雷電天氣對(duì)輸電線路失效概率影響分析

摘 ?要：輸電線路因其長(zhǎng)期露天運(yùn)行，易受惡劣自然環(huán)境的侵蝕和折損，基于此，本文從輸電線路雷擊失效概率模型的構(gòu)建以及輸電線雷擊概率的預(yù)測(cè)兩個(gè)方面入手，就雷電天氣對(duì)輸電線路失效概率的影響這一問題展開分析。并著重突出輸電線路防雷接地保護(hù)的實(shí)際意義，最后針對(duì)性的提出可行性措施和建議，保障輸電線路平穩(wěn)運(yùn)行。

關(guān)鍵詞：輸電線路;防雷接地設(shè)計(jì);雷電天氣;線路失效

中圖分類號(hào)：TM75 ???文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A??文章編號(hào)：1671-2064（2019）16-0000-00

0 引言

基于從業(yè)經(jīng)驗(yàn)和電力系統(tǒng)運(yùn)行數(shù)據(jù)可知，雷電會(huì)干擾輸電線路的正常運(yùn)行，造成短路、閃路等不穩(wěn)定情況。并且，綜合全面的考慮輸電線路失效概率影響因素，從概率角度出發(fā)，建立了一種可以基于雷電氣象信息計(jì)算輸電線路雷擊失效概率的模型，以此為依托對(duì)輸電線路在雷電天氣下發(fā)生雷擊故障的概率作出預(yù)測(cè)，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 雷電天氣對(duì)輸電線路失效概率的影響

1.1 輸電線路雷擊失效概率模型的構(gòu)建

在綜合評(píng)估雷電天氣下輸電線路的可靠性這一問題時(shí)，所用方法一般以蒙特卡洛抽樣法為主。在實(shí)際工作中，通過綜合分析每一條輸電線路實(shí)際運(yùn)行情況，進(jìn)一步詳細(xì)確定最終的輸電線路失效概率。本次研究中，對(duì)于輸電線路失效概率的預(yù)測(cè)，主要是通過分析雷擊故障發(fā)生概率與雷電氣象參數(shù)兩者之間的關(guān)系，在此基礎(chǔ)上構(gòu)建雷擊概率分布模型，進(jìn)而借助氣象參數(shù)完成相應(yīng)不斷雷擊故障發(fā)生概率預(yù)測(cè)任務(wù)。輸電線路雷擊失效概率模型的構(gòu)建，則需要綜合分析輸電線路雷擊故障來(lái)實(shí)現(xiàn)^[1]。

要求明確雷電流幅值以及落雷側(cè)面距離兩個(gè)基本數(shù)據(jù)，與此同時(shí)計(jì)算出相應(yīng)的輸電線路繞擊跳閘概。通常情況下，在相同等級(jí)的電壓條件下，假設(shè)一共有n條輸電線路出現(xiàn)故障問題，并且故障事件總數(shù)設(shè)定為m，那么查詢雷電信息統(tǒng)計(jì)記錄得出m次故障事件的雷電流幅值以及落雷距離，其中雷電流幅值取平均值，m次故障參數(shù)則可以分別記為：

（X，Y）={（x₁，y₁），（x₂，y₂）……（x_m，y_m）} ??（1）

公式（1）中的X代表的是雷電流幅值，而Y則代表落雷側(cè)面距離。

其二維正態(tài)擴(kuò)散模型則如下：

（2）

上式中的h₁與h₂均為擴(kuò)散系數(shù)，利用樣本集合中的樣本最大（a）、最小值（b）以及樣本的數(shù)值（M）來(lái)確定，則最終的概率計(jì)算公式可以參考下式：

1.4230×???M≤9 ??（3）

1.4208×???M≥10 ??（4）

1.2 輸電線雷擊概率的預(yù)測(cè)

