±800 kV输电线路雷电绕击防护性能研究.pdf

电气工程与自动化Dianqi Gongcheng yu Zidonghua土8 0 0 kV输电线路雷电绕击防护性能研究韩秋健李毅蔡鸿吉（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司柳州局，广西柳州5450 0 0)摘要：针对输电线路雷电绕击对设备和系统安全运行造成的威胁，从雷电绕击机理入手，通过分析输电线路受雷击的危害及影响耐雷性能的因素，分别从地面倾角、工作相位、塔型和塔高、保护角等方面对土8 0 0 kV输电线路的雷电绕击特性进行全面研究，结果表明，减小地面倾角、工作相位选择90 2 7 0 地线采用负保护角等能够有效提高输电线路的耐雷水平。该研究可为今后电力输电设备的防雷设计提供参考。关键词：输电线路；雷电绕击防护性能；耐雷性能：击距系数中图分类号：TM863D0l:10.19514/32-1628/tm.2023.20.0030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门。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土8 0 0 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车输电线路雷电绕击问题分析1.1转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：文献标志码：A文章编号：16 7 1-0 7 97(2 0 2 3)2 0-0 0 10-0 3（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，10机电信息2 0 2 3 年第2 0 期总第7 16 期Dianqi Gongcheng yu Zidonghua 电气工程与自动化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车输电线路的特性及影响耐雷性能的因素2.1 车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、电感耦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车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士8 0 0 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。一保护角-8 4一保护角8（0 0/）/率好里3210图1不同地面倾角下土8 0 0 kV输电线路正极性导线绕击闪络率通过图1可以看出，地面倾角对土8 0 0 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：土8 0 0 kV输电线路绕击跳闸频率随地面倾角的增加而增大。3.2二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 18 0、2 7 0、3 6 0。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3 6 0 时，线路的绕击振动较小；当工作相位为18 0 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8 0 0 kV高压塔在0、90、18 0 2 7 0 3 6 0 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 2 7 0 时，线路绕击闪络率几乎等于0。土8 0 0 kV线路在工作相位0 一保护角-15一保护角0 1020地面倾角/()3040机电信息2 0 2 3 年第2 0 期总第7 16 期11电气工程与自动化Dianqi Gongcheng yuZidonghua0.18(001/X）/率影影申里0.150.12一0.090.060.03(a）3 V 型水平排列(b）3 V 型三角形排列00000图2 不同工作相位下土8 0 0 kV线路绕击跳闸率180正半周绕击闪络率呈下降趋势；在工作相位18 0 360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。土8 0 0 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3 V型排列布置相比，M型排列布置绕击跳闸率比3 V型排列布置小。