肖建福

[摘要]隨著人們?cè)诠I(yè)上和日常生活中的用電量增加，輸電工程中對(duì)超（特）高壓輸電可靠性、安全性的要求也越來(lái)越高。眾所周知，對(duì)線路輸電威脅最大的便是雷電，輸電線路跳閘的主要原因便是雷擊閃絡(luò)，通常是雷擊桿塔的反擊閃絡(luò)和繞擊閃絡(luò)兩種，而在超（特）高壓輸電線路中主要是繞擊閃絡(luò)。本文則主要是對(duì)繞擊閃絡(luò)的繞擊防護(hù)性能性進(jìn)行研究，并通過(guò)分析關(guān)于繞擊性能評(píng)估研究的方法和模型，提出相關(guān)建議，降低繞擊閃絡(luò)的發(fā)生率。

[關(guān)鍵詞]超（特）高壓；輸電線路；雷電；繞擊；

[中圖分類號(hào)]TM621.5 [文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼]A [文章編號(hào)]1672-5158（2013）06-0378-01

隨著發(fā)電廠的發(fā)展，發(fā)電廠的電早已不局限于對(duì)電廠周圍地區(qū)的供電范圍，向外的擴(kuò)展讓傳輸電力的通道保護(hù)變得愈加重要。而在傳輸電力中，威脅最大的便是雷電，在電力系統(tǒng)中，因雷擊跳閘發(fā)生的事故占總事故的1/3以上。如果雷擊中了電力線路，雷擊產(chǎn)生的電流過(guò)大，若進(jìn)入電氣設(shè)備中，當(dāng)電氣設(shè)備承受不住雷電產(chǎn)生的電流沖擊時(shí)，會(huì)對(duì)電氣設(shè)備產(chǎn)生破壞。在超/特高壓輸電線路中，繞擊閃絡(luò)則是其主要威脅。在電力系統(tǒng)中超高壓是指330千伏及其以上，并且低于1000千伏的交流電壓等級(jí)；特高壓是指超過(guò)1000千伏的交流電壓等級(jí)。而研究繞擊閃絡(luò)，通過(guò)規(guī)程法等方法分析對(duì)雷電繞擊有影響的因素，從降低超/特高壓輸電線路遭雷擊概率，是很有必要的。下面將從幾個(gè)角度來(lái)分析超（特）高壓輸電線路雷電繞擊防護(hù)。

一、雷電繞擊防護(hù)性能在超（特）高壓輸電線路中的重要性

在我國(guó)目前的超（特）高壓輸電大部分地區(qū)使用的是架空輸電線路，而高壓輸電線路跳閘的主要原因是雷電閃絡(luò)。對(duì)于自然界的約束行為，我們只能盡可能的降低其約束力。對(duì)于超（特）高壓輸電線路上的雷擊行為造成的跳閘，主要是雷電環(huán)繞之后擊中電塔所致，并非是電繞擊電塔時(shí)產(chǎn)生的反擊所致。而雷擊閃絡(luò)造成跳閘發(fā)生的事故占總事故的1/3以上，可見(jiàn)其危害。現(xiàn)在人們對(duì)電的需求可謂是一刻也不能斷，一分鐘的斷電對(duì)企業(yè)、居民來(lái)說(shuō)影響很大，甚至可以造成很大的經(jīng)濟(jì)損失。因而，加強(qiáng)對(duì)超（特）高壓輸電線路繞擊防護(hù)性能研究，提高其防護(hù)能力是十分重要的。

二、超（特）高壓輸電線路中繞擊耐雷性能常見(jiàn)的計(jì)算方法及一些模型

對(duì)于超（特）高壓輸電線路中繞擊性能的研究，常見(jiàn)的計(jì)算方法有規(guī)程法。而本文則還通過(guò)輸電線路繞擊概率模型、先導(dǎo)發(fā)展模型、電氣幾何模型以及擊距系數(shù)計(jì)算模型來(lái)分析研究繞擊性能。

