特高压输电线路雷电绕击防护性能研究

知识点：特高压输电线路

1、雷击的现状

目前情况下我国所使用的超高压电路输送都是架空输电线路，这样一来就给雷击的机会大大增加了，由于我国特殊的气候，季风性气候，导致我国在春夏等季节雷电十分频繁，我国目前的超高压输电线路跳闸的大部分原因都是由于雷击，但是目前对于类似这种的自然导致的问题，是没有太好的约束方法的，而由于雷击导致跳闸，这样一来对于城市居民的正常生活有了巨大的影响，还对工业的生产产生巨大的影响，会造成巨大的经济损失，而稍有不慎，由于雷击导致输电线路起火，还会造成巨大的灾害，甚至还会造成人员的损失，所以目前情况下，必须要对由于雷击导致超高压输电线路的破坏进行预防。为了不影响工业的正常生产，为了保障人们的日常生活正常进行，就需要对目前这种雷击导致跳闸的现象进行及时的处理，防止这种事故的多发。才能促进整个城市的发展。

2、特高压输电线路雷电绕击的主要影响因素概况

特高压输电线路雷电绕击的主要影响因素包括地面倾角、地面倾角差异下±800 kV正极性导线绕击闪络率、弧垂的不同分布以及直流特高压运行电压、塔型、塔高对绕击的影响等。

2.1 地面倾角

地面倾角显著影响特高压线路的绕击特性，可以明显减弱山坡地形下地面导线屏蔽作用，增加绕击电流范围，造成杆塔易受到远距离大电流绕击。特高压直流线路绕击跳闸频率也会随地面倾角的增加而增大。科研人员针对绕击概率最高的±800 kV正极性导线绕击闪络率分析，如图1所示。

图1不同地面倾角下±800 kV正极性导线绕击闪络率

2.2 直流特高压电压运行

直流特高压运行线路可以抑制地线发展先导，易使正极性线路表面产生的上行先导与雷电下行先导发生连接。交流电压下交流特高压线路的绕击跳闸率和工作电压相位相关，特高压ZMP2塔不同相位下的绕击跳闸率如图2所示。

图2不同工作相位下交流特高压线路绕击跳闸率

工作相位差异下，交流特高压线路绕击跳闸率如图2所示。工作相位90°、270°时，导线电压等于0。交流特高压线路在正半周工作电压下相应绕击闪络率和无工作电压时对比增量，比负半周工作电压下的绕击闪络率减少部分大，导致跳闸率高。

2.3 塔型、塔高对绕击的影响

杆塔上绝缘子和导线的排列方式、保护角、高度都能对绕击跳闸率产生影响。现实中，绝缘子和导线排列方式主要通过保护角发挥相关的作用。

1000 kV特高压线路绝缘子和导线排列方式如图3所示。计算得出杆塔高度、保护角、绝缘子相同的M型排列和3V型排列对比，M型绕击跳闸率比3V型排列小。M型与3V型导线三角排列与水平排列对比得出，3V三角排列的绕击闪络率小。

图3 1 000 kV特高压线路直线杆塔绝缘子及导线排列型式

杆塔高度、保护角对影响绕击明显。塔型高、保护角大时，地面与地线的屏蔽作用减弱，使遭受绕击的几率增大，要通过校核保证杆塔的防绕击性能。

2.4 保护角

特高压线路防雷手段是架空地线，而保护角是影响架空地线对导线保护屏蔽性能的重要因素。特高压直流线路要求保护角严苛：保护角等于0°时，存在小幅值雷电流绕击概率；负保护角可获得较好的防绕击性能。不同保护角下交流特高压线路绕击跳闸率，如图4所示。

图4不同保护角下交流特高压线路绕击跳闸率

2.5 避雷线弧垂分布差异

避雷线弧垂比导线弧垂大时，减小档距中央保护角，提升线路档距中央绕击概率。因保护角越小绕击越不容易发生，直流线路需要使用负保护角。运行电压、保护角、地面倾角、塔型、弧垂，都是影响超特高压线路绕击性能的参数。地面倾角越大，地面屏蔽越容易减小，线路越易发生绕击。因自然界负极性雷比正极性雷多，直流线路正极性线路易产生绕击跳闸。

3、特高压线路绕击防护措施选择

目前架空线路防雷措施的选择一般依据国网公司差异化防雷指导意见进行，并取得了良好效果。但特高压线路绕击防护有自身特点，因此有必要考虑针对特高压线路的绕击防护措施选择方法。本文根据对避雷器、杆塔侧针等各类绕击防护措施的分析，建议对特高压线路采用以下思路选择合适的绕击防护措施：①计算单基杆塔装设避雷器或装设杆塔侧针后该杆塔的绕击跳闸率，计算时考虑雷电多重回击对避雷器防护性能的影响、杆塔侧针有效保护范围；②对需要进行防雷改造的杆塔，设置不同避雷器杆塔占比的改造方案；③计算每一种防雷改造方案的雷击跳闸率和改造造价；④根据每种方案改造后的跳闸率和造价，选择最优方案。最优方案可根据运维单位条件决定，如希望在最经济的条件下达到跳闸率控制目标，或达到尽量低的跳闸率等。

4、结论

ａ．交直流特高压线路雷电绕击受到运行电压、保护角、地面倾角、杆塔塔型等因素的影响。

ｂ．线路避雷器可有效提升线路绕击耐雷水平，但大绕击电流、多次回击下避雷器能否承受雷电能量尚需进一步研究。

ｃ．杆塔侧针在特高压线路上需要进一步积累运行经验，侧针的有效保护范围尚需进一步研究。

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