對(duì)于輸電線雷擊概率的預(yù)測(cè)，首先需要獲取相應(yīng)的雷達(dá)相關(guān)參數(shù)。比如：通過對(duì)氣象雷達(dá)探測(cè)的綜合分析，確定雷達(dá)資料為網(wǎng)格化數(shù)據(jù)，其中網(wǎng)格分辨率為0.01°×0.01°。其次，合理計(jì)算出落雷側(cè)面距離，具體可以通過參考線路方程的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。在具體的工作中，要求確定輸電線路所在網(wǎng)格的基礎(chǔ)經(jīng)緯度信息，在此基礎(chǔ)上依據(jù)相應(yīng)的經(jīng)緯度信息，明確實(shí)際的輸電線路坐標(biāo)情況。假設(shè)兩個(gè)端點(diǎn)的坐標(biāo)分別為M1（x₁，y₁）與M2（x₂，y₂），則可以進(jìn)一步得出輸電線路中關(guān)于兩個(gè)端點(diǎn)的直線方程。這一過程中，如果認(rèn)為雷電實(shí)際放電點(diǎn)為雷雨范圍的中心，那么對(duì)于落雷側(cè)面距離的計(jì)算，可以參考以下公式：

d=???（5）

最后，預(yù)測(cè)輸電線雷擊概率。如果假設(shè)輸電線路所經(jīng)過區(qū)域有M個(gè)網(wǎng)格處于雷電天氣條件下，那么此時(shí)輸電線路的雷擊失效概率可表示為：

P=1-???（6）

公式（6）中的P代表但是雷電天氣下輸電線路發(fā)生故障的概率，pi代表的是第i個(gè)網(wǎng)格的線路發(fā)生雷擊失效概率。

2 輸電線路防雷接地保護(hù)的重要性

2.1 降低輸電線路的雷擊故障風(fēng)險(xiǎn)

綜合分析來(lái)看，輸電線路主要是由導(dǎo)線、地線、接地裝置以及絕緣子串幾個(gè)基礎(chǔ)構(gòu)件共同組成。其中絕緣體舉足輕重，確保輸電線路電能傳輸質(zhì)量，在輸電線路設(shè)計(jì)過程中，需要因地制宜，結(jié)合實(shí)際設(shè)計(jì)防雷接地保護(hù)裝置，有效降低電能傳輸過程中對(duì)輸電線路的干擾，提升輸電線路的風(fēng)險(xiǎn)抵御能力。根據(jù)相關(guān)研究表明，由于雷電因素致使輸電線路跳閘事故在總跳閘事故中占據(jù)三分之二的比例，加強(qiáng)對(duì)輸電線路接地保護(hù)的重視，能一定程度上規(guī)避輸電線路在雷電天氣引發(fā)跳閘事故的發(fā)生頻率和故障次數(shù)?；诖耍瑸榱擞行Т龠M(jìn)輸電線路運(yùn)行質(zhì)量的進(jìn)一步提升，采取相應(yīng)的防雷措施以及提高對(duì)防雷接地保護(hù)設(shè)計(jì)工作的重視，具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。比如：輸電線路如果是架空線路，那么在接地設(shè)計(jì)工作中可以充分利用桿塔，發(fā)揮雷電導(dǎo)流功效，避免跳閘，進(jìn)而保護(hù)輸電線路。做好防雷接地設(shè)計(jì)工作，提高輸電線路的防雷水平，保證線路的正常運(yùn)行。

2.2 避免火災(zāi)等重大事故的發(fā)生

雷電形式有直擊雷、傳導(dǎo)雷、感應(yīng)雷三種，其中直擊雷對(duì)輸電線路破壞最大，相關(guān)調(diào)查結(jié)果顯示，在雷電天氣下，直擊雷在短短幾秒內(nèi)釋放的電流，可以在空氣中形成電磁波，進(jìn)而產(chǎn)生相應(yīng)的脈沖電壓，這種情況下，如果輸電線路附近位置存在此類電磁波，則會(huì)經(jīng)由輸電線路與電氣設(shè)備形成直接接觸，電氣設(shè)備將處于過電壓狀態(tài)。如果沒有及時(shí)采取針對(duì)性的處理措施，則電氣設(shè)備在長(zhǎng)時(shí)間過電壓運(yùn)行時(shí)，容易使得電氣設(shè)備過熱，誘發(fā)電氣設(shè)備故障問題，嚴(yán)重時(shí)可能會(huì)進(jìn)一步導(dǎo)致嚴(yán)重火災(zāi)問題發(fā)生。對(duì)此，綜合分析輸電線路運(yùn)行實(shí)際情況，合理設(shè)計(jì)相應(yīng)的輸電線路保護(hù)裝置，則可以在保證輸電線路穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)上，避免火災(zāi)等重大事故的發(fā)生。

