探析800kV直流輸電線路雷電繞擊與反擊的識(shí)別方法

張宇

摘要：為滿足現(xiàn)代化建設(shè)的需要，并在電力系統(tǒng)規(guī)劃方案的指導(dǎo)下，我國(guó)開始建設(shè)高壓直流輸電線路，800kV直流輸電線路便是一項(xiàng)重要工程。但由于該線路易受雷擊影響，因此，本文便圍繞800kV直流輸電線路雷電繞擊與反擊原理、特點(diǎn)與識(shí)別方法展開了探析。

關(guān)鍵詞：800kV直流輸電線路;雷電繞擊;雷電反擊

前言：我國(guó)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展及電力需求的增長(zhǎng)都對(duì)電力的輸送能力提出了更高的要求，這便需要保證配電網(wǎng)運(yùn)行足夠穩(wěn)定可靠。800kV特高壓直流輸電線路的興建有效緩解了當(dāng)前我國(guó)電力輸送壓力大的現(xiàn)狀。因此，正確識(shí)別該線路的雷電繞擊與反擊并采取有效避雷措施應(yīng)對(duì)至關(guān)重要。

1輸電線路雷電繞擊與反擊原理和特點(diǎn)簡(jiǎn)析

1.1原理

雷電繞擊是指雷擊未受避雷線的阻擋影響，而是繞過避雷線直接擊在導(dǎo)線上，便會(huì)加大雷電流并向兩側(cè)傳輸，從而引發(fā)跳閘事故。它與雷電流幅值有關(guān)。雷電反擊是指雷電擊中桿塔，進(jìn)而產(chǎn)生極大地沖擊電流，這時(shí)桿塔和避雷線便會(huì)將之分化，當(dāng)桿塔引入部分電流至地下時(shí)，受其地網(wǎng)電阻的影響，會(huì)出現(xiàn)電流降壓現(xiàn)象，影響線路運(yùn)輸[1]。它與雷電流幅值、桿塔電阻等有關(guān)。

1.2特點(diǎn)

負(fù)極性狀態(tài)的雷云攜帶著大量負(fù)電荷，若是出現(xiàn)雷電繞擊，正極絕緣子受負(fù)電荷的影響閃絡(luò)率會(huì)增高。若桿塔或避雷線被雷電反擊時(shí)，其波阻抗與地網(wǎng)地阻會(huì)進(jìn)行攔截，電壓高的部位的閃絡(luò)率便會(huì)增加。若雷電負(fù)極性越強(qiáng)，正極絕緣能力便會(huì)越弱，一旦被雷擊中，便會(huì)影響電流幅值而引發(fā)線路故障。由于800kV直流輸電線路運(yùn)行時(shí)其電壓保持恒定，因此，繞擊與反擊閃絡(luò)率與雷電流幅值有關(guān)。

繞擊與反擊原理、特點(diǎn)不同，故其識(shí)別、防護(hù)方法有異。據(jù)實(shí)際的800kV直流輸電線路運(yùn)行表明，雷電繞擊與反擊是導(dǎo)致線路跳閘的主要因素。近年來，輸電線路發(fā)生雷擊事故的頻率有所增高，加大了雷電繞擊與反擊的識(shí)別難度，致使無法及時(shí)采取針對(duì)性措施加以防護(hù)。

2識(shí)別800kV直流輸電線路雷電繞擊與反擊的方法

800kV特高壓直流輸電線路具有輸送容量大、損耗小、不易老化且可遠(yuǎn)距離輸電的應(yīng)用優(yōu)勢(shì)，可發(fā)揮優(yōu)化配置電力資源的作用，促進(jìn)西部開發(fā)等項(xiàng)目建設(shè)。但由于800kV直流輸電線路多建于地形環(huán)境比較復(fù)雜、差異較大的地區(qū)，如山地、丘陵、平原等，且結(jié)構(gòu)比較繁雜，線路長(zhǎng)且分布廣而復(fù)雜，加上氣象變化多端，雷電活動(dòng)頻率高，因而導(dǎo)致線路極易受到雷擊，嚴(yán)重影響著運(yùn)行的安全可靠性。在正確識(shí)別800kV直流輸電線路雷電繞擊與反擊前，需要結(jié)合雷電繞擊與反擊的原理與特點(diǎn)開展識(shí)別工作，以便為防雷措施的實(shí)施提供保障。

