特高压直流输电线路雷击故障特性分析

韦勇 王珂

国网甘肃省电力公司检修公司 甘肃兰州 730050

雷击是高压直流输电线路故障重启的首要因素。特高压直流输电线路极线间存在着电磁耦合，一极发生故障将同时在健全极线上感应出暂态电气量，有可能造成健全极线路保护误动，从而导致单极故障时双极停运，影响送端电网和受端电网的安全稳定运行。雷电流频率范围较大，且含有较多高次谐波，高压直流输电线路极线间的电磁耦合作用在雷击情况下特别明显。现有大部分直流工程的控制保护系统没有考虑高频分量的电磁耦合，提出具有实用价值的可靠故障选极判据很有必要。

1 雷电绕击影响因素分析

1.1 上行先导相互作用对雷电绕击特性的影响

上行先导通道具有良好的导电性，在先导通道的头部及周围区域聚集了大量电荷，对先导发展过程产生显著影响。由于导线上行先导的产生改变了空间电场分布，使避雷线上行先导的发展速度受到了抑制，当导线产生上行先导时，避雷线上行先导的发展速度将会发生突变[1]。当考虑上行先导相互作用时，避雷线和导线上行先导在起始和发展过程中会彼此影响，导线上行先导起始时下行先导头部离地高度降低，导致击穿时上、下行先导的位置发生显著变化，从而可能引发雷电绕击现象。

1.2 地面倾角

直流线路杆塔所处地面倾角中，最小为0°，最大为70°。地面倾角越小，杆塔数量越多。为了对不同倾角范围内的雷击重启情况进行统计分析，在保证各个地面倾角范围内杆塔数量基本一致情况下，选择1°、2．5°、5°和10°作为不等距分割点，对三大直流杆塔所处地面倾角进行分类，统计计算不同地面倾角范围杆塔平均倾角和平均雷击重启概率[2]。可看出，三大直流线路杆塔整体上随着地面倾角的增大，雷击重启概率逐渐增大，二者呈现非常强的相关性。经计算，平均雷击重启概率与平均地面倾角之间的相关系数为0．98。地面倾角越大，地面对坡外侧的屏蔽效果越差，造成坡外侧导线更容易发生雷电绕击。

1.3 档距

直流线路杆塔中档距最小179m，档距最大2052m。以400m、500m、600m和700m为分割点对档距进行分类，统计计算不同档距范围内杆塔平均档距和平均雷击重启概率。杆塔雷击重启概率与平均档距之间存在非常强的正相关性，相关系数为0．99，档距越大，线路的雷击故障重启概率越高。档距在700米及以上杆塔雷击重启概率达到0．325次/百基。这是因为大档距一般跨越山谷、河流等，档距中央导线高度较高，地面对导线的雷电屏蔽作用减弱，容易发生雷电绕击。

2 特高压直流输电线路雷击故障特性分析

2.1 工作电压

为保持工作电压在要求范围内，正极性导线需感应出更多的正电荷，而正电荷会使导线表面场强增大，导线附近空间将出现较大的电位差，这种现象有利于导线上行先导的起始和发展。多数情况下引发雷电绕击的雷云均为负极性，由于电荷的同性相斥，异性相吸，正极性线路表面场强大于负极性线路，这使得高压输电线路电压等级相同时，负载电压为正极性的情况下更容易遭受雷电绕击[3]。运行经验也表明，在特高压直流双极性输电线路中，绕击事故倾向于发生于正极性导线上。导线和避雷线之间的电极形状不同，等效半径也不相同，这些差异也会影响它们的表面电场分布，从而对上行先导起始和发展过程产生一定影响。

2.2 地形

当输电线架设于山区时，在相同保护角和雷电活动条件下，地面倾角会对线路防雷性能产生显著影响，山区线路的绕击率约为平原地区的3倍。地形对绕击特性的影响主要反映在改变了导线、地线的实际对地高度。随着地面倾角增大，导线离地高度增加，大地对线路的屏蔽作用减弱，导线引雷能力增强，下行先导头部朝着导线方向发生明显偏移，雷电绕击于导线的概率更高[4]。随着地面倾角的增大，输电线路不同保护角下的雷电绕击闪络率也会随之增加，在保护角较大时尤其明显，减小地面倾角可以有效的降低线路的雷电绕击闪络率。

2.3 安装附件

在直线塔的附件安装过程需要用到两线提升器，这里的提升器都采用“V”型绳套在导线的横担下面，在前后两侧的预留孔中进行悬挂，这样可以保证横担的均匀受力。用提线装置提起导线，通过50kN机动绞磨做牵引控制，将三轮放线滑车逐个和悬挂装置解开并放落到地面，再通过柔性钢丝绳把V型绝缘子串临时固定，通过传递工具绳控制，便可将悬挂装置和绝缘子连接部位解开，再慢慢放下悬挂装置。最后，对绝缘子串高度进行调整，起吊线夹联板并进行连接，导线线夹安装完毕[5]。在提线过程中要特别注意不要对导线造成伤害，可以采用100kN的吊装带与21．5mm的钢丝绳组合使用，将其上部与横担完成连接，避免导线在施工过程中意外下落。

3 结语

输电线路工作电压改变将会引起电场空间分布发生变化，对导线上行先导起始与发展能力产生影响。在负极性雷电的影响下，正极性导线更易产生上行先导，并对同侧避雷线上行先导发挥抑制作用，影响其起始与发展，从而增大雷电绕击率。在保护角相同时，随着地面倾角增加，导线离地高度增大，大地屏蔽作用减弱，雷电绕击导线的概率增大，因此输电线路在山区地形下的雷电绕击率要远高于平原地区。