輸電線路雷擊仿真模型分析

摘 要 為提高輸電線路對雷擊的防護(hù)能力，本文主要對雷擊仿真模型進(jìn)行了分析。文章首先從環(huán)境、線路以及避雷三方面出發(fā)，總結(jié)了輸電線路雷擊原因。其次，建立了雷電、線路，以及桿塔與絕緣仿真模型，希望能夠為有關(guān)人員提供參考，達(dá)到提高輸電線路運行安全性的目的。

關(guān)鍵詞 輸電線路;雷擊;仿真模型

前言

近些年來，我國電力領(lǐng)域發(fā)展速度不斷加快，輸電線路的覆蓋規(guī)模不斷加大，運行維護(hù)難度同樣有所提升。雷擊風(fēng)險，屬于輸電線路運行過程中存在的主要風(fēng)險，如未對其進(jìn)行預(yù)防，容易導(dǎo)致線路發(fā)生故障，嚴(yán)重甚至?xí)用竦纳c財產(chǎn)安全造成損失。建立輸電線路雷擊仿真模型，能夠為上述問題的解決奠定基礎(chǔ)，因此有必要對其進(jìn)行研究。

1輸電線路雷擊原因

（1）環(huán)境因素。環(huán)境因素是導(dǎo)致輸電線路發(fā)生雷擊風(fēng)險的主要原因之一，雷擊的發(fā)生，則是導(dǎo)致線路出現(xiàn)故障的重要誘發(fā)因素。通常情況下，輸電線路故障的大小以及嚴(yán)重程度，與線路所在當(dāng)?shù)乩纂姷幕顒訌?qiáng)度與次數(shù)存在密切聯(lián)系。例如：部分輸電線路運行區(qū)域處于郊區(qū)，周圍存在大量工廠（如：水泥、煤礦等），工廠運行的過程，將排放大量廢氣、廢水，造成環(huán)境污染，導(dǎo)致輸電線路周圍大氣中存在大量粉塵以及顆粒物。發(fā)生雷擊后，上述污染物會成為導(dǎo)體，加重雷擊的危害，導(dǎo)致線路故障擴(kuò)大化。

（2）線路因素。耐雷效果，屬于電力領(lǐng)域用于評價輸電線路性能的主要因素之一，指的是線路能夠承受的雷擊的程度。影響該因素的指標(biāo)，存在較多種。電阻值、線路高度，以及絕緣子串情況，均為重要指標(biāo)。為預(yù)防雷擊，輸電線路建設(shè)的過程中，通常會采取避雷措施。但部分工程考慮到經(jīng)濟(jì)因素，對上述措施重視程度不足，避雷線架設(shè)效果差，或未架設(shè)避雷線，則雷擊故障的發(fā)生率將明顯提升。

（3）避雷因素。實踐經(jīng)驗顯示，輸電線路發(fā)生雷擊風(fēng)險時，雷擊的部位一般處于避雷線以及桿塔兩大區(qū)域，其中桿塔頂部發(fā)生這一風(fēng)險的概率最高。發(fā)生雷擊后，電流將沿桿塔進(jìn)入大地，導(dǎo)致絕緣子閃絡(luò)等現(xiàn)象出現(xiàn)，最終致使過電壓等故障發(fā)生。上述故障出現(xiàn)后，線路將出現(xiàn)跳閘，導(dǎo)致用戶難以正常使用電力資源。

2輸電線路雷擊仿真模型

（1）雷電模型。建立雷電模型，能夠幫助電力領(lǐng)域的工作人員了解雷電特性，從而根據(jù)其特性，擬定雷擊預(yù)防方案[1]。實踐經(jīng)驗顯示，雷擊的過程中，往往伴隨著放電，而放電的過程，通常具有不確定性，且具有隨機(jī)性。在建立雷電模型的過程中，需要充分考慮到上述問題。另外，由于輸電線路運行環(huán)境較為復(fù)雜，部分區(qū)域地形起伏較大，地質(zhì)環(huán)境同樣存在差異，因此，在實際建立雷電模型的過程中，對數(shù)據(jù)的測量通常存在誤差，數(shù)據(jù)具有分散性強(qiáng)的特點。考慮到上述問題，本文主要建立了雷電流AT中的Heidler模擬模型，這一模型的建立標(biāo)準(zhǔn)，以2.6/50μs為主，屬于直流標(biāo)準(zhǔn)，模型中的雷電流幅值為120kV。模型建立完成后，需要對其進(jìn)行描述，為了減小分析難度以及工作負(fù)擔(dān)，需要盡可能保證對描述所用的數(shù)學(xué)表達(dá)式簡單可靠，便于對輸電線路雷擊特征進(jìn)行定量分析。

