側(cè)針對(duì)改善高壓輸電線路雷電屏蔽的實(shí)驗(yàn)研究

王欽欽

（國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)春供電公司，吉林長(zhǎng)春，130041）

側(cè)針對(duì)改善高壓輸電線路雷電屏蔽的實(shí)驗(yàn)研究

王欽欽

（國(guó)網(wǎng)長(zhǎng)春供電公司，吉林長(zhǎng)春，130041）

為了研究側(cè)針對(duì)改善高壓輸電線路雷電屏蔽性能的機(jī)理，本文中采用縮比模擬實(shí)驗(yàn)，對(duì)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中放電現(xiàn)象進(jìn)行觀測(cè)，并對(duì)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行分析，重點(diǎn)探討了在放電過(guò)程中，擊中點(diǎn)的選擇和側(cè)針對(duì)提高雷電屏蔽性能的作用機(jī)理。試驗(yàn)結(jié)果表明，下行放電和迎面放電兩者之間相互作用、互相影響，而在不同的間隙結(jié)構(gòu)下，只有在側(cè)針的長(zhǎng)度大于間隙臨界電暈半徑時(shí)，側(cè)針才能夠明顯改善高壓輸電線路的雷電屏蔽性能。

高壓交流；雷電屏蔽；模擬實(shí)驗(yàn)

0 引言

一直以來(lái)，如何有效提高高壓輸電線路的抗雷擊性能都是一個(gè)有待科研工作者解決的技術(shù)難題。在高壓電路運(yùn)行中，由于雷電電擊而產(chǎn)生的事故數(shù)量占到所有事故數(shù)量中的7成以上，比例相當(dāng)之大。研究表明，隨著輸電線路系統(tǒng)電壓等級(jí)的不斷提高，所需承受雷電電擊的能力也在不斷提高。另一方面，隨著輸電線路系統(tǒng)工作電壓的不斷提高，輸電線上更容易產(chǎn)生上行先導(dǎo)，減弱避雷針的避雷效果，以上兩者綜合作用時(shí)，會(huì)導(dǎo)致繞擊跳閘概率顯著提高。

前蘇聯(lián)、日本以及我國(guó)的輸電電路系統(tǒng)由于遭受雷擊而跳閘的主要原因是繞擊，隨著國(guó)家電網(wǎng)的主干輸電網(wǎng)絡(luò)越來(lái)越多的采用高壓電網(wǎng)，如何有效減少雷電電擊產(chǎn)生的跳閘，提高輸電線路系統(tǒng)的穩(wěn)定性變得越來(lái)越重要。因此，在輸電線路系統(tǒng)遭受雷電襲擊時(shí)，如何有效解決繞擊防護(hù)的技術(shù)問(wèn)題成為技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵。

雷電屏蔽理論表明，當(dāng)保護(hù)角足夠小，繞擊最大電流小于繞擊耐雷能力時(shí)，輸電線路不會(huì)產(chǎn)生繞擊跳閘。因此，輸電線路預(yù)防雷電繞擊所采取的常規(guī)技術(shù)手段是設(shè)計(jì)較小的保護(hù)角。但是，當(dāng)輸電線路的局部位于轉(zhuǎn)角塔附近，或者斜山坡等特殊位置時(shí)，依舊容易產(chǎn)生較高的跳閘率。而在這些特殊區(qū)域，采用較小保護(hù)角來(lái)達(dá)到提高抗雷擊屏蔽性能的目的效果十分有限。因此，除了設(shè)計(jì)設(shè)計(jì)較小的保護(hù)角外，還要在輸電線路的運(yùn)行中采取一些雷電屏蔽措施，以達(dá)到保障輸電線路安全的目的。

1 實(shí)驗(yàn)研究

1.1 試驗(yàn)方案

本文中的試驗(yàn)研究采用模擬實(shí)驗(yàn)法，選擇1:10和1:20兩種不同的比例模擬1000千伏高壓輸電線路。模擬試驗(yàn)中根據(jù)距離電極距離的不同安裝不同的水平側(cè)針。實(shí)驗(yàn)采用7200千伏沖擊電壓發(fā)生器，在每個(gè)位置放電次數(shù)為30次，依據(jù)模擬實(shí)驗(yàn)過(guò)程中觀測(cè)記錄的擊中避雷針、導(dǎo)線以及大地的次數(shù)來(lái)計(jì)算繞擊導(dǎo)線所占的百分比。

1.2 試驗(yàn)結(jié)果

無(wú)側(cè)針試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)選用1:10的縮小比例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，無(wú)側(cè)針導(dǎo)線的繞擊比例是60%，而在1:20的縮小比例進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，無(wú)側(cè)針導(dǎo)線的繞擊比例是50%。而加裝側(cè)針后的試驗(yàn)結(jié)果表明，側(cè)針長(zhǎng)度對(duì)輸電線路避雷效果的影響較為明顯，隨著側(cè)針長(zhǎng)度的不斷增加，輸電線路的雷電屏蔽效果不斷提高。當(dāng)縮小比例為1:10時(shí)，側(cè)針長(zhǎng)度為5cm的時(shí)對(duì)輸電線路雷電屏蔽性能的影響不顯著，而當(dāng)側(cè)針長(zhǎng)度達(dá)到10cm及以上時(shí)，繞擊比例下降至30%，減小為無(wú)側(cè)針時(shí)的一半。當(dāng)縮小比例為1:20時(shí)，當(dāng)側(cè)針長(zhǎng)度為5cm及以上時(shí)，繞擊比例下降至無(wú)側(cè)針時(shí)的30%-40%，雷電屏蔽性能改善明顯。

