雷电天气对输电线路失效概率影响分析

摘  要：输电线路因其长期露天运行，易受恶劣自然环境的侵蚀和折损，基于此，本文从输电线路雷击失效概率模型的构建以及输电线雷击概率的预测两个方面入手，就雷电天气对输电线路失效概率的影响这一问题展开分析。并着重突出输电线路防雷接地保护的实际意义，最后针对性的提出可行性措施和建议，保障输电线路平稳运行。

关键词：输电线路;防雷接地设计;雷电天气;线路失效

中图分类号：TM75    文献标识码：A  文章编号：1671-2064（2019）16-0000-00

0 引言

基于从业经验和电力系统运行数据可知，雷电会干扰输电线路的正常运行，造成短路、闪路等不稳定情况。并且，综合全面的考虑输电线路失效概率影响因素，从概率角度出发，建立了一种可以基于雷电气象信息计算输电线路雷击失效概率的模型，以此为依托对输电线路在雷电天气下发生雷击故障的概率作出预测，具有重要的现实意义。

1 雷电天气对输电线路失效概率的影响

1.1 输电线路雷击失效概率模型的构建

在综合评估雷电天气下输电线路的可靠性这一问题时，所用方法一般以蒙特卡洛抽样法为主。在实际工作中，通过综合分析每一条输电线路实际运行情况，进一步详细确定最终的输电线路失效概率。本次研究中，对于输电线路失效概率的预测，主要是通过分析雷击故障发生概率与雷电气象参数两者之间的关系，在此基础上构建雷击概率分布模型，进而借助气象参数完成相应不断雷击故障发生概率预测任务。输电线路雷击失效概率模型的构建，则需要综合分析输电线路雷击故障来实现^[1]。

要求明确雷电流幅值以及落雷侧面距离两个基本数据，与此同时计算出相应的输电线路绕击跳闸概。通常情况下，在相同等级的电压条件下，假设一共有n条输电线路出现故障问题，并且故障事件总数设定为m，那么查询雷电信息统计记录得出m次故障事件的雷电流幅值以及落雷距离，其中雷电流幅值取平均值，m次故障参数则可以分别记为：

（X，Y）={（x₁，y₁），（x₂，y₂）……（x_m，y_m）}   （1）

公式（1）中的X代表的是雷电流幅值，而Y则代表落雷侧面距离。

其二维正态扩散模型则如下：

（2）

上式中的h₁与h₂均为扩散系数，利用样本集合中的样本最大（a）、最小值（b）以及样本的数值（M）来确定，则最终的概率计算公式可以参考下式：

1.4230×   M≤9   （3）

1.4208×   M≥10   （4）

1.2 输电线雷击概率的预测

对于输电线雷击概率的预测，首先需要获取相应的雷达相关参数。比如：通过对气象雷达探测的综合分析，确定雷达资料为网格化数据，其中网格分辨率为0.01°×0.01°。其次，合理计算出落雷侧面距离，具体可以通过参考线路方程的方式来实现。在具体的工作中，要求确定输电线路所在网格的基礎经纬度信息，在此基础上依据相应的经纬度信息，明确实际的输电线路坐标情况。假设两个端点的坐标分别为M1（x₁，y₁）与M2（x₂，y₂），则可以进一步得出输电线路中关于两个端点的直线方程。这一过程中，如果认为雷电实际放电点为雷雨范围的中心，那么对于落雷侧面距离的计算，可以参考以下公式：

