輸電線路受雷電影響的失效概率研究

孫濤

摘要：當(dāng)前隨著我國(guó)電力建設(shè)的快速發(fā)展，高壓輸電線路的可靠性越來(lái)越受到人們的重視。輸電線路大多都是在郊外進(jìn)行施工，輸電線路的分布較廣，線路較長(zhǎng)，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(duì)比較多。本文將從輸電線路受雷電影響的失效情況方面進(jìn)行分析，對(duì)其概率模型進(jìn)行研究。

關(guān)鍵詞：輸電線路;雷電影響;失效概率

引言

我國(guó)當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，用電需求量越來(lái)越大，電網(wǎng)規(guī)模也在不斷擴(kuò)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(fù)雜，輸電工程項(xiàng)目的施工越來(lái)越大，大多都會(huì)集中在野外，很容易受到惡劣天氣的影響，天氣對(duì)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(jiàn)的氣候現(xiàn)象，雷電擊打的過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，對(duì)電網(wǎng)工程有著很大的影響，也會(huì)對(duì)輸電線路的正常運(yùn)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(huì)影響到正常的供電需求，對(duì)電力的供應(yīng)造成很大的影響。電網(wǎng)在受到雷電電流的侵入之后，會(huì)造成電網(wǎng)線路的短路和電氣擾擾動(dòng)等各種問(wèn)題，嚴(yán)重影響到電網(wǎng)運(yùn)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(jìn)行分析，建立一種基于雷電天氣現(xiàn)象的模型，對(duì)雷電天氣下輸電線路的失效情況進(jìn)行分析，然后采取相對(duì)應(yīng)的措施。

1雷電天氣對(duì)輸電可靠性的影響

在雷電天氣，雷電會(huì)對(duì)輸電線路周圍產(chǎn)生磁場(chǎng)，當(dāng)處于該種磁場(chǎng)環(huán)境時(shí)，輸電線路連接的各種磁場(chǎng)設(shè)備都會(huì)有放電效應(yīng)產(chǎn)生，如果輸電線路受到雷電天氣的影響比較大，將會(huì)直接導(dǎo)致電力系統(tǒng)不能正常運(yùn)行。因?yàn)檩旊娋€路都是長(zhǎng)時(shí)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(yùn)行，需要針對(duì)雷擊的情況進(jìn)行預(yù)測(cè)，對(duì)雷擊的故障進(jìn)行分析，對(duì)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(shí)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(shè)計(jì)。在正常的雷電天氣環(huán)境下，需要及時(shí)做好對(duì)輸電線路安全可靠性的分析和評(píng)估，通常采用的是蒙特卡洛抽樣法對(duì)輸電線路的狀態(tài)進(jìn)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(píng)估和計(jì)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(jìn)行聯(lián)系分析，建立相應(yīng)的雷擊概率分布模型，能夠有效對(duì)輸電線路發(fā)生故障的概率進(jìn)行預(yù)測(cè)，分析失效的概率。

2線路失效概率的計(jì)算

2.1故障的分析

對(duì)故障進(jìn)行分析的過(guò)程中，需要從雷電流幅值和落雷側(cè)面距離兩項(xiàng)參數(shù)方面進(jìn)行分析，對(duì)輸電線路可能跳閘的概率進(jìn)行計(jì)算，在如果有n條輸電線路發(fā)生了s次故障問(wèn)題，通過(guò)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(guò)計(jì)算之后，得到平均數(shù)值。

2.2輸電線路在雷電天氣受到雷擊的概率預(yù)估

通過(guò)雷達(dá)獲取的相關(guān)參數(shù)進(jìn)行計(jì)算分析，使用氣象雷達(dá)可以探測(cè)出，雷達(dá)探測(cè)的數(shù)據(jù)信息都是一些基礎(chǔ)性的數(shù)據(jù)信息。要對(duì)落雷的側(cè)面距離進(jìn)行分析，需要按照線路方程進(jìn)行確定，通過(guò)勘測(cè)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(biāo)位置，然后對(duì)輸電線路進(jìn)行計(jì)算，針對(duì)落雷點(diǎn)側(cè)面距離的極端，需要計(jì)算當(dāng)處于雷電天氣環(huán)境下，雷云所處的中心就是雷電實(shí)際放電的位置，當(dāng)雷電實(shí)際放電的過(guò)程中，其與架空路線之間產(chǎn)生的側(cè)面距離就可以計(jì)算出來(lái)。

