侧针对改善高压输电线路雷电屏蔽的实验研究

王钦钦

（国网长春供电公司，吉林长春，130041）

侧针对改善高压输电线路雷电屏蔽的实验研究

王钦钦

（国网长春供电公司，吉林长春，130041）

为了研究侧针对改善高压输电线路雷电屏蔽性能的机理，本文中采用缩比模拟实验，对实验过程中放电现象进行观测，并对试验结果进行分析，重点探讨了在放电过程中，击中点的选择和侧针对提高雷电屏蔽性能的作用机理。试验结果表明，下行放电和迎面放电两者之间相互作用、互相影响，而在不同的间隙结构下，只有在侧针的长度大于间隙临界电晕半径时，侧针才能够明显改善高压输电线路的雷电屏蔽性能。

高压交流；雷电屏蔽；模拟实验

0 引言

一直以来，如何有效提高高压输电线路的抗雷击性能都是一个有待科研工作者解决的技术难题。在高压电路运行中，由于雷电电击而产生的事故数量占到所有事故数量中的7成以上，比例相当之大。研究表明，随着输电线路系统电压等级的不断提高，所需承受雷电电击的能力也在不断提高。另一方面，随着输电线路系统工作电压的不断提高，输电线上更容易产生上行先导，减弱避雷针的避雷效果，以上两者综合作用时，会导致绕击跳闸概率显著提高。

前苏联、日本以及我国的输电电路系统由于遭受雷击而跳闸的主要原因是绕击，随着国家电网的主干输电网络越来越多的采用高压电网，如何有效减少雷电电击产生的跳闸，提高输电线路系统的稳定性变得越来越重要。因此，在输电线路系统遭受雷电袭击时，如何有效解决绕击防护的技术问题成为技术发展的关键。

雷电屏蔽理论表明，当保护角足够小，绕击最大电流小于绕击耐雷能力时，输电线路不会产生绕击跳闸。因此，输电线路预防雷电绕击所采取的常规技术手段是设计较小的保护角。但是，当输电线路的局部位于转角塔附近，或者斜山坡等特殊位置时，依旧容易产生较高的跳闸率。而在这些特殊区域，采用较小保护角来达到提高抗雷击屏蔽性能的目的效果十分有限。因此，除了设计设计较小的保护角外，还要在输电线路的运行中采取一些雷电屏蔽措施，以达到保障输电线路安全的目的。

1 实验研究

1.1 试验方案

本文中的试验研究采用模拟实验法，选择1:10和1:20两种不同的比例模拟1000千伏高压输电线路。模拟试验中根据距离电极距离的不同安装不同的水平侧针。实验采用7200千伏冲击电压发生器，在每个位置放电次数为30次，依据模拟实验过程中观测记录的击中避雷针、导线以及大地的次数来计算绕击导线所占的百分比。

1.2 试验结果

无侧针试验结果表明，当选用1:10的缩小比例进行实验时，无侧针导线的绕击比例是60%，而在1:20的缩小比例进行实验时，无侧针导线的绕击比例是50%。而加装侧针后的试验结果表明，侧针长度对输电线路避雷效果的影响较为明显，随着侧针长度的不断增加，输电线路的雷电屏蔽效果不断提高。当缩小比例为1:10时，侧针长度为5cm的时对输电线路雷电屏蔽性能的影响不显著，而当侧针长度达到10cm及以上时，绕击比例下降至30%，减小为无侧针时的一半。当缩小比例为1:20时，当侧针长度为5cm及以上时，绕击比例下降至无侧针时的30%-40%，雷电屏蔽性能改善明显。

2 击中点及放电过程

在模拟实验进行过程中，可以通过高速摄影机对整个放电过程进行记录，所拍摄的放电照片清晰的反映了在放电过程中击中点是如何选择的，同时还可以帮助实验者更好的观察下行先导的发展过程、迎面先导的发展过程以及最后跃变等不同的实验阶段。

通过对放电照片进行统计分析可以发现，绝大多数击中导线的放电在初始阶段就会朝着导线的方向发展，而大多数集中避雷针的下行放电则在初始阶段会朝着偏离导线方向发展。

在放电过程中，有一小段自由先导段出现在下行放电的过程中，占整个放电过程的10%左右，虽然其在整个放电过程中所占的比例十分有限，但却影响着击中点的选择。

由于迎面放电的真实雷击资料较为缺乏，导致部分学者对迎面放电多持怀疑态度。在模拟试验过程中拍摄的放电照片中可以看到明显的迎面放电现象，同时在可以发现，随着放电间隙的不断增加，迎面放电的发展空间得到了极大地改善。

无论是在实际的雷电放电过程，还是实验室模拟放电过程，击中点的选择与被击中物体的迎面放电竞争密切相关。试验结果表面，迎面放电发生的越早，越迅速，迎面放电的发展越充分，越有可能与下行放电通道相连。由此可见，迎面放电的发展程度是决定击中点最重要的决定因素。

3 侧针引雷机理

3.1 侧针的临界长度

在模拟试验中，当间隙为5m时，侧针长度为5cm的实验组绕击概率与对照组相比，未有明显改变；而侧针长度为10cm及以上时，绕击概率的降低作用显著。当间隙为3m时，侧针长度为2.5cm的实验组的绕击概率与对照组相比，未有明显改变；而侧针长度为5cm及以上时，绕击概率降低明显。试验结果表明，当侧针的长度大于间隙临界电晕半径时，对雷电的屏蔽作用才会变得明显。

3.2 侧针与迎面放电的发展

模拟实验结果表明，当侧针长度超过某一定值后，迎面放电的产生概率迅速增加。当避雷针安装侧针后，避雷针的上行先导发生所需的初始电压降低，使得在被击中物体表面更容易产生迎面放电。

4 结论

在输电线路设计之初，选择较小的保护角对于提高输电线路系统的抗雷电性能具有重要作用，在实际操作中，对于局部特殊区段，可以采用增效措施达到提高输电线路雷电屏蔽性能的目的。击中点的选择与被击中物体的迎面放电竞争有关，迎面放电发生的越早，越快，迎面放电发展越充分，越容易与下行放电通道相连。只要当水平侧针的长度超过临界电晕半径时，水平侧针才能够有效的提高雷电屏蔽性能。

[1]钱冠军,陈维江,陈家宏,谷山强,贺恒鑫,向念文,谢施君.侧针对改善特高压交流输电线路雷电屏蔽的实验观测[J].高电压技术,2010,36(01):103-108.[2017-08-07]. DOI：10.13336/j.1003-6520.hve.2010.01.047.

[2]郭秀慧,李志强,钱冠军.输电线路绕击防护的新措施[J].高电压技术,2005,(07):37-38+41.[2017-08-07].DOI：10.13336/j.1003-6520.hve.2005.07.013.

Experimental study on the improvement of lightning shielding for high voltage transmission lines

Wang Qinqin
（State Grid ChangChun Power Supply Company,Changchun Jilin,130041）

To study the side for improving the mechanism of high voltage transmission line lightning shielding performance, this article USES the shrinkage than analog experiment, the discharge phenomenon in the process of experiment, and the test results were analyzed, and mainly discussed in the process of discharge, the hit point selection and side for improving the mechanism of the lightning shielding performance The test results show that the downward discharge and head on interaction between discharge and influence each other, and under different gap structure, only in the side length of the needle is greater than the critical corona radius clearance, side needle can obviously improve the lightning shielding performance of transmission lines

high pressure communication; Lightning shield; Simulation experiment