山區緊湊型500kV交流輸電線路繞擊耐雷性能研究

（國網四川省電力公司廣安供電公司，四川 廣安 638500）

山區緊湊型500kV交流輸電線路繞擊耐雷性能研究

朱 峰

（國網四川省電力公司廣安供電公司，四川 廣安 638500）

本文作者對平原和幾種山區典型地形下500kV緊湊型輸電線路的繞擊耐雷性能進行了對此分析，并計算了保護角、桿塔呼高、地面傾角對500kV緊湊型輸電線路繞擊耐雷性能的影響，從而得出分析結論。

山區；改進電氣幾何模型；緊湊型輸電線路；繞擊耐雷性能；影響因素

1 國內外研究現狀

目前，對輸電線路的雷擊風險評估要依賴于輸電線路耐雷性能的準確評估。因此，精確的輸電線路雷電耐雷性能計算模型及其線路雷擊閃絡風險的綜合分析措施對線路的防雷性能改進及輸電線路的防雷設計都有著十分關鍵的作用。輸電線路的雷電繞擊能力評估方面，目前常用的評估分析方法有：規程法、電氣幾何模型（EGM）、改進電氣幾何模型等。

①規程法

此方法認為：雷電繞過避雷針直接擊中導線的概率同塔桿的高度，避雷設施的保護角度、導線沿途的地形、地貌、地質情況等都存在較大的聯系，提供了平原以及山區兩種地理情況下的繞擊概率公式，該方法可以較為快捷、方便的計算出線路的繞擊率，同時經過檢測，可以同普通線路的防雷屏蔽設定標準相吻合。然而，其不足之處也較為明顯，因為此方法中的線路繞擊概率計算公式是結合多方面的經驗及小電流的模式而提出的，因此，具備較強的綜合特性，經常不能清晰的反應出沿線的特點，無法對屏蔽實效問題的原因進行解答。

圖1 山區三種基本的雷擊跳閘嚴重地形

表1 不同地形下500kV緊湊型線路的繞擊率

②電氣幾何模型

該模型指的是把雷電的放電特征同線路的尺寸、結構關聯在一起，從而創建出的一類幾何計算分析模型。在1962年，美國希爾曼及克萊頓等人提出了電力的幾何模型。到今天，此模型具備大量的信息。比較典型的幾何電氣模型為“Whitehead-Brown”繞擊模型。之后，有關人員針對雷電的繞組距離計算公式進行了相應的實驗與研究，并且制定了雷電的計算系數，通過電擊的距離來表達如式所示。

r=a×Ib（m）

圖2 不同微地形下繞擊率的計算結果

以上電氣的幾何模型較以往的經驗措施相比已經獲取了極大的進步，然而，該公式沒有對導線的高度影響進行考量，也忽略了放電的分散特性，并且無視了其他條件對雷擊大地、擊距、導線、避雷針的影響，將三者距離假定為相同。

③改進電氣幾何模型

美國的埃里克松對以往的電氣模型問題提出了相應的改進模型。其提出的模型重點對構造物的高度進行了考量，探討了其對雷電繞擊的作用，獲取了相應的擊距公式，其內容如下。

以往的電氣幾何模型將導線、避雷線、地面對雷電先導的擊距視為相同，然而，如果線路的高度增大，則此假設就較不合理。所以，相關專業人士提到了擊中距離，設定為β，是指雷電先導對地的擊中距離與輸電導線的距離之比，借助其對導線及大地的引雷性能進行描述。里茲克、埃里克松等依據各自的探究提出了導線高度同擊距系數間的關系。

2 輸電線路繞擊耐雷性能影響因素分析

對于山區地區來講，尤其是山谷、山脊及山峰三種基本地質結構構成的，通常來講，架設在山區的線路依據地形的狀態可以將其劃分成以下幾種類別：其一，架設在山坡的線路。包含的內容有：沿山峰的外坡水平走向的線路及沿山脊的外坡水平走向的線路；其二，架設在山頂的線路。包含的內容有：山脊頂部的架設線路及山峰頂部的架設線路；其三，架設在爬坡位置的線路。包含的內容有：沿山脊豎直鋪著的線路及沿山坡上下架設的線路；其四，架設在跨谷的線路。包含的內容有：沿山谷架設的線路及橫跨山谷鋪設的線路。同時，也包含鋪設在山脊、谷底、山坡等線路。如果線路的走向大致同山坡處于平衡情況，地線與地面位置相近，則受到雷電擊中的概率相對較小。經過總結，能夠把此種情況劃分為三種基礎雷擊跳閘地形，包含的內容有：山脊的頂部、山坡的斜外側、橫跨山谷的線路如圖1所示。