d=   （5）

最后，预测输电线雷击概率。如果假设输电线路所经过区域有M个网格处于雷电天气条件下，那么此时输电线路的雷击失效概率可表示为：

P=1-   （6）

公式（6）中的P代表但是雷电天气下输电线路发生故障的概率，pi代表的是第i个网格的线路发生雷击失效概率。

2 输电线路防雷接地保护的重要性

2.1 降低输电线路的雷击故障风险

综合分析来看，输电线路主要是由导线、地线、接地装置以及绝缘子串几个基础构件共同组成。其中绝缘体举足轻重，确保输电线路电能传输质量，在输电线路设计过程中，需要因地制宜，结合实际设计防雷接地保护装置，有效降低电能传输过程中对输电线路的干扰，提升输电线路的风险抵御能力。根据相关研究表明，由于雷电因素致使输电线路跳闸事故在总跳闸事故中占据三分之二的比例，加强对输电线路接地保护的重视，能一定程度上规避输电线路在雷电天气引发跳闸事故的发生频率和故障次数。基于此，为了有效促进输电线路运行质量的进一步提升，采取相应的防雷措施以及提高对防雷接地保护设计工作的重视，具有重要的现实意义。比如：输电线路如果是架空线路，那么在接地设计工作中可以充分利用杆塔，发挥雷电导流功效，避免跳闸，进而保护输电线路。做好防雷接地设计工作，提高输电线路的防雷水平，保证线路的正常运行。

2.2 避免火灾等重大事故的发生

雷电形式有直击雷、传导雷、感应雷三种，其中直击雷对输电线路破坏最大，相关调查结果显示，在雷电天气下，直击雷在短短几秒内释放的电流，可以在空气中形成电磁波，进而产生相应的脉冲电压，这种情况下，如果输电线路附近位置存在此类电磁波，则会经由输电线路与电气设备形成直接接触，电气设备将处于过电压状态。如果没有及时采取针对性的处理措施，则电气设备在长时间过电压运行时，容易使得电气设备过热，诱发电气设备故障问题，严重时可能会进一步导致严重火灾问题发生。对此，综合分析输电线路运行实际情况，合理设计相应的输电线路保护装置，则可以在保证输电线路稳定运行的基础上，避免火灾等重大事故的发生。

3 输电线路防雷接地设计思路

3.1 合理增设避雷装置

输电线路防雷接地设计工作中，可以通过合理增设避雷装置这一方式来实现。从现阶段输电线路防雷保护实际情况分析入手，应用较为广泛的避雷装置主要包括以下几种：

第一，避雷线的安装设计。输电线路运行过程中，对于避雷线的安装设计，其目的主要在于通过对雷电引发输电线路产生的过电流实施分流操作，降低雷电引发过电流的影响，从而达到有效提升输电线路安全系数的目的。在具体的安装环节，要求综合考虑输电线路实际布局情况，确定避雷线在输电线路上的具体敷设位置，以此来确保避雷线可以在不同的电压环境下保持稳定运行，发挥出实际作用价值。比如：输电线路的电压环境为220kV线路，那么在避雷线敷设过程中，要求沿着输电线路的全线，构建相应的110kV双避雷线。假设输电线路本身的电压数值处于110kV～220kV之间，则可以选择设计单避雷线的方式完成相应的辐射工作，这样不仅可以简化了避雷线敷设难度，并且对于避雷线实际的防雷作用也不会产生影响。此外，如果输电线路电压为35kV，则无需在整个输电线路上安装避雷线^[2]。

第二，避雷针的安装设计。避雷针是输电线路防雷设计中的常用装置，与建筑物常安装的避雷针相比而言，输电线路的避雷针装置其实是属于转移雷电的一种装置，他通过转移电流从而起到规避雷电的作用和效果，进而保护输电线路的正常运作。在具体设计安装环节，为了保证其设计安装的合理性，需要根据输电线路实际情况选择不同的安装方案。比如：针对雷电频繁发生的输电线路区域，对于避雷针的安装要求选用上翘30°的避雷针，同时在完成输电线路的两端安装之后，需要与导线上的避雷针构成了输电线路的防雷设备^[3]。