據(jù)雷電繞擊實(shí)際發(fā)生現(xiàn)象來看，除傳統(tǒng)的人工判斷識(shí)別方法外，800kV直流輸電線路雷電繞擊的識(shí)別方法還有：電磁暫態(tài)仿真模擬法、磁帶法、電氣幾何模型法、改進(jìn)電氣集合模型法、先導(dǎo)發(fā)展模型法等。其中，在對(duì)800kV特高壓直流輸電線路的高桿塔、大跨越桿塔的雷電繞擊進(jìn)行評(píng)估時(shí)，若是選用電氣幾何模型則會(huì)出現(xiàn)完全屏蔽的情況，進(jìn)而影響實(shí)際的識(shí)別效果。

第一，電磁暫態(tài)仿真模擬法。首先，建立800kV特高壓直流輸電線路雷擊電磁暫態(tài)仿真模型，對(duì)出現(xiàn)雷電繞擊與反擊過程產(chǎn)生的負(fù)極性雷電流進(jìn)行計(jì)算。其中，差值與入地電流值是識(shí)別繞擊與反擊的關(guān)鍵。當(dāng)雷電擊中桿塔時(shí)，絕緣子會(huì)發(fā)生串電位情形，此時(shí)兩側(cè)差值大于0、入地電流值小于0。當(dāng)雷電擊中導(dǎo)線時(shí)，此時(shí)差值小于0、入地電流大于0。若二者同時(shí)被擊中，絕緣子串點(diǎn)位會(huì)快速變?yōu)?。在仿真過程中可以利用雷電監(jiān)測(cè)技術(shù)和系統(tǒng)監(jiān)測(cè)雷電繞擊與反擊的閃絡(luò)情況，統(tǒng)計(jì)閃絡(luò)率。例如，可以應(yīng)用貝杰龍法的ATP-EMTP軟件進(jìn)行仿真，通過計(jì)算機(jī)建立相應(yīng)的代數(shù)、常微分方程等，再對(duì)各節(jié)點(diǎn)的電流電壓及消耗功率進(jìn)行計(jì)算，統(tǒng)計(jì)和形成雷電流波形以便分析線路耐雷性能。在構(gòu)建暫態(tài)仿真模型前，可根據(jù)受雷擊后的800kV直流輸電線路的暫態(tài)特征分析其是否出現(xiàn)故障，以便為后續(xù)工作做準(zhǔn)備。具體如下：當(dāng)未出現(xiàn)故障時(shí)，雷擊部位的線路波阻抗應(yīng)仍保持連續(xù)，暫態(tài)電壓低頻分量偏小，且波形沒有發(fā)生折反射現(xiàn)象，同時(shí)輸電線路兩端的電壓變化相同。而出現(xiàn)故障的暫態(tài)特征則與之相反。

第二，可以結(jié)合800kV特高壓直流輸電線路雷電繞擊與反擊的零模電壓變化情況進(jìn)行判斷。當(dāng)由雷電繞擊引起正極閃絡(luò)時(shí)，零模電壓呈現(xiàn)單調(diào)變化;當(dāng)雷電反擊引起正極閃絡(luò)時(shí)，首次雷擊、導(dǎo)體反擊兩個(gè)過程中零模電壓呈現(xiàn)正負(fù)交替變化。但最終二者均會(huì)呈單極接地的特點(diǎn)。當(dāng)確定為雷擊故障后，便可通過對(duì)零模電壓值以及雷電流極性等參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，最終得到模極大值，當(dāng)該值大于1則為雷電繞擊，此時(shí)產(chǎn)生的零模電壓極性處于相同特征;小于1則為雷電反擊，此時(shí)極性呈現(xiàn)相反特征。若雷電流極性保持恒定時(shí)，可以根據(jù)雷電流的流向來識(shí)別雷電繞擊與反擊。當(dāng)雷電流從導(dǎo)線流向桿塔時(shí)，便可判斷定為雷電繞擊;從桿塔流向?qū)Ь€則是反擊。但一旦極性發(fā)生改變，這種方法便不適用。