（一）規(guī)程法

在用規(guī)程法進(jìn)行研究中，前提是：雷電繞過(guò)避雷線直擊導(dǎo)線的概率與避雷線對(duì)邊導(dǎo)線的保護(hù)角、桿塔高度以及線路經(jīng)過(guò)的地形地貌和地質(zhì)條件有關(guān)。因而，在規(guī)程法研究中，主要是通過(guò)平原和山區(qū)地形地貌來(lái)進(jìn)行區(qū)分。規(guī)程法的計(jì)算方法多是根據(jù)多年的經(jīng)驗(yàn)來(lái)進(jìn)行歸納總結(jié)得出的，在一定程度上是方便有用的，但是在面對(duì)超（特）高壓輸電線路時(shí)，卻有不少弊端。規(guī)程法中認(rèn)為繞擊率與雷電的電流大小無(wú)關(guān)，只是通過(guò)地形來(lái)分析區(qū)分，這導(dǎo)致在面對(duì)更強(qiáng)的高壓傳輸時(shí)，規(guī)程法則會(huì)出現(xiàn)不少漏洞。

（二）常見(jiàn)模型

在目前的評(píng)估超（特）高壓輸電線路雷電繞擊的耐雷性能方法中，有少的常見(jiàn)模型，這些模型各有千秋，在此處進(jìn)行分析，一方面進(jìn)行匯總比對(duì)，另方面，通過(guò)優(yōu)劣分析研究，在此基礎(chǔ)上不斷提高防護(hù)。首先是繞擊概率模型。繞擊概率模型是由王曉瑜教授等人在輸電線路繞擊模擬實(shí)驗(yàn)上，考慮到雷電繞擊分散性后提出來(lái)的。該模型中主要采用ZM1-39型的桿塔，比例的尺寸是143：1和120：1，通過(guò)模擬雷擊過(guò)程，尤其是在雷擊過(guò)程最后階段的模擬，目的是通過(guò)最后躍變的雷電下行先導(dǎo)，研究引雷能力及其與擊距系數(shù)之間的關(guān)系。繞擊概率模型可以較好地解釋雷擊現(xiàn)場(chǎng)的事故原因，但是繞擊概率模型畢竟是建立在實(shí)驗(yàn)?zāi)M基礎(chǔ)上的，現(xiàn)實(shí)中的雷擊與通過(guò)物理過(guò)程造成的雷擊還是有所不同，除此外，因?yàn)槭悄M實(shí)驗(yàn)，所設(shè)置的考慮影響因素是模擬實(shí)驗(yàn)的前提，而實(shí)際雷擊過(guò)程中，繞擊率有多個(gè)因素，有些是我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中未加重視的，因而，雷電繞擊概率模型缺乏一些整體性研究。其次是先導(dǎo)發(fā)展模型。雷電繞擊的先導(dǎo)發(fā)展模型是有Dellera L和Garbagnati E提出的，Rizk則在二人基礎(chǔ)上進(jìn)一步進(jìn)行研究分析，并系統(tǒng)描述了先導(dǎo)發(fā)展模型的整個(gè)過(guò)程。先導(dǎo)發(fā)展模型所持觀點(diǎn)是：雷擊是由下行雷電先導(dǎo)與產(chǎn)生于結(jié)構(gòu)物上的上行先導(dǎo)相遇而發(fā)生的。并且他們還引入了雷電流幅值和結(jié)構(gòu)物高度函數(shù)的側(cè)面距離和屏蔽失效2個(gè)參數(shù)。此模型有其優(yōu)點(diǎn)但依舊有其不足之處，沒(méi)有考慮到雷電放電過(guò)程中的分散性和其下行先導(dǎo)若低于輸電線路高度時(shí)發(fā)生雷擊線路的情況。目前，該模式還在被國(guó)內(nèi)外不少學(xué)者進(jìn)行分析研究不斷進(jìn)行改善，使其模型越來(lái)越成熟，應(yīng)用和使用范圍也越來(lái)越廣。最后也是最為常用的是電氣幾何模型。電氣幾何模型是現(xiàn)行的幾個(gè)評(píng)估模式中最為常見(jiàn)的模型。該模型是一種幾何分析計(jì)算模型，是以雷電的放電特性和線路的結(jié)構(gòu)尺寸為聯(lián)系建立起來(lái)的。其原理是由雷云向地面的先導(dǎo)放電通道頭部到達(dá)被擊物體的臨界擊穿距離（以下簡(jiǎn)稱擊距）以前，擊中點(diǎn)是不確定的，先到達(dá)哪個(gè)物體的擊距之內(nèi)，即向該物體放電；而研究者認(rèn)為擊距僅同雷電流幅值有關(guān)，與其他因素?zé)o關(guān)；先導(dǎo)對(duì)桿塔、避雷線、導(dǎo)線的擊距相等。該模型是繞擊評(píng)估的經(jīng)典模式，但依舊有些不足，例如沒(méi)有考慮雷電放電的粉星星，以及其他影響因素。同時(shí)該模型進(jìn)行試驗(yàn)的前提是，桿塔高度不高于60米，但在擊距系數(shù)計(jì)算模型中我們可以知道桿塔對(duì)繞擊防護(hù)是有影響的。