（2）線路模型。在ATP中，工作人員可利用相應(yīng)功能，對架空線路進(jìn)行模擬，且能夠模擬出電力系統(tǒng)中各個元件的運行狀態(tài)。本文主要針對輸電線路的雷擊問題，建立了三種模型，分別為Semlyem、Noda以及Jmarti。三種模型具有其各自的優(yōu)勢與缺陷，且適用性不同。本文在分析不同模型特征的基礎(chǔ)上，采用Jmarti模型對雷擊狀態(tài)下的架空線路運行情況進(jìn)行了模擬。模型建立時，應(yīng)將波阻抗設(shè)置為常數(shù)，即300Ω。

（3）桿塔與絕緣模型。①桿塔模型。建立桿塔與絕緣模型，同樣有助于實現(xiàn)對雷擊問題的分析。作為電力系統(tǒng)的重要組成部分，除輸電線路外，桿塔的材料以及結(jié)構(gòu)，同樣會對系統(tǒng)的運行情況產(chǎn)生影響[2]。因此，建立桿塔模型過程中，需要重視上述兩項問題。為提高模型建立的精準(zhǔn)性，本文主要采用仿真軟件，對桿塔模型進(jìn)行了選擇，具體選擇的類型包括兩種，第一種強(qiáng)調(diào)利用集中電感，對雷擊的過程進(jìn)行模擬。這一模型的特點在于，會忽略桿塔的波過程。第二種強(qiáng)調(diào)從高度入手，選擇高度較大的桿塔，對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，將桿塔本身視為一個參數(shù)，且該參數(shù)具有均勻的特點，選擇完成后，需要取一個波阻抗，進(jìn)行模擬分析。對上述兩種模型進(jìn)行對比可以發(fā)現(xiàn)，后者具有分析精確度高的優(yōu)勢。該模型具有上述優(yōu)勢的原因，與其考慮到了桿塔的波過程存在聯(lián)系。電力系統(tǒng)中的桿塔，波阻抗數(shù)值并非完全固定，將波過程納入到模型建立的過程中，能夠更加準(zhǔn)確的反映輸電線路的雷擊特征。本文建立桿塔模型所選輸電線路以35kV線路為主，屬供電線路，模擬計算的過程中，可以采用等效抗阻對桿塔進(jìn)行替代，將其分別設(shè)置為5Ω～15Ω，將桿塔高度設(shè)置為20m，便可得到最終模型。②絕緣模型。本文所建立的絕緣模型，為絕緣子串模型。在輸電線路運行的過程中，一旦發(fā)生雷擊，線路的絕緣子串運行狀態(tài)必然受到影響，部分情況下，容易出現(xiàn)閃絡(luò)問題。在該現(xiàn)象出現(xiàn)后，接地現(xiàn)象便會發(fā)生，線路則會出現(xiàn)雷電侵入波。在建立仿真模型時，應(yīng)充分認(rèn)識到該問題，并確定閃絡(luò)發(fā)生時的電壓，確保所建立的模型能夠準(zhǔn)確模擬雷擊發(fā)生時輸電電路絕緣子串的狀態(tài)。

3結(jié)束語

綜上所述，本文對輸電線路雷擊仿真模型的研究，為電力領(lǐng)域提供了參考，有助于全面預(yù)防雷擊，并在雷擊發(fā)生后，盡可能減小電力領(lǐng)域與電力用戶的損失。未來，有關(guān)人員應(yīng)積極將該模型應(yīng)用到輸電線路的運行維護(hù)過程中，在提高運維水平的基礎(chǔ)上，改善線路運行環(huán)境，確保電力系統(tǒng)能夠穩(wěn)定、安全的運行。

參考文獻(xiàn)

[1] 張明旭，康淑豐，霍亞男.基于EMTP的220kV輸電線路反擊模型建立及典型案例分析[J].黑龍江科技信息，2018（34）：98，102.

[2] 范冕，萬磊，戴敏.1000kV/500kV特、超高壓同塔4回交流輸電線路雷電性能仿真分析[J].高電壓技術(shù)，2017，39（3）：584-591.

作者簡介

郭永哲（1993-），男，浙江寧波人;學(xué)歷：本科，職稱：助理工程師;現(xiàn)就職單位：國網(wǎng)上海市電力公司市南供電公司，研究方向：輸電線路。