3 輸電線路防雷接地設(shè)計(jì)思路

3.1 合理增設(shè)避雷裝置

輸電線路防雷接地設(shè)計(jì)工作中，可以通過合理增設(shè)避雷裝置這一方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。從現(xiàn)階段輸電線路防雷保護(hù)實(shí)際情況分析入手，應(yīng)用較為廣泛的避雷裝置主要包括以下幾種：

第一，避雷線的安裝設(shè)計(jì)。輸電線路運(yùn)行過程中，對(duì)于避雷線的安裝設(shè)計(jì)，其目的主要在于通過對(duì)雷電引發(fā)輸電線路產(chǎn)生的過電流實(shí)施分流操作，降低雷電引發(fā)過電流的影響，從而達(dá)到有效提升輸電線路安全系數(shù)的目的。在具體的安裝環(huán)節(jié)，要求綜合考慮輸電線路實(shí)際布局情況，確定避雷線在輸電線路上的具體敷設(shè)位置，以此來(lái)確保避雷線可以在不同的電壓環(huán)境下保持穩(wěn)定運(yùn)行，發(fā)揮出實(shí)際作用價(jià)值。比如：輸電線路的電壓環(huán)境為220kV線路，那么在避雷線敷設(shè)過程中，要求沿著輸電線路的全線，構(gòu)建相應(yīng)的110kV雙避雷線。假設(shè)輸電線路本身的電壓數(shù)值處于110kV～220kV之間，則可以選擇設(shè)計(jì)單避雷線的方式完成相應(yīng)的輻射工作，這樣不僅可以簡(jiǎn)化了避雷線敷設(shè)難度，并且對(duì)于避雷線實(shí)際的防雷作用也不會(huì)產(chǎn)生影響。此外，如果輸電線路電壓為35kV，則無(wú)需在整個(gè)輸電線路上安裝避雷線^[2]。

第二，避雷針的安裝設(shè)計(jì)。避雷針是輸電線路防雷設(shè)計(jì)中的常用裝置，與建筑物常安裝的避雷針相比而言，輸電線路的避雷針裝置其實(shí)是屬于轉(zhuǎn)移雷電的一種裝置，他通過轉(zhuǎn)移電流從而起到規(guī)避雷電的作用和效果，進(jìn)而保護(hù)輸電線路的正常運(yùn)作。在具體設(shè)計(jì)安裝環(huán)節(jié)，為了保證其設(shè)計(jì)安裝的合理性，需要根據(jù)輸電線路實(shí)際情況選擇不同的安裝方案。比如：針對(duì)雷電頻繁發(fā)生的輸電線路區(qū)域，對(duì)于避雷針的安裝要求選用上翹30°的避雷針，同時(shí)在完成輸電線路的兩端安裝之后，需要與導(dǎo)線上的避雷針構(gòu)成了輸電線路的防雷設(shè)備^[3]。

第三，避雷器的安裝設(shè)計(jì)?，F(xiàn)下，避雷針多數(shù)采用接地電阻來(lái)完成，雖然有一定防雷效用，但設(shè)計(jì)多數(shù)理想化，存在一定弊端。避雷器設(shè)計(jì)所選用的電阻避雷器為非線形的，與避雷器并聯(lián)，當(dāng)輸電線路遭到雷擊后，會(huì)在串聯(lián)間隙開始放電，可以避免輸電線路上所連接的絕緣子由于線路過熱而遭到損壞。

3.2 接地電阻的設(shè)計(jì)

接地電阻是輸電線路保護(hù)設(shè)計(jì)工作中的重中之重，接地電阻主要是指接地體對(duì)地電阻的全部集合體，其電阻數(shù)值的大小作為衡量輸電線路接地裝置有效性的基礎(chǔ)指標(biāo)之一，科學(xué)合理的接地電阻設(shè)計(jì)可以強(qiáng)化對(duì)輸電線路的運(yùn)行管控，減少后期維護(hù)頻率，也發(fā)揮著不可忽視的積極作用。通常情況下，為了最大程度上確保接地電阻設(shè)計(jì)輔助作用的發(fā)揮，要求精準(zhǔn)測(cè)量接地電阻阻值，在此基礎(chǔ)上盡可能降低接地電阻阻值，輸電線路的接地電阻設(shè)計(jì)，主要通過電流原理處理技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，例如，當(dāng)輸電線路電流降低，此時(shí)的接地裝置也會(huì)相應(yīng)的降低自身的電阻來(lái)保證輸電線路的防雷效用，促進(jìn)防雷整體效果的提升。