分別計算平原和上述三種微地形下500kV緊湊型線路的繞擊率如表.1所示。

不同微地形下，繞擊率的計算結果如圖2所示。

從表1及圖2可以發現，處在平原等地的線路被繞擊的概率較低。相反，沿著坡地及山頂架設的輸電線路較容易受到繞擊問題。這是由于，沿著山坡的地形，兩邊線路分別在山坡的下邊坡一側及上邊坡一側，位于上邊坡一側的輸電線距離山體較近，則山體的屏蔽性能較強，所以，受到繞擊的幾率較低；而位于下邊坡一側的輸電線路暴露的角度較高，山體對其的屏蔽性能較弱，受到繞擊的概率較高。架設在山頂的輸電線路，由于處在最高點，吸引雷電的性能較高，兩側都為下邊坡，則山體對頂部架設線路的屏蔽性能更低，暴露角度更高。四種條件下，橫跨山谷的輸電線路受到繞擊的概率更高，其是由于橫跨山谷的輸電線路距離地面的高度相對較高，從事使地面對其的屏蔽影響降低，再加之弧垂的作用，造成雷電的保護角擴大，避雷線對其屏蔽作用降低，所以，很容易引發繞擊情況。

2.2 500kV緊湊型輸電線路繞擊防雷性能影響因素分析

2.2.1 保護角變化的影響

圖3 保護角變化對繞擊率的影響

圖5 地面傾角變化對繞擊率的影響

圖4 呼高變化對繞擊率的影響

表2 保護角變化對繞擊率的計算結果的影響

表3 呼高變化對繞擊率的計算結果的影響

表4 地面傾角對繞擊率的計算結果的影響

對于保護角來講，其表征的大小同避雷線的屏蔽功能存在密切的聯系，當保證參數不發生變化的前提下，可以利用變更兩根避雷線的水平距離行駛來調整避雷線的保護角數值，針對不同的保護角，其線路受到繞擊的概率詳見表2。對500千伏的、緊湊型線路鋪著在平原位置的仿真模型進行計算，設定檔距數值為500米。

保護角變化對繞擊率的影響如圖3所示。

由表2及圖3可以發現，對500千伏緊湊型線路來講，其發生繞擊的概率會伴隨著保護角的增大而提高，其是由于當保護角變大以后，避雷線對導線的屏蔽性降低，計算繞幾率期間，暴露弧的長度相應增加。

2.2.2 桿塔呼高的影響

當架空線兩端桿塔呼高變化時，檔距內架空線弧垂不變，但架空線任意點對地高度會發生變化，從而直接影響雷擊繞擊率的結果。保持其它參數不變，以平原地區500kV緊湊型線路作為仿真模型，隨桿塔呼高變化繞擊率的計算結果如表3所示。

桿塔呼高變化對繞擊率的影響如圖4所示。

由表3和圖4可以看出，繞擊率隨著桿塔呼高的增大而增大。這是因為，呼高增大后，雖然導線和避雷線的弧垂不變，但導線和避雷線的對地高度會隨之增大，大地對導線的屏蔽作用減小，繞擊率隨之增大。

2.2.3 地面傾角的影響

根據輸電線路運維經驗證實，輸電線路的雷電繞擊性能受地面傾角的影響較大。保持其它參數不變，而改變地面傾角的大小，分別計算各種地面傾角下500kV緊湊型線路的繞擊率如表4所示。

繞擊率受地面傾角變化影響的計算結果如圖5所示。

由表4和圖5可以看出，隨地面傾角的增大繞擊率隨之增大，這是因為地面傾角變大后，電氣幾何模型計算所得的暴露弧長度變大，發生回頭擊的可能性增大，因此繞擊率的計算結果增大。但是由于緊湊型線路本身保護角較小，線路繞擊耐雷性能得到了較大提高，故地面傾角變化對緊湊型線路繞擊率的影響較小。

3 結論

在我國，輸電線路受雷害事故跳閘影響比重很大，四川地區情況突出。雷擊故障往往造成線路絕緣破壞，引起線路停電，給電力部門造成直接經濟損失的同時也給居民生活及工農業生產帶來了重大影響。根據上述分析內容得出的主要結論如下：

平原地區輸電線路繞擊率最小，沿山頂和沿坡地形下輸電線路都比較容易發生繞擊事故，輸電線路跨山谷架設時輸電線路繞擊率最大。

由500kV緊湊型輸電線路繞擊防雷性能影響因素分析可知：

①500kV緊湊型的輸電線路自身的繞擊概率會伴隨著保護角度的變大而增加，其實由于當保護角擴大以后，導線受到壁壘設備的屏蔽影響降低，計算繞擊概率時，裸露在外的導線弧長相應增加。

②繞擊的概率會伴隨著輸電塔桿的高度增高而變大。其是由于當輸電塔桿增高后，盡管避雷設備同導線的弧垂維持一定，然而避雷設備及導線相對地面的高度提高，那么大地對線路的屏蔽影響降低，所以，會增大繞擊概率。

③繞擊的概率會伴隨著地面傾斜角度的擴大而變大。其是由于當地面的傾斜角度增大后，幾何電氣模型的計算裸露弧長數值變高，發生回頭擊的可能性增大，因此繞擊率的計算結果增大。

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