第三，避雷器的安装设计。现下，避雷针多数采用接地电阻来完成，虽然有一定防雷效用，但设计多数理想化，存在一定弊端。避雷器设计所选用的电阻避雷器为非线形的，与避雷器并联，当输电线路遭到雷击后，会在串联间隙开始放电，可以避免输电线路上所连接的绝缘子由于线路过热而遭到损坏。

3.2 接地电阻的设计

接地电阻是输电线路保护设计工作中的重中之重，接地电阻主要是指接地体对地电阻的全部集合体，其电阻数值的大小作为衡量输电线路接地装置有效性的基础指标之一，科学合理的接地电阻设计可以强化对输电线路的运行管控，减少后期维护频率，也发挥着不可忽视的积极作用。通常情况下，为了最大程度上确保接地电阻设计辅助作用的发挥，要求精准测量接地电阻阻值，在此基础上尽可能降低接地电阻阻值，输电线路的接地电阻设计，主要通过电流原理处理技术来实现，例如，当输电线路电流降低，此时的接地装置也会相应的降低自身的电阻来保证输电线路的防雷效用，促进防雷整体效果的提升。

3.3 自动重合闸的设计

为应对输电线路防雷问题，可以通过合理设计自动重合闸，以达到相应的防雷效果。一般情况下，输电线路中对于自动重合闸的设计，主要是依靠自动重合闸本身在实现自动重合这一环节中，可以在瞬间断电后快速恢复供电这一功能，通过短时间内的自动重合与启动，降低雷击概率和风险。 这一过程中，对于自动重合闸的设计与使用，不仅在很大程度上规避了雷击风险问题，同时由于输电线路能够在短时间内快速恢复供电，因此也达到了避免停电事故影响进一步扩大的目的^[4]。基于实际工作经验，短时间内的突然断电以及继而的快速恢复供电，都会使输电线路的瞬时电压陡然增加，此种境况下，为降低和避免输电线路设备故障，应该在输电线路上安装自动重合阀，配合安装相应的设备防护装置，在此基础上实现断电与重合闸的自动操作，保证为电能用户有效持续的提供服务和供电。

3.4 落实输电线路检修工作

为实现防雷效果最大化，输电线路检修工作就必不可少，不容忽视。输电线路的防雷接地装置大多处于露天环境，故此，接地装置表面难免飘落些许灰尘，如果没有定期进行处理，则会直接对接地设备本身的绝缘性能产生相应的影响，加大能源消耗，据此，除了定期的清理工作外，必要时还需要对输电线路进行全面检查。将输电线路连接到的诸多电子设备考虑在内，比如：断路器以及防雷接地装置等等，为了保证这些设备性能的稳定以及作用功能的发挥，需要提高对日常清理工作的重视，充分发挥输电线路自身性能，除此之外，还需要对防雷接地装置进行定期清理，降低装置的能源消耗，节约投入，提升经济效益。

4 结语

总而言之，雷电天气会一定层面造成输电线路的失效，因此，强化输电线路的防雷设计具有一定的必要性和实际意义。在具体的工作中，可以通过合理增设避雷装置、接地电阻的设计、自动重合闸的设计以及落实输电线路检修工作几个方面入手，提高输电线路抵御雷电风险的能力，加强对输电线路运行管理工作的重视，确保电力输送的稳定和安全。

参考文献

[1] 魏亚楠，谈欢欢.雷电天气对输电线路失效概率影响分析[J].山东工业技术，2019（16）：203.

[2] 任海涛.输电线路防雷接地设计与维护措施研究[J].中国新技术新产品，2016（19）：180-181.

[3] 明俊聪.有关输电线路防雷接地措施的分析[J].城市建设理论研究，2015（17）：24-25.

[4] 王涛.输电线路防雷接地设计与维护的研究[J].低碳世界，2013（12）：32-33.

收稿日期：2019-07-10

作者簡介：周俊丞（1989—），男，汉族，甘肃景泰人，就职于国网甘肃省电力公司酒泉供电公司，本科，工程硕士，工程师，研究方向：输电线路工程设计。