輸電線路受雷電影響的失效概率研究

陳文強 張兆坤 劉元溥

當前隨著我國電力建設的快速發(fā)展，高壓輸電線路的可靠性越來越受到人們的重視。輸電線路大多都是在郊外進行施工，輸電線路的分布較廣，線路較長，很容易受到天氣情況的影響，遭受雷電影響的情況也是相對比較多。本文將從輸電線路受雷電影響的失效情況方面進行分析，對其概率模型進行研究。

輸電線路;雷電影響;失效概率

我國當前社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，用電需求量越來越大，電網(wǎng)規(guī)模也在不斷擴大，電網(wǎng)的容量也在不斷增加，電網(wǎng)結(jié)構(gòu)也變得日益復雜，輸電工程項目的施工越來越大，大多都會集中在野外，很容易受到惡劣天氣的影響，天氣對電網(wǎng)的影響頻率也在不斷提高。雷電天氣在夏季是一種比較常見的氣候現(xiàn)象，雷電擊打的過程中會產(chǎn)生放電現(xiàn)象，對電網(wǎng)工程有著很大的影響，也會對輸電線路的正常運行產(chǎn)生很大的不良影響。如果輸電線路遇到雷擊，很容易失效，也會影響到正常的供電需求，對電力的供應造成很大的影響。電網(wǎng)在受到雷電電流的侵入之后，會造成電網(wǎng)線路的短路和電氣擾擾動等各種問題，嚴重影響到電網(wǎng)運行的安全性和穩(wěn)定性，需要從電網(wǎng)線路被雷擊的概率方面進行分析，建立一種基于雷電天氣現(xiàn)象的模型，對雷電天氣下輸電線路的失效情況進行分析，然后采取相對應的措施。

在雷電天氣，雷電會對輸電線路周圍產(chǎn)生磁場，當處于該種磁場環(huán)境時，輸電線路連接的各種磁場設備都會有放電效應產(chǎn)生，如果輸電線路受到雷電天氣的影響比較大，將會直接導致電力系統(tǒng)不能正常運行。因為輸電線路都是長時間暴露在室外的，是很難避免雷電天氣的影響，為了能夠有效避免輸電線路在雷電天氣下的正常運行，需要針對雷擊的情況進行預測，對雷擊的故障進行分析，對在雷電天氣條件下，輸電線路可能失效的概率，能夠根據(jù)實際的情況做好防雷接地工作，充分保證防雷接地工作的有效設計。在正常的雷電天氣環(huán)境下，需要及時做好對輸電線路安全可靠性的分析和評估，通常采用的是蒙特卡洛抽樣法對輸電線路的狀態(tài)進行抽樣調(diào)查，確定在雷電天氣的影響下，輸電線路發(fā)生失效的概率。該種評估和計算的方式是將雷電天氣下，輸電線路可能發(fā)生的概率與雷電氣象進行聯(lián)系分析，建立相應的雷擊概率分布模型，能夠有效對輸電線路發(fā)生故障的概率進行預測，分析失效的概率。

對故障進行分析的過程中，需要從雷電流幅值和落雷側(cè)面距離兩項參數(shù)方面進行分析，對輸電線路可能跳閘的概率進行計算，在如果有n條輸電線路發(fā)生了s次故障問題，通過查詢氣象參數(shù)中的雷電信息數(shù)量值，能夠得出s次輸電線路故障的雷電流幅值，然后再通過計算之后，得到平均數(shù)值。

通過雷達獲取的相關(guān)參數(shù)進行計算分析，使用氣象雷達可以探測出，雷達探測的數(shù)據(jù)信息都是一些基礎性的數(shù)據(jù)信息。要對落雷的側(cè)面距離進行分析，需要按照線路方程進行確定，通過勘測可以獲得輸電線路所在區(qū)域的網(wǎng)格經(jīng)緯度信息，根據(jù)經(jīng)緯度數(shù)據(jù)信息確定輸電線路的坐標位置，然后對輸電線路進行計算，針對落雷點側(cè)面距離的極端，需要計算當處于雷電天氣環(huán)境下，雷云所處的中心就是雷電實際放電的位置，當雷電實際放電的過程中，其與架空路線之間產(chǎn)生的側(cè)面距離就可以計算出來。

