超高压直流输电线路雷电绕击问题

超高压直流输电线路雷电绕击问题

发表时间：2019-06-10T09:57:46.360Z 来源：《电力设备》2019年第3期作者：孟祥

[导读] 摘要：近年来“西电东送，南北互供，全国联网”发展战略的实施压交直流输电线路的大力建设和投入运行，我国电力事业己进入高速发展期。

（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司昆明局云南昆明 650217）

摘要：近年来“西电东送，南北互供，全国联网”发展战略的实施压交直流输电线路的大力建设和投入运行，我国电力事业己进入高速发展期。雷击一直是输电线路发生跳闸故障的首要原因之一，然而，由于雷电活动规律及线路防雷问题的复杂性，线路防雷工作仍然十分艰巨，而绕击雷是超高压输电线路雷击跳闸的主要原因。本文就超高压直流输电线路雷电绕击问题展开探讨。

关键词：超高压输电线路；雷电；绕击；防雷

1雷击过电压

反击过电压。在雷电击中塔顶的先导放电阶段，导线、避雷线和杆塔上都会感应出带异性电的束缚电荷。在主放电阶段，先导通道中的负电荷与杆塔、避雷线及大地中的正电荷迅速复合，形成雷电冲击电流。此时，一方面负极性的雷电冲击波沿着杆塔向下和沿避雷线向两侧传播，使塔顶电位不断升高，并通过电磁耦合使导线电位发生变化；另一方面由塔顶向雷云迅速发展的正极性雷电波，引起空间电磁场的迅速变化，又使输电线上出现正极性的感应雷电波。作用在线路绝缘子串上的电压为横担高度处杆塔电位与导线电位之差。这一电压一旦超过绝缘子串的冲击放电电压，反击就会发生。（2）绕击雷过电压原理图如图1所示。不考虑避雷线和输电线间的耦合作用以及杆塔接地的影响，从A点看，雷击放电可以等值为幅值等于I/2的雷电流波，或幅值等于U0=IZ0/2的雷电压波，沿波阻抗为Z0的雷电通道传播到达A点。设输电线为无限长，即不考虑输电线远端返回A点的反射波，则根据彼德逊法则，可以得到电流源等值电路。其中ZC/2为导线的等值波阻抗，即A点两侧导线波阻抗ZC的并联值。按图3的绕击雷过电压等值电路可求得雷击点A的电位为：

图1 绕击雷过电压原理图

2超高压输电线路雷电绕击案例分析

将超高压输电线路作为研究对象，在输电线路还没有受到雷击之前，需要首先确保其运行状态的正常，确保其不存在任何故障及安全隐患。1（1）雷击故障发生过程。在2017年6月21日，研究的超高压输电线路中的B相突然跳闸，重合闸成功。而其所属电站存在两类动作痕迹，主一保护测距距离该站有15千米左右，而主二保护测站距离电站为17千米，至于电站行波测距则距该类电站40千米。（2）雷击故障处理状况。输电部门在获取因雷击而产生跳闸故障的信息数据时，会及时赶赴雷击现场，并对相关信息进行采集与分析，并根据自身所掌握的信息数据及当地的天气情况，来对雷电电位系数进行详细的分析与比对，将该区域设定为今后巡视的重点区域，并加强对该区域的防雷工作及相关培训工作。通过对雷击现场的详细检查发现，1塔B相线路存在非常明显的放电痕迹，且B相中的绝缘子外部、横担操作板、距离较近的导线以及塔地线放电间隙也同样存在放点痕迹。在这之中，塔地线放电间隙所存在的放电痕迹最不明显。经过详细的分析与研究，将1塔视为此次跳闸事故的事发点。（3）引发该类故障的具体原因。通过详细的检查与认证发现，1塔前后通道都是相对比较安全的，在跳闸故障发生的过程中，该区域正处于雷电活动的时间。在故障发生的时候，1塔的防雷水平大约在150kA左右，而抗绕击雷水平则在22kA左右，明显的抗绕击雷水平较低。通过对雷电定位信息的分析与研究，证明了跳闸过程中的类电流为38kA，而1塔的抗绕击雷水平仍然啊稳定在22kA，这就导致了跳闸事故的发生。此外，跳闸事故发生的过程中，塔的侧边就是山凹，跳闸设施为单相，且固定在半山腰中，1塔B相线路存在非常明显的放电痕迹，且B相中的绝缘子外部、横担操作板、距离较近的导线以及塔地线放电间隙也同样存在放电痕迹。通过对本次故障的详细分析与研究，可以认定该故障是由雷电绕击1塔B相中的导线而导致的。