（三）擊距系數(shù)計(jì)算模型

擊距系數(shù)計(jì)算模型是以電磁場(chǎng)為基礎(chǔ)進(jìn)行研究的。以上所常用的模型很少考慮到雷電放電的分散性，更是缺乏整體研究性，而擊距系數(shù)計(jì)算研究則彌補(bǔ)了這一點(diǎn)。在該模型中，認(rèn)為避雷線和導(dǎo)線感應(yīng)電勢(shì)達(dá)到上行先導(dǎo)起始電勢(shì)時(shí)，它的表面即已經(jīng)產(chǎn)生了迎面上行先導(dǎo)。認(rèn)為雷擊點(diǎn)取決于下行先導(dǎo)和上行先導(dǎo)的傳播和最后躍變過(guò)程，最先達(dá)到下行先導(dǎo)的最后躍變條件的上行先導(dǎo)最容易成為雷擊點(diǎn)。最終得出了，桿塔高度、雷電電流幅值與先導(dǎo)對(duì)導(dǎo)線、避雷線的擊距成正比；當(dāng)桿塔高度不變時(shí)，先導(dǎo)對(duì)導(dǎo)線和避雷線的擊距數(shù)值相近；但雷電電流幅值對(duì)擊距系數(shù)基本上沒(méi)有影響。擊距系數(shù)計(jì)算模型也有不少缺點(diǎn)，處于不斷完善中。只有不斷完善和發(fā)展對(duì)繞擊防護(hù)才能更加清楚，并發(fā)揮其特點(diǎn)。

三、超（特）高壓輸電線路中雷電繞擊防護(hù)相關(guān)影響因素及建議

根據(jù)超（特）高壓輸電線路中雷電線繞擊評(píng)估的相關(guān)方法和模型的研究，我們能夠得出一些對(duì)繞擊防護(hù)有影響的一些因素，如：桿塔接地電阻、雷電流幅值以及輸電線路的特征參數(shù)。輸電線路的特征參數(shù)是指線路中桿塔的結(jié)構(gòu)、絕緣的配置、線路的地質(zhì)地形地貌、桿塔的高度以及避雷線的保護(hù)角等等。尤其是輸電線路的特征參數(shù)對(duì)繞擊防護(hù)的影響最為重要。因而，根據(jù)以上的評(píng)估方式和模型，本人再此提出一些建議僅供學(xué)習(xí)參考。首先，塔高與繞擊數(shù)成正比，因而，為提高雷電繞擊防護(hù)性能，在條件允許范圍內(nèi)，盡量的降低桿塔的高度，是可行的。其次，避雷線的保護(hù)角與繞擊率成正比，在此條件下，讓保護(hù)角足夠的小，甚至是為負(fù)，可以降低繞擊率，并且當(dāng)繞擊率為零時(shí)，避雷線對(duì)導(dǎo)線是處于完全屏蔽的。最后，地面的傾角也要盡量的小，這在最早提出的規(guī)程法中便有指出，地形地貌地質(zhì)對(duì)超（特）高壓輸電線路的繞擊防護(hù)影響是重要的，在設(shè)置輸電的架時(shí)考慮地形地貌及傾角是十分必要的。

四、結(jié)束語(yǔ)

在超（特）高壓輸電線路中雷擊事故中繞擊事故是最為主要的事故原因，本文通過(guò)對(duì)超（特）高壓輸電線路雷電繞擊防護(hù)的一些評(píng)估方式和模式的分析，我們可以看出一些影響繞擊防護(hù)的因素，對(duì)這些因素進(jìn)行防范和設(shè)計(jì)，降低繞擊率。同時(shí)，不斷完善相關(guān)的評(píng)估方法和模型，相關(guān)分析方法、模型結(jié)合使用，不斷的積累經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)解決和分析相關(guān)問(wèn)題，完善超（特）高壓輸電線路，保障供電安全。

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