）高压输电线路中雷电线绕击评估的相关方法和模型的研究，我们能够得出一些对绕击防护有影响的一些因素，如：杆塔接地电阻、雷电流幅值以及输电线路的特征参数。输电线路的特征参数是指线路中杆塔的结构、绝缘的配置、线路的地质地形地貌、杆塔的高度以及避雷线的保护角等等。尤其是输电线路的特征参数对绕击防护的影响最为重要。因而，根据以上的评估方式和模型，本人再此提出一些建议仅供学习参考。首先，塔高与绕击数成正比，因而，为提高雷电绕击防护性能，在条件允许范围内，尽量的降低杆塔的高度，是可行的。其次，避雷线的保护角与绕击率成正比，在此条件下，让保护角足够的小，甚至是为负，可以降低绕击率，并且当绕击率为零时，避雷线对导线是处于完全屏蔽的。最后，地面的倾角也要尽量的小，这在最早提出的规程法中便有指出，地形地貌地质对超（特）高压输电线路的绕击防护影响是重要的，在设置输电的架时考虑地形地貌及倾角是十分必要的。

四、结束语

在超（特）高压输电线路中雷击事故中绕击事故是最为主要的事故原因，本文通过对超（特）高压输电线路雷电绕击防护的一些评估方式和模式的分析，我们可以看出一些影响绕击防护的因素，对这些因素进行防范和设计，降低绕击率。同时，不断完善相关的评估方法和模型，相关分析方法、模型结合使用，不断的积累经验，及时解决和分析相关问题，完善超（特）高压输电线路，保障供电安全。

参考文献

[1]山西省电力公司，输电线路塔形手册[M]，北京：中国电力出版社，2009

[2]易永红，余东，关于高压输电线路综合防雷技术的研究，科技传播，2012（11）：15-19

[3]Golde R H.雷电[M1，北京：水利电力出版社，1983