±800 kv输电线路雷电绕击防护性能研究

引言

随着我国经济的快速发展和能源需求的增长，电力工程的规模不断扩大，高压输电线路的建设也越来越普及[1]。然而，在输电线路的日常运行中，雷电是不可避免的自然灾害之一，精确地评估输电线路的雷电防护性能，并采取有效的防护措施，能够有效保障输电线路的安全运行和设备的正常使用[2]。目前，对于高压输电线路的雷电防护研究已经取得了一定的进展。大多数研究是基于理论模拟和实际场测相结合的方式，减少了传统场地试验的成本和投资，提高了研究的效率和准确性[3]。然而，随着输电线路电压等级的逐步提高和线路环境的复杂性增加，对于新型输电线路的雷电防护性能仍需进一步展开研究。

本文选取高电压等级的±800 kv输电线路为研究对象，通过理论分析和模拟计算，从地面倾角、工作相位、塔型和塔高、地线保护角等方面对输电线路的雷电绕击防护方案进行了研究，探讨了影响输电线路耐雷性能的关键因素，通过实测结果的对比分析，得到了雷电绕击防护优化方案。

1输电线路雷电绕击问题分析

1.1输电线路雷电绕击危害

雷电是大自然中一种非常常见的自然灾害，通常出现在高温、高湿等大气环境中。雷电所引起的问题很多，当在输电线路中发生时，将会带来一系列的危害。在输电线路中，雷电侵袭主要表现在以下几个方面：

（1）设备损坏：雷电绕击会产生高电压脉冲，容易对输电线路设备造成损坏，例如烧毁电缆、断路器、开关等。

（2）电力系统故障：雷电绕击会引起电力系统瞬时过电压，可能导致输电线路短路、跳闸等故障，影响电力系统的稳定运行。

（3）安全事故：雷电绕击可能会引起火灾、爆炸等安全事故，危及人员生命和财产安全。

（4）经济损失：输电线路遭受雷电绕击后，需要维修和更换设备，会导致经济损失。同时，电力系统故障可能会导致停电或停产，给企业和社会带来不良影响。

综上，输电线路雷电绕击时，如果能量过于巨大，可能会直接损坏输电设备和附属设备，造成财产损失，同时也可能给人们的生命财产带来威胁。即使在未造成直接损坏的情况下，雷电侵袭也容易对输电线路及其设备产生间接影响，如引发机械故障、缩短设备寿命等，对输电线路生产、运行造成严重影响，甚至导致局部区域的大面积停电，危及公共生活和经济秩序。

1.2输电线路雷电绕击机理

输电线路雷电绕击的机理是由于雷电云与地面间存在电势差，空气中的电荷会通过空气中的电离和击穿机制来形成闪电，而闪电通常会通过大气中的最短路径来释放电荷，可能会击中输电线路[4]。当闪电击中输电线路时，电流会以极快的速度通过导线传输，产生的电场和磁场也会产生电磁感应效应，从而在输电线路中产生高电压脉冲，这些高电压脉冲可能会对输电线路中的设备和元件造成损坏，导致设备烧毁或损坏[5]。此外，由于输电线路长距离输送电能，电线和地面之间的电势差会产生静电场，这种静电场也会引起雷电绕击。因此，在设计输电线路时，需要采取相应的防雷措施，以减少雷电绕击对输电线路的影响。不仅如此，雷电绕击还可能引发电磁感应效应，这将增加线路中的电压和电流，从而导致设备损坏。输电线路在雷电天气下具有非常复杂的电磁响应特性，因此需要制定可靠的防护措施。

2输电线路的特性及影响耐雷性能的因素

2.1输电线路的特性

输电线路主要由导线、塔架、绝缘子和接地系统等组成。其中，导线是输送电能的核心部件，塔架是支撑和固定导线的主要结构部件，绝缘子是导线与塔架、地面之间的电介质隔离部件，接地系统则是将输电线路接地，形成电地联通[6]。