3电气几何模型法绕击分析及绕击相关问题探讨

3.1杆塔地面倾斜角对绕击性能影响

随着电压等级的不断提高，输电距离的的不断增长，杆塔所处地面也不尽是地理特性较好的平原等地。经常会有延绵起伏的丘陵地区

以及山地。当杆塔位于山地时，位于斜坡外侧的导线由于地面击距的下降，绕击弧度的增加会导致绕击闪络率增加。而位于斜坡内侧的导线却因为地面击距上升，绕击弧度的减小导致绕击闪络率减小。因而，在实际设计中，应综合考虑斜坡内测外侧绕击率变化来分析地面倾角对绕击闪络率的影响。

3.2全面沿用一些较低的电阻进行塔杆接地控制

将超高压输电线路中的杆塔接地电阻数值大幅度降低，也能够有效的提高超高压输电线路的抗绕击雷能力，能够有效的降低绕击雷给输电线路正常运行所带来的影响。其主要原理为：一旦杆塔接地电阻数值降低，杆塔顶端的电位也会随之缩减，这个时候的杆塔以及杆塔上的输电线路抗雷能力就会大幅度提高，从而有效减少或避免雷击给输电线路正常运行带来影响。在对杆塔接地电阻值进行实际调试的时候，调试方式是非常多的，很多技术人员在进行电阻值调试的过程中，都会采用水平延接地体以及加装导线部件的方式来对杆塔接地电阻值进行调整，但是其并不适用于雷电绕击隐患，因此，还应当对其他调试方式进行研究与分析。

3.3绕击相关问题探讨

山区的杆塔绕击更多的原因分析。对于同一杆塔结构，绕击率会因为地面倾角的不同而改变，架设在山坡上的线路更容易遭受雷击。由于雷电的概率密度最大值出现在与地面的垂直线上，故当地面倾角为，地线保护角为时，下山坡侧的地线有效保护角应为，上山坡侧的地线有效保护角应为。(2)中相导线被绕击问题探讨。当避雷线的保护角过小时，有人担心：两避雷线之间的间距拉得过开，雷电会不会从中间“漏”进去，绕击三相导线的中间相。从EGM可以很容易分析：可能会有雷电流会绕击中相，但能够引起绕击闪络的雷电流则不会。超高压绕击耐雷水平一般大于10kA，根据击距公式，5kA的雷电流对应的击距是22.8m，双避雷线的间距要大于45.6m，5kA的雷电流才能“漏”进去。因此，从防止绕击的角度的看，避雷线的保护角应尽可能小，会好是负保护角。(3)反击和绕击区分。当雷电流较小时，无论是落在避雷线上还是导线上，均不会引起跳闸事故；随着电流幅值的提高，若雷绕击于导线上，会引起闪络跳闸；当电流幅值进一步升高，达到一定程度时，雷一般不会绕击导线，但若雷击避雷线或杆塔，会引起反击跳闸事故。

结语

总而言之，要想使超高压输电线路雷电绕击问题得到有效的解决，就必须要采取减小杆塔接地电阻值方式，并加强对可控放电避雷针的应用。

参考文献

[1]郑晓.超高压输电线路防雷电绕击保护及措施探讨[J].北京电力高等专科学校学报:自然科学版,2015.

[2]肖福.超特高压输电线路雷电绕击防护性能研究[J].中国信息化,2015.