2 擊中點(diǎn)及放電過(guò)程

在模擬實(shí)驗(yàn)進(jìn)行過(guò)程中，可以通過(guò)高速攝影機(jī)對(duì)整個(gè)放電過(guò)程進(jìn)行記錄，所拍攝的放電照片清晰的反映了在放電過(guò)程中擊中點(diǎn)是如何選擇的，同時(shí)還可以幫助實(shí)驗(yàn)者更好的觀察下行先導(dǎo)的發(fā)展過(guò)程、迎面先導(dǎo)的發(fā)展過(guò)程以及最后躍變等不同的實(shí)驗(yàn)階段。

通過(guò)對(duì)放電照片進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析可以發(fā)現(xiàn)，絕大多數(shù)擊中導(dǎo)線的放電在初始階段就會(huì)朝著導(dǎo)線的方向發(fā)展，而大多數(shù)集中避雷針的下行放電則在初始階段會(huì)朝著偏離導(dǎo)線方向發(fā)展。

在放電過(guò)程中，有一小段自由先導(dǎo)段出現(xiàn)在下行放電的過(guò)程中，占整個(gè)放電過(guò)程的10%左右，雖然其在整個(gè)放電過(guò)程中所占的比例十分有限，但卻影響著擊中點(diǎn)的選擇。

由于迎面放電的真實(shí)雷擊資料較為缺乏，導(dǎo)致部分學(xué)者對(duì)迎面放電多持懷疑態(tài)度。在模擬試驗(yàn)過(guò)程中拍攝的放電照片中可以看到明顯的迎面放電現(xiàn)象，同時(shí)在可以發(fā)現(xiàn)，隨著放電間隙的不斷增加，迎面放電的發(fā)展空間得到了極大地改善。

無(wú)論是在實(shí)際的雷電放電過(guò)程，還是實(shí)驗(yàn)室模擬放電過(guò)程，擊中點(diǎn)的選擇與被擊中物體的迎面放電競(jìng)爭(zhēng)密切相關(guān)。試驗(yàn)結(jié)果表面，迎面放電發(fā)生的越早，越迅速，迎面放電的發(fā)展越充分，越有可能與下行放電通道相連。由此可見(jiàn)，迎面放電的發(fā)展程度是決定擊中點(diǎn)最重要的決定因素。

3 側(cè)針引雷機(jī)理

3.1 側(cè)針的臨界長(zhǎng)度

在模擬試驗(yàn)中，當(dāng)間隙為5m時(shí)，側(cè)針長(zhǎng)度為5cm的實(shí)驗(yàn)組繞擊概率與對(duì)照組相比，未有明顯改變；而側(cè)針長(zhǎng)度為10cm及以上時(shí)，繞擊概率的降低作用顯著。當(dāng)間隙為3m時(shí)，側(cè)針長(zhǎng)度為2.5cm的實(shí)驗(yàn)組的繞擊概率與對(duì)照組相比，未有明顯改變；而側(cè)針長(zhǎng)度為5cm及以上時(shí)，繞擊概率降低明顯。試驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)側(cè)針的長(zhǎng)度大于間隙臨界電暈半徑時(shí)，對(duì)雷電的屏蔽作用才會(huì)變得明顯。

3.2 側(cè)針與迎面放電的發(fā)展

模擬實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，當(dāng)側(cè)針長(zhǎng)度超過(guò)某一定值后，迎面放電的產(chǎn)生概率迅速增加。當(dāng)避雷針安裝側(cè)針后，避雷針的上行先導(dǎo)發(fā)生所需的初始電壓降低，使得在被擊中物體表面更容易產(chǎn)生迎面放電。

4 結(jié)論

在輸電線路設(shè)計(jì)之初，選擇較小的保護(hù)角對(duì)于提高輸電線路系統(tǒng)的抗雷電性能具有重要作用，在實(shí)際操作中，對(duì)于局部特殊區(qū)段，可以采用增效措施達(dá)到提高輸電線路雷電屏蔽性能的目的。擊中點(diǎn)的選擇與被擊中物體的迎面放電競(jìng)爭(zhēng)有關(guān)，迎面放電發(fā)生的越早，越快，迎面放電發(fā)展越充分，越容易與下行放電通道相連。只要當(dāng)水平側(cè)針的長(zhǎng)度超過(guò)臨界電暈半徑時(shí)，水平側(cè)針才能夠有效的提高雷電屏蔽性能。

[1]錢(qián)冠軍,陳維江,陳家宏,谷山強(qiáng),賀恒鑫,向念文,謝施君.側(cè)針對(duì)改善特高壓交流輸電線路雷電屏蔽的實(shí)驗(yàn)觀測(cè)[J].高電壓技術(shù),2010,36(01):103-108.[2017-08-07]. DOI：10.13336/j.1003-6520.hve.2010.01.047.

[2]郭秀慧,李志強(qiáng),錢(qián)冠軍.輸電線路繞擊防護(hù)的新措施[J].高電壓技術(shù),2005,(07):37-38+41.[2017-08-07].DOI：10.13336/j.1003-6520.hve.2005.07.013.

Experimental study on the improvement of lightning shielding for high voltage transmission lines

Wang Qinqin
（State Grid ChangChun Power Supply Company,Changchun Jilin,130041）

To study the side for improving the mechanism of high voltage transmission line lightning shielding performance, this article USES the shrinkage than analog experiment, the discharge phenomenon in the process of experiment, and the test results were analyzed, and mainly discussed in the process of discharge, the hit point selection and side for improving the mechanism of the lightning shielding performance The test results show that the downward discharge and head on interaction between discharge and influence each other, and under different gap structure, only in the side length of the needle is greater than the critical corona radius clearance, side needle can obviously improve the lightning shielding performance of transmission lines

high pressure communication; Lightning shield; Simulation experiment