输电线路雷电绕击评估方法分析及展望 谢永彬

输电线路雷电绕击评估方法分析及展望谢永彬

发表时间：2019-04-01T15:14:30.483Z 来源：《电力设备》2018年第29期作者：谢永彬许文广[导读] 摘要：随着我国超/特高压输电线路建设工程的发展，由雷电绕击引起的跳闸事故愈发频繁，严重影响到超/特高压输变电系统的安全可靠运行。

（河北省石家庄国网河北省电力有限公司检修分公司 050000）摘要：随着我国超/特高压输电线路建设工程的发展，由雷电绕击引起的跳闸事故愈发频繁，严重影响到超/特高压输变电系统的安全可靠运行。现有的众多雷电绕击评估方法受计算模型和雷电观测手段的限制、以及各种关键性参数与判据的不确定性等因素的影响，无法满足对输电线路雷电屏蔽性能分析准确性的需求。因此，详细阐述了当前各种雷电绕击评估方法的研究现状与进展，归纳了各方法存在的问

题，并基于此分析了输电线路雷电绕击评估方法的机遇与发展趋势，指出随着长空气间隙放电理论和雷电观测手段的研究发展，未来关于输电线路雷电绕击评估方法的重点在于根据雷电绕击微观物理过程和相应关键参数的测量，建立更为完善和准确的绕击评估方法，为输电线路差异化防雷工作的开展提供重要的理论支撑。

关键词：雷电绕击；输电线路；评估方法；长空气间隙放电；上行先导；雷电参数引言

我国能源中心和电力负荷中心在地域上存在巨大差异，导致在电网中需使用大容量、远距离、高稳定性的电能传输方式。随着我国“西电东送”发展战略的实施与深化，采用超/特高压输电方式是保障这种远距离输电的必然途径。长期以来，我国输电线路的稳定运行都遭受着各种因素以及各种方式的威胁，运行经验表明，雷击是造成我国输电线路跳闸故障的主要原因。我国输电线路大多处于旷野高山且相互间纵横交错，绵延数百至数千 km，极易遭受雷击而导致跳闸事故的发生，给国民经济带来了巨大的损失。本文针对输电线路雷电绕击问题，详细阐述了当前各种雷电绕击评估方法的研究现状与进展，结合超/特高压输电线路的特点分析了各方法中存在的问题，并对绕击评估方法的发展进行了预测与展望。

1 输电线路雷电绕击评估方法现状与问题分析 1.1 雷电参数

地闪密度和雷电流幅值概率分布是影响输电线路绕击评估结果准确性的重要参数。早年，由于雷电监测技术的限制，这 2 个参数在一个较大区域内往往只能取同一平均值，并不能体现出不同地区雷电活动的差异性。近年来，由于雷电定位系统等雷电监测技术的出现，使得雷电参数的监测能够更加精细化和精确化，在绕击评估中可以将输电线路走廊不同区段雷电参数差异化，进而更为准确地反映出输电线路各区段的绕击耐雷性能。

近年来，随着雷电定位系统定位技术的成熟、定位基站的建设完善，地闪密度可以以更为精细、更为准确的方式进行统计。雷电定位系统依靠测量雷电发生时产生的电磁波，获得雷电位置、时间、幅值等信息。目前，中国电网雷电定位系统部分区域探测效率已>90%，定位精度达到 200 m。使用这些雷电定位数据可以获得更为准确的输电线路走廊地闪密度分布情况。

1.2试验验证法

该验证方式是指通过一些雷电监测手段获得绕击模型中部分参数或过程的观测值，通过这些实测值来验证绕击模型中的一些关键参数或过程。例如，Becerra 和 Cooray 在建立上行先导模型时，为验证其模型的有效性，利用 Willett 等人在佛罗里达进行的人工引雷试验获得的平均电场对比分析了其模型的计算结果，结果表明其模型在考虑了空间电荷影响后，稳定电场与试验结果保持了很好的一致性。

2 输电线路雷电绕击评估方法的展望

前文对当前广泛应用的输电线路雷电绕击评估方法的研究现状以及存在的问题进行了详细描述与分析，尽管多年来国内外学者在该领域开展了大量的研究工作，但依然无法得到精细化的模型使其能够准确反映雷电绕击输电线路的物理过程。然而鉴于超/特高压输电线路因遭受雷击导致的跳闸事故日益增多，超/特高压输电线路的雷电屏蔽问题严重制约了我国电网的安全稳定运行，继续深入开展雷电绕击输电线路评估方法的研究工作具有重要意义。本章根据当前该领域的研究热点以及相关工作的最新进展，对输电线路雷电绕击评估方法的机遇进行了总结，并对未来发展趋势做出展望。

3 输电线路雷电绕击评估方法的发展趋势

如前文所述，随着长空气间隙放电试验与仿真研究的不断发展，能够对长空气间隙放电过程中的各物理参量实现准确观察与测量，并利用仿真模拟加深对长空气间隙放电微观过程的理解，结合自然雷电和人工引雷试验研究，通过试验与仿真方法的相互配合，将相关研究成果应用于输电线路绕击评估方法中，可以得到更为精确的评估模型。

此外，先导发展模型作为更适合超/特高压输电线路的绕击评估方法，许多学者曾提出由于该方法的工作量与时间消耗巨大，不利于实际工程应用，因此如何缩小计算量与工作耗时也是其未来发展的一大趋势。Dellera 和 Garbagnati 在提出先导发展模型的同时，通过一组应用图对输电线路耐雷水平进行简化估算从而缩短计算时间。此后，通过对2维空间的离散化处理，简化了先导的运动过程，提高了计算效率。Tavakoli 等人通过 3层感知器构成的人工智能模型缩短输电线路跳闸率的计算时间。司马文霞等人通过微分方程的形式将复杂耗时的先导发展模型简化为解析模拟方法，将先导发展模型的计算效率提升了 40 余倍，极大地推进了其工程应用发展。

4 结论

长久以来，输电线路雷电绕击评估方法的发展主要是受到我国输电线路长期遭受雷击跳闸事故以及相应的治理、设计和防护需求所推动的，尤其是近年来随着我国大力开展特高压输电线路的建设，为使其免于遭受雷击从而减少跳闸事故带来的经济损失，输电线路雷电绕击评估方法仍需要进一步的发展。本文通过对当前各种雷电绕击评估方法的研究现状进行详细分析，得到了如下结论及对未来研究的展望： 1）随着输电线路结构尺寸的增大，电气几何模型由于无法考虑雷云放电以及产生下行先导行进过程的分散性，其在超/特高压输电线路的雷电绕击评估中的计算结果误差较大，相比之下，先导发展模型更适用于超/特高压输电线路的绕击评估工作。 2）受限于当前长空气间隙放电研究的研究进展，先导发展模型中的众多参数与判据存在多样性以及争议性，且各参数与判据的准确性仍有较大欠缺，极大地限制了先导发展模型评估结果的精确度。同时，先导发展模型工作量大、耗时长的特点也制约了其在实际工程中的应用。