关于特高压直流输电线路雷击的故障特性探讨

梁栋

摘要：以国网投运时间相对较长的±800kV复奉线、锦苏线和宾金线为例，总结特高压直流线路运行情况和防雷性能，挖掘雷击故障特征和影响性因子。针对宾金线防雷性能显著低于复奉、锦苏线的情况，从地闪密度、地面倾角、绝缘配置三方面对比差异性，并综合计算分析雷击运行性能出现差异的原因。结果表明，绕击防护是特高压直流线路亟待提升的薄弱点，宾金线故障杆塔的绕击重启率理论上是复奉线故障杆塔的5.81倍，与实际运行结果6.87倍较为接近。

关键词：雷击故障;特高压直流;输电线路;绕击;防雷

我国燃煤、水能、风能、太阳能等能源资源规模大、分布集中，而所在地区负荷需求水平较低，能源负荷中心分布较远，特高压输电以其容量大、距离远等突出优势，满足了清洁能源发展和资源优化配置的需求。特高压直流线路在引雷特性、雷击后保护动作特性等方面与交流特高压线路有着显著不同，雷击故障概率和威胁被低估。本文以复奉、锦苏、宾金线为例，对国网三大特高压直流线路雷击故障规律总结，挖掘线路雷电防护薄弱点，对比分析差异性因素，对特高压直流线路的防雷设计、改造有重要参考价值。

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。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。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。 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。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地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，这样可以保證横担的均匀受力。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。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。

结束语：

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。

参考文献

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