2.2影响耐雷性能的因素

（1）导线直径、高度和间距等几何参数：导线的直径、高度和间距是影响导线自身放电特性和与周围环境相互作用的关键因素，其参数设置对于导线的耐雷性能有着重要影响。

（2）绝缘子形式、材料和结构参数：绝缘子的种类、材料以及结构参数对于防止导体与接地的介质直接接触或击穿故障的发生具有重要作用。

（3）接地电阻值和接地方式：接地引线、接地网、电感糯合等接地方式的设立直接关系到线路终端处的大地电势，对于线路的耐雷性能有着重要影响。

（4）气象环境参数：雷电活动频度、平均电场强度等气象环境参数直接影响着输电线路的雷电绕击情况，是输电线路耐雷性能评估的重要参数[7]。

3输电线路的雷电绕击特性分析

3.1地面倾角对输电线路雷电绕击特性的影响

地面倾角的变化会影响特高压输电线路的雷电绕击特性。当地面倾角变化较大时，线路的绕击频率会发生变化，绕击频率的变化会导致线路的振动特性和传输特性发生变化，对线路的稳定运行和安全性产生影响。针对绕击概率最高的±800 kv正极性导线，分别选取0°、+8°、-8°和-15°保护角进行雷电绕击闪络率统计分析，如图1所示。

过图1可以看出，地面倾角对±800 kv输电线路正极性导线的绕击特性影响较大，负保护角的增加明显减弱了地面下导线屏蔽作用，扩大了绕击电流范围。为此得出结论：±800 kv输电线路绕击跳闸频率随地面倾角的增加而增大。

3.2工作相位对输电线路雷电绕击特性的影响

3.2.1工作相位对绕击振动的影响

工作相位是指输电线路两个相间电缆的电压相位差，通常为0°、180°、270°、360°。在雷电天气下，工作相位的不同会影响输电线路的绕击振动。当工作相位为0°和360°时，线路的绕击振动较小；当工作相位为180°时，线路的绕击振动较大。因此，工作相位的不同会影响线路的稳定运行和安全性。

3.2.2工作相位对绕击频率的影响

工作相位的变化还会影响输电线路的绕击频率，当工作相位变化时，线路的绕击频率会发生变化。对±800 kv高压塔在0°、90°、180°、270°、360°等不同相位下的绕击跳闸率进行仿真评估，结果如图2所示。

从图2中可以看出，工作相位90°、270°时，线路绕击闪络率几乎等于0。±800 kv线路在工作相位0°~180°正半周绕击闪络率呈下降趋势；在工作相位180°~360°负半周绕击闪络率呈上升趋势，即跳闸率高。

3.3塔型、塔高对输电线路雷电绕击特性的影响

塔上绝缘子和导线的布置、保护角度和高度都会影响绕击跳闸率。实际上，绝缘子和导线排列布置主要通过保护角起到相关作用。

±800 kv线路绝缘子和导线排列方式如图3所示。相同塔高、保护角和绝缘子的M型排列布置与3v型排列布置相比，M型排列布置绕击跳闸率比3v型排列布置小。而M型与3v型导线三角形排列与水平排列对比，3v型三角形排列的绕击闪络率更小。如此，可以得出结论，塔的高度和保护角度对绕击特性有显著影响。如果塔形高，保护角度大，大地与地线之间的屏蔽作用会减弱，增加绕击的可能性。因此，需要通过验证来保证铁塔防绕击性能。

3.4地线保护角对输电线路雷电绕击特性的影响

架空地线是±800 kv线路常常采用的一种防雷手段，而地线保护角是影响架空地线对导线保护屏蔽性能的重要因素[8]。通过图4不同保护角下±800 kv线路绕击跳闸率可以看出，保护角小于0°时，雷电绕击闪络率很低，即在负保护角时防绕击性能较好，而在正保护角时绕雷击闪络概率呈现递增的趋势。

4结束语

本文针对±800 kv输电线路在雷电环境中的防护问题，通过评估不同工况下输电线路的耐雷性能，探讨了对其影响的关键因素，并对±800 kv输电线路进行了测试，测试对象包括输电线路的地面倾角、工作相位、塔型和塔高、地线保护角等。通过对计算结果的对比分析，找到了有效、实用的雷电绕击防护优化方案。