一些過高壓會對電氣設備的絕緣有一定的破壞作用，地面建筑物和構(gòu)筑物都很容易遭受雷電感應或會直接遭受到雷擊，這種產(chǎn)生的過過高壓被稱為大氣過高壓，其能量主要來源于電力系統(tǒng)之外，也就是所謂的外部過高壓，這種外部過高壓對輸電線路的影響是非常大的。雷電是雷云與地面物體之間的一種放電現(xiàn)象，也稱為地閃，地閃會對輸電線路有嚴重的威脅，當輸電線路在遭受雷擊之后，自身的絕緣體就會擊穿，導致各相電之間發(fā)生短路，大部分的高壓電網(wǎng)都是直接接地系統(tǒng)，在遭受雷擊之后，線路會發(fā)生跳閘，嚴重影響到電網(wǎng)的正常運行。

對于高壓輸電線路的防雷工作，需要采取相應的措施將遭受到的自然災害降到最低，有效確保供電的質(zhì)量和安全。（1）避免導線遭受雷擊，當前各構(gòu)筑物采用的避雷方式是安裝避雷針，也是工程實踐中得出的重要措施，也是高壓輸電線路防雷的首選方法，很多地區(qū)由于受到地理環(huán)境條件的影響，可以通過在底線上安裝側(cè)向避雷針，能夠有效保證導線不會受到雷擊;（2）減少絕緣發(fā)生閃絡，為了能夠保證地雷線遭受到雷擊發(fā)生閃絡，需要充分提高高壓輸電線路自身的絕緣性能，通過降低桿塔地接電阻，能夠有效提高耐雷水平，在山區(qū)地帶如果接地電阻不能有效降低，就需要采用避雷針的方式，提高輸電線路的穩(wěn)定性。

雷電對高壓輸電線路的危害中有直擊雷和繞擊雷兩種形式，通常220kV的高壓輸電線路的自身有著較高的絕緣水平，感應雷是不能對其造成危害的，對高壓輸電線路造成影響最大的就是直擊雷。在對雷電的監(jiān)測中開始應用到雷電定位系統(tǒng)，人們能夠?qū)Ω邏狠旊娋€路的雷擊故障有了更深的認識。

在對繞擊雷的防止過程中，需要充分考慮到以下方面的問題：（1）耐雷水平遠遠高于實際雷電活動強度的接地設計，可以通過高空攔截的方式，保證不接入到接地體的繞擊范圍中;（2）為了防止反擊和繞擊接地體，需要降低雷電先導，對接地體閃擊的高度進行準確定位，可以在其側(cè)面安裝接閃設備，或者在線路桿塔的側(cè)面安裝防繞擊的防雷裝置，能夠有效屏蔽失效的雷電實施防繞擊，地線上可以裝設相應的避雷針，能夠?qū)Ψ磽衾子兄艽蟮姆婪蹲饔?。?）在桿塔之上安裝適量的側(cè)面接閃針，能夠有效防范在進入桿塔后避雷線屏蔽失效區(qū)，在引發(fā)低空雷電問題之后，對避雷針存在的屏蔽不足問題進行彌補，同時還可以防止高空和高幅值先導對接地體造成的直擊，這也是高層建筑防雷作業(yè)的關(guān)鍵之處。

安裝放繞擊避雷針的主要是將避雷針安裝在線夾的下孔，裝上平墊圈和套管等之后，在架空的地線上安裝配套的護線條，將線安裝在護線條的中間位置，防繞擊避雷針的配套金具是塔頭測針，針桿要上揚。

綜上所述，高壓輸電線路的穩(wěn)定運行關(guān)系到我國社會經(jīng)濟的穩(wěn)定發(fā)展，對于高壓輸電線路的防雷設計，需要采用科學合理的方法人提高高壓輸電線路的防雷性能，提高線路的整體運行水平，確保高壓輸電線路的安全和穩(wěn)定運行。

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