第三，磁帶法。該方法具有性價(jià)比高、安裝簡(jiǎn)便、便于推廣、檢查誤差小等優(yōu)勢(shì)，可以在800kV直流輸電線路雷電繞擊與反擊是的識(shí)別中發(fā)揮重要作用。首先，利用磁帶法來精確測(cè)量雷電流幅值、最大陡度，并找出峰值，以便根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行有效識(shí)別。其次，可以在絕緣子、桿塔角等位置安裝質(zhì)量高性能好的磁帶測(cè)量裝置，記錄好實(shí)時(shí)參數(shù)及特征。并借助GPRS技術(shù)傳輸雷電流參數(shù)，再對(duì)這些參數(shù)進(jìn)行比較與分析。最后，比較流過絕緣子串桿塔塔端、塔角等位置的幅值參數(shù)，若是二者之比大于一，則可判定為雷電繞擊;若二者之比小于一，則可判定為雷電反擊[2]。而為降低磁帶法的測(cè)量誤差，可以借助多次測(cè)量取平均值法、公示比較法等來減小誤差，同時(shí)要注意磁頭的清潔。

第四，可根據(jù)800kV直流輸電線路經(jīng)雷擊后的閃絡(luò)情況給其它設(shè)備帶來的影響進(jìn)行判斷。如在出現(xiàn)閃絡(luò)時(shí)，若線路兩端的變電站母線和避雷器未發(fā)生變動(dòng)，則可初步判定為是雷電繞擊。若出現(xiàn)變動(dòng)，則可判定實(shí)施雷電反擊影響變電站的穩(wěn)定性。

綜上，800kV直流輸電線路雷電繞擊與反擊的識(shí)別具體步驟為：一要觀察電壓變化率，當(dāng)超過整定值時(shí)，應(yīng)用錄波裝置記錄其電壓行波波形，同時(shí)采集好相關(guān)數(shù)據(jù)。二要將存在耦合關(guān)系的電壓進(jìn)行解耦，即采取相模變換方式最終獲得模極大值。三要借助雙端法測(cè)量行波距。四要分析和判斷是否出現(xiàn)故障及故障的特征。五是若存在雷擊故障時(shí)，需計(jì)算零模電壓模極大值，據(jù)此進(jìn)行雷電繞擊與反擊的判定識(shí)別，具體如上述。六要記錄好線路故障的具體位置及類型，以便為后續(xù)的維護(hù)處理等工作提供依據(jù)。目前，我國(guó)特高壓直流輸電建設(shè)與發(fā)展較晚，但工程進(jìn)度較快，建設(shè)規(guī)模不斷擴(kuò)大。因此，為增強(qiáng)800kV直流輸電線路運(yùn)行的安全可靠性，防止出現(xiàn)雷擊閃絡(luò)與跳閘并減少雷擊事故，還要加強(qiáng)對(duì)特高壓直流輸電線路雷電繞擊與反擊的防護(hù)。對(duì)于繞擊，需要調(diào)整好避雷線的保護(hù)角，安裝耦合地線，亦或在架空地線上端和桿塔塔頂安裝橫向防繞擊短避雷針及可控放電避雷針，以便將小幅值雷電流引到地線上，降低故障發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。對(duì)于反擊，在桿塔地網(wǎng)建設(shè)時(shí)應(yīng)確保避免出現(xiàn)虛焊狀況，并適當(dāng)降低接地地阻等。在雷電繞擊與反擊造成的故障處理上，需結(jié)合故障類型實(shí)施相應(yīng)的解決措施。

結(jié)論：800kV特高壓直流輸電線路具有重要的優(yōu)化電力資源配置的作用，因此，為滿足經(jīng)濟(jì)電流密度和輸電可行性的需要，還應(yīng)結(jié)合當(dāng)?shù)氐匦螝夂蛱攸c(diǎn)等正確識(shí)別該線路的雷電繞擊與反擊，并采取相應(yīng)措施有效避雷，以提高線路運(yùn)行和電網(wǎng)的可靠性，從而促進(jìn)社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益的提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]譚啟德，潘超，陳鐵，等.特高壓直流輸電線路雷電繞擊影響因素研究[J].電瓷避雷器，2019（02）：157-162.

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