3輸電線路雷害原因的分析

3.1雷擊產(chǎn)生

高壓輸電線路多是金屬材料，并且大部分高壓輸電線路多設(shè)計(jì)為架空結(jié)構(gòu)，高壓輸電線路受到雷擊時(shí)往往會(huì)產(chǎn)生大量感應(yīng)電流，而這些感應(yīng)電流很容易進(jìn)入供電線路，嚴(yán)重威脅電力設(shè)施的運(yùn)行安全，甚至還會(huì)造成電力通信系統(tǒng)遭受損壞，無(wú)法正常、安全的輸電。當(dāng)前，很多高壓輸電線路都設(shè)置了閥型避雷設(shè)施，而有些避雷設(shè)備殘壓較高，并且反應(yīng)較慢，使得高壓輸電線路出現(xiàn)暫態(tài)過(guò)電壓。

3.2感應(yīng)電流

雷雨天氣環(huán)境中，高壓輸電線路受到雷電侵害會(huì)產(chǎn)生大量感應(yīng)電流，雷云對(duì)大地進(jìn)行放電，會(huì)導(dǎo)致高壓輸電線路中形成自由移動(dòng)電荷，然后雷電沖擊波逐漸向高壓輸電線路兩側(cè)移動(dòng)，并且移動(dòng)的自由電荷也會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)電流，從而和線路電阻產(chǎn)生雷電感應(yīng)電壓，從而嚴(yán)重影響電力設(shè)施運(yùn)行安全。

3.3形成雷擊侵害

當(dāng)雷電侵害高壓輸電線路時(shí)，主要會(huì)經(jīng)歷以下幾個(gè)階段：其一，雷電侵害高壓輸電線路時(shí)產(chǎn)生過(guò)電壓;其二，高壓輸電線路發(fā)生閃絡(luò);其三，高壓輸電線路慢慢恢復(fù)為工頻電壓狀態(tài);其四，高壓輸電線路跳閘，停止輸電。

4高壓輸電線路遵循的防雷原則

對(duì)于高壓輸電線路的防雷工作，需要采取相應(yīng)的措施將遭受到的自然災(zāi)害降到最低，有效確保供電的質(zhì)量和安全。（1）避免導(dǎo)線遭受雷擊，當(dāng)前各構(gòu)筑物采用的避雷方式是安裝避雷針，也是工程實(shí)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(guò)在底線上安裝側(cè)向避雷針，能夠有效保證導(dǎo)線不會(huì)受到雷擊;（2）減少絕緣發(fā)生閃絡(luò)，為了能夠保證地雷線遭受到雷擊發(fā)生閃絡(luò)，需要充分提高高壓輸電線路自身的絕緣性能，通過(guò)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。

5高壓輸電線路的防雷措施

5.1對(duì)繞擊雷的防治

雷電對(duì)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(yīng)雷是不能對(duì)其造成危害的，對(duì)高壓輸電線路造成影響最大的就是直擊雷。在對(duì)雷電的監(jiān)測(cè)中開(kāi)始應(yīng)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(rèn)識(shí)。

在對(duì)繞擊雷的防止過(guò)程中，需要充分考慮到以下方面的問(wèn)題：（1）耐雷水平遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于實(shí)際雷電活動(dòng)強(qiáng)度的接地設(shè)計(jì)，可以通過(guò)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(dǎo)，對(duì)接地體閃擊的高度進(jìn)行準(zhǔn)確定位，可以在其側(cè)面安裝接閃設(shè)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(shí)施防繞擊，地線上可以裝設(shè)相應(yīng)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(jìn)入桿塔后避雷線屏蔽失效區(qū)，在引發(fā)低空雷電問(wèn)題之后，對(duì)避雷針存在的屏蔽不足問(wèn)題進(jìn)行彌補(bǔ)，同時(shí)還可以防止高空和高幅值先導(dǎo)對(duì)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。

5.2安裝放繞擊避雷針

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(hù)線條，將線安裝在護(hù)線條的中間位置，防繞擊避雷針的配套金具是塔頭測(cè)針，針桿要上揚(yáng)。

結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，高壓輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行關(guān)系到我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展，對(duì)于高壓輸電線路的防雷設(shè)計(jì)，需要采用科學(xué)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(yùn)行水平，確保高壓輸電線路的安全和穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)：

[1]許勇.輸電線路受雷電影響的失效概率研究[J].集成電路應(yīng)用，2019，36（09）：88-89.

[2]譚啟德，潘超，陳鐵，赫鑫，賈博.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.

[3]王少華，金祖山，李特，許楊勇，周象賢.特高壓輸電線路雷電繞擊影響因素及防護(hù)措施[J].水電能源科學(xué)，2018，36（06）：197-200.

[4]趙磊.輸電線路繞擊特性中雷電活動(dòng)及地形地貌的影響分析[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2016（15）：175-176.