3.3 自動(dòng)重合閘的設(shè)計(jì)

為應(yīng)對(duì)輸電線路防雷問題，可以通過合理設(shè)計(jì)自動(dòng)重合閘，以達(dá)到相應(yīng)的防雷效果。一般情況下，輸電線路中對(duì)于自動(dòng)重合閘的設(shè)計(jì)，主要是依靠自動(dòng)重合閘本身在實(shí)現(xiàn)自動(dòng)重合這一環(huán)節(jié)中，可以在瞬間斷電后快速恢復(fù)供電這一功能，通過短時(shí)間內(nèi)的自動(dòng)重合與啟動(dòng)，降低雷擊概率和風(fēng)險(xiǎn)。 這一過程中，對(duì)于自動(dòng)重合閘的設(shè)計(jì)與使用，不僅在很大程度上規(guī)避了雷擊風(fēng)險(xiǎn)問題，同時(shí)由于輸電線路能夠在短時(shí)間內(nèi)快速恢復(fù)供電，因此也達(dá)到了避免停電事故影響進(jìn)一步擴(kuò)大的目的^[4]?；趯?shí)際工作經(jīng)驗(yàn)，短時(shí)間內(nèi)的突然斷電以及繼而的快速恢復(fù)供電，都會(huì)使輸電線路的瞬時(shí)電壓陡然增加，此種境況下，為降低和避免輸電線路設(shè)備故障，應(yīng)該在輸電線路上安裝自動(dòng)重合閥，配合安裝相應(yīng)的設(shè)備防護(hù)裝置，在此基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)斷電與重合閘的自動(dòng)操作，保證為電能用戶有效持續(xù)的提供服務(wù)和供電。

3.4 落實(shí)輸電線路檢修工作

為實(shí)現(xiàn)防雷效果最大化，輸電線路檢修工作就必不可少，不容忽視。輸電線路的防雷接地裝置大多處于露天環(huán)境，故此，接地裝置表面難免飄落些許灰塵，如果沒有定期進(jìn)行處理，則會(huì)直接對(duì)接地設(shè)備本身的絕緣性能產(chǎn)生相應(yīng)的影響，加大能源消耗，據(jù)此，除了定期的清理工作外，必要時(shí)還需要對(duì)輸電線路進(jìn)行全面檢查。將輸電線路連接到的諸多電子設(shè)備考慮在內(nèi)，比如：斷路器以及防雷接地裝置等等，為了保證這些設(shè)備性能的穩(wěn)定以及作用功能的發(fā)揮，需要提高對(duì)日常清理工作的重視，充分發(fā)揮輸電線路自身性能，除此之外，還需要對(duì)防雷接地裝置進(jìn)行定期清理，降低裝置的能源消耗，節(jié)約投入，提升經(jīng)濟(jì)效益。

4 結(jié)語(yǔ)

總而言之，雷電天氣會(huì)一定層面造成輸電線路的失效，因此，強(qiáng)化輸電線路的防雷設(shè)計(jì)具有一定的必要性和實(shí)際意義。在具體的工作中，可以通過合理增設(shè)避雷裝置、接地電阻的設(shè)計(jì)、自動(dòng)重合閘的設(shè)計(jì)以及落實(shí)輸電線路檢修工作幾個(gè)方面入手，提高輸電線路抵御雷電風(fēng)險(xiǎn)的能力，加強(qiáng)對(duì)輸電線路運(yùn)行管理工作的重視，確保電力輸送的穩(wěn)定和安全。

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收稿日期：2019-07-10

作者簡(jiǎn)介：周俊丞（1989—），男，漢族，甘肅景泰人，就職于國(guó)網(wǎng)甘肅省電力公司酒泉供電公司，本科，工程碩士，工程師，研究方向：輸電線路工程設(shè)計(jì)。