而M型与3 V型导线三角形排列与水平排列对比，3 V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土8 0 0 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不同保护角下土8 0 0 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结束语本文针对土8 0 0 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，并对土8 0 0 kV输电线90180工作相位/()270360(c)M型水平排列图33土8 0 0 kV线路杆塔绝缘子及导线排列型式0.60.50.40.30.20.10-10图4不同保护角下土8 0 0 kV线路绕击跳闸率路进行了测试，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。参考文献1张志劲，司马文霞，蒋兴良，等.超/特高压输电线路雷电绕击防护性能研究J.中国电机工程学报，2 0 0 5，2 5(10):1-6.2高康.超特高压输电线路雷电绕击防护性能分析 J.电气技术与经济，2 0 18（2）：3 9-40.3杨霄，依阳.特高压输电线路雷电绕击防护性能研究 J.(d)M型三角形排列-50保护角/()51012机电信息2 0 2 3 年第2 0 期总第7 16 期Dianqi Gongcheng yu Zidonghua 电气工程与自动化500kV输电线路覆冰故障分析及治理宁健（中国南方电网有限责任公司超高压输电公司柳州局，广西柳州5450 0 0）摘要：冬季输电线路易受到覆冰导致的故障影响，电气设备运行可靠性降低，给电网运行及生产生活带来不利影响。鉴于此，对50 0 kV输电线路覆冰故障进行了深入的研究，通过对覆冰过荷载、覆冰舞动、脱冰跳跃和覆冰闪络等不同现象的分析，对输电线路覆冰故障的治理提出了一些可行的建议。研究表明，输电线路覆冰故障主要是覆冰过多或覆冰密度较大所致，影响了输电线路的稳定运行，因此，在输电线路设计、建设和运维过程中，应当重视覆冰对线路运行的影响，并采取有效措施来减少和消除覆冰故障。关键词：覆冰过荷载；覆冰舞动；脱冰跳跃；覆冰闪络；治理方法中图分类号：TM755D01:10.19514/32-1628/tm.2023.20.0040引言高压输电线路是电力系统的重要组成部分，它承担着电力输送的重要任务。然而，极端天气条件下，如冰雪天或雨雪交加的恶劣天气，输电线路上不可避免地会出现覆冰现象，导致线路的供电能力受到严重制约 1-2 1。覆冰导致输电线路损坏的原因有很多，目前主要可以分为四种，分别是覆冰过荷载、覆冰舞动、脱冰跳跃和覆冰闪络 3 。覆冰过荷载指的是输电线路杆塔或导线在风雪交加的情况下，积雪重量增加，所承受的荷载变大而导致断裂的现象 4。覆冰舞动是指输电线路在覆冰情况下，杆塔或导线振动，导线与杆塔之间摩擦力发生变化，引起导线弯曲和振动，最终导致杆塔或导线的损坏 5。脱冰跳跃是指输电线路在冰雨或有雾气的情况下，导线和杆塔周围温度较高，覆冰层熔化，而这时覆冰层又会因为高温蒸汽产生冷却，导致跃起，造成明显的冲击力，从而加剧杆塔或导线的弯曲和振动 6 。覆冰闪络是指文献标志码：A文章编号：16 7 1-0 7 97(2 0 2 3)2 0-0 0 13-0 4输电线路在覆冰情况下，由杆塔或导线的电场强度变化导致的杆塔体或导线的电击穿 7 。本文对50 0 kV输电线路覆冰故障原因和治理方法进行了深入研究，通过对覆冰过荷载、覆冰舞动、脱冰跳跃和覆冰闪络等不同现象的分析，结合实际情况，提出了一些可行的治理和预防措施，可以为提高输电线路的安全性能提供一些参考。1常见覆冰故障及分析冬季或早春，当气温在-50、风速在115m/s时，如遇浓雾、降雨等情况，空气湿度超过8 5%，冷的浓雾（粒径较小的雨滴）、雨滴（粒径较大的雨滴)落在输电线路上会导致线路表面结冰。冰冻的雪花在下落过程中穿过温暖层时往往会变湿并融化，如果降落在低于冰点（0)的输电线路上，会以白色冰块的形式覆冰。寒冷浓雾结成的覆冰称为雾淞，冷雨滴结成的覆冰称为雨淞，雪花冻结而成的覆冰称为雪淞（也叫湿雪）。输电线路有时会遇到随气流飘浮的科技风，2 0 19（16)：197.4王振国，李特，王少华，等.浙福特高压交流输电线路避雷器绕击防护性能评估J.电瓷避雷器，2 0 2 1（5：6 1-6 5.5颜子威，龚有军，何智文.土8 0 0 kV特高压直流输电线路雷电性能及防护措施研究 J.南方能源建设，2 0 2 3，10(2):110-118.6明宇.特高压输电线路雷电绕击影响因素及防护技术J.通信电源技术，2 0 2 0,3 7（5）：2 57-2 587王少华，金祖山，李特，等.特高压输电线路雷电绕击影响因素及防护措施J.水电能源科学，2 0 18，3 6（6）：197-200.8王志勇，余占清，李雨，等.减小地线保护角对改善线路防雷性能的效果 J.高电压技术，2 0 11，3 7（3）：6 2 2-6 2 8.收稿日期：2 0 2 3-0 6-15作者简介：韩秋健（1995一），男，陕西西安人，助理工程师，主要从事高压输配电线路维护检修工作。机电信息2 0 2 3 年第2 0 期总第7 16 期13