特高压直流输电线路耐雷性能分析方法研究

王法治 张巧 王远

摘 要：本文首先对特高压直流输电线路耐雷性能的影响因素进行了概述，分析了接地电阻、绝缘子串长度、杆塔高度影响等因素；随后，重点分析了特高压直流输电线路的耐雷性能模型分析方法，旨在为关注这一领域的人士提供一些可行性较高的参考意见。

关键词：特高压直流输电；耐雷性能；雷电流模型

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2018.20.167

0 引言

隨着我国国民经济的发展，社会各界对于我国电力系统供配电领域的发展，尤其是特高压直流输电线路质量，与线路耐雷性能等方面关注程度越来越高。对于现代化的电力系统供配电管理工作来说，特高压线路的质量会受到许多不同因素的影响。其中，雷电对线路质量和稳定性的影响最为明显。如何对特高压直流输电线路的进行系统分析，成为了相关领域工作人员的工作重点之一。

1 特高压直流输电线路耐雷性能影响因素

特高压直流输电线路的耐雷性能会受到多种不同的因素影响，具体内容如下：

1.1 接地电阻影响

特高压直流输电线路中，杆塔接地电阻的大小，对横担电位存在影响，进而会影响线路整体的耐雷水平。在输电线路的设计中，降低杆塔接接地电阻，是一项十分有效的反击耐雷水平的方法。据此，应用相交计算法，可以使系统的耐雷水平达到最高；应用规程法计算得出的耐雷水平最低。并且，特高压直流输电线路的耐雷水平，会随着电阻的增加而降低。现代发展法曲线，呈现出十分明显的下降趋势。当系统线路的接地电阻从5Ω增加到20Ω时，系统的耐雷水平会降低约70kA。可见，提升线路的接地电阻是提高线路耐雷水平的有效措施[1]。

1.2 绝缘子串长度影响

绝缘子串长度的增加，会在一定程度上，提升绝缘子串的绝缘水平，最终达到提高输电线路耐雷水平的目的。比如，在仿真试验中，可以将500kV的绝缘子串长度从原本的6m提高到7.5m，同时，将800kV的绝缘子串长度从原本的10m提升到11.5m。通过分析可以得出，不同绝缘子串长度情况下，特高压直流输电线路的耐雷水平。

1.3 杆塔高度影响

杆塔高度的增加，会使线路的反击耐雷能力下降。出现此种情况的主要原因是，雷击发生之后的雷电波，会在杆塔内部传播时间延长。经过接地电阻之后，再返回到杆塔之中。该过程会在一定程度上，削弱雷电流的作用。比如，某地区在进行仿真试验时，分别设定了高度为50m、60m和70m的杆塔，在其他条件相同时，判断不同杆塔的实际耐雷水平，得出了相同的结论。

2 特高压直流输电线路耐雷性能模型分析

特高压直流输电线路的耐雷性能研究工作，需要借助耐雷性能的分析模型和科学的研究方法。

2.1 仿真计算模型

（1）线路模型。在特高压直流输电线路的应用中，雷电波本身具有较多的高频率谐波波段。所以，在对类带输电线路进行测试时，要综合分析到线路随着频率变化和雷电流频变特征。比如，应用ATPDraw当中的JMARTI模型，计算输入特高压直流输电线路所在区域，各个线路的参数。根据ATPDraw进行计算模拟，最终可以得出特高压直流输电线路的反击雷击模型电路图。

（2）雷电流模型。雷电流模型式波形仿真模型中的一种特殊形式。应用该仿真模型时，需要对输电线路的防雷计算和设计特征进行模拟。根据国家电力系统特高压直流输电线路的管理标准可以得出，仿真雷电流主要是通过一个电流源并联波阻抗进行模拟实现的方法。并联的波阻抗阻值在100Ω至400Ω之间，此时将雷电波阻设定为300Ω。仿真选用的标准雷电流波形的双指数波模型，模型公式为：

其中，Im为固定雷电流值，α和β是标准常数，t为雷电发生的时间。

（3）接地电阻模型。接地电阻模型的数值，对于线路反击耐雷性能具有关键影响，根据接地电阻模型，可以计算得出雷电流和耐雷性能的函数关系。雷击杆塔顶端之后，会有一定大小的雷电流经过接地体泄流。在计算中，应用IEC推荐的公式进行计算：

其中，R0为接地电阻的阻值；I为通过接地体的雷电流数值。I0为使土壤发生电离的最小电流值。

2.2 耐雷性能分析

（1）雷击杆塔顶部。按照雷击的位置，可以将雷击的情况分成多种不同的类型，其中，影响最为明显的为雷击杆塔顶部对特高压直流输电线路造成的影响。在对特高压直流输电线路进行分析时，模拟仿真雷击杆塔顶部的情况。比如，在这一过程中，可以应用负极性雷电波击杆塔顶端的方法。在仿真模拟中，雷击会导致正极导线的绝缘子承受更大的过电压。在进行分析时，要根据正极性导线绝缘子的电位，实现仿真分析。将接地电阻设定为30Ω，可以得出，当雷电流为-350kA时，在0.0003s之后，正极导线电位会发生畸变，使系统进入到6MV峰值之后，迅速恢复到正常的工作电压。此时，绝缘子没有产生闪络情况。

（2）雷击避雷线中央。在对雷击避雷线中央的情况进行模拟仿真时，同样可以将接地电阻的初始值设定为30Ω。通过对正极性导线绝缘子没有发生闪络时的波形图，与发生闪络的波形图进行对比。经过计算可以得出，当雷电流幅值为-460kA时，系统内部的绝缘子没有发生闪络；当雷电流的幅值为-472kA时，正极性导线的绝缘子开始出现闪络。因此，可以得出，雷击避雷线挡距中央部分的耐雷水平为-472kA。结合系统当中的历史数据，可以进一步得出特高压直流输电线路的耐雷击水平，进而有针对地对系统进行优化设计。

3 总结

综上所述，文章在对特高压直流输电线路的耐雷性能影响因素进行分析的基础上，进一步探究了特高压直流输电线路的模型分析方法。通过搭建线路模型、雷电流模型、接地电阻模型等方法，可以使仿真计算模型发挥出最大的应用功效。搭配雷电杆塔顶部性能分析、雷击避雷线中央分析方法，有利于优化特高压直流输电线路的分析结果。

参考文献：

[1]周羽生，刘诗涵，刘超智.酒湖线湖南段特高压直流输电线路耐雷性能分析[J].电瓷避雷器，2018（02）：8-14+19.