雷擊高壓輸電線路對(duì)鄰近輸氣管道的電磁影響

陳華明

【摘 要】目前，隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的迅猛發(fā)展，國(guó)內(nèi)的能源需求量也隨之增大，比如天然氣的使用，為了將天然氣輸送到各大城市，輸氣管道的敷設(shè)是必不可少的，但由于地理位置的限制，輸氣管道的敷設(shè)不可避免的與架設(shè)高壓輸電線路的走廊相沖突，因此，高壓輸電線路與輸氣管道近距離平行運(yùn)行或交叉運(yùn)行的情況越來(lái)越多。高聳的架空輸電線路易于遭受雷擊，當(dāng)高壓輸電線路遭受雷擊時(shí)，雷電流會(huì)沿著輸電線路向兩側(cè)傳播，并且在其周圍產(chǎn)生強(qiáng)電磁場(chǎng)，電磁耦合效應(yīng)會(huì)在線路走廊附近的輸氣金屬管道上產(chǎn)生較高的感應(yīng)電壓，一旦感應(yīng)電壓值超過(guò)輸氣管道絕緣層的耐壓沖擊水平，管道的絕緣層就會(huì)被擊穿，陰極保護(hù)設(shè)備損壞，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成管道漏氣甚至爆炸等重大事故，危及人員安全。另一方面，雷電流會(huì)沿雷擊點(diǎn)兩側(cè)的桿塔流入大地，造成大地電位上升，從而對(duì)輸氣管道產(chǎn)生阻性耦合作用。輸氣管道涂層的主要功能是防腐，其絕緣耐壓水平并不會(huì)太高，當(dāng)涂層被損壞后，金屬管道會(huì)被進(jìn)一步腐蝕。因此研究高壓輸電線路對(duì)鄰近輸氣管道的電磁影響是非常有必要的。

【關(guān)鍵詞】雷擊高壓；輸電線路；鄰近輸氣管道；電磁影響

引言

為研究雷擊高壓輸電線路對(duì)鄰近輸氣管道的電磁干擾問(wèn)題，以220kV同塔雙回輸電線路下方并行輸氣管道為例，利用電磁暫態(tài)仿真軟件ATP建立包含輸電線路、桿塔、絕緣子、輸氣管道及其防護(hù)層的等效時(shí)域模型。綜合考慮了雷擊位置、雷電流幅值、水平間距、土壤電阻率、呼稱高度、管徑等因素對(duì)高壓輸電線路附近輸氣管道交流干擾的影響。

1我國(guó)雷擊特高壓輸電線路現(xiàn)狀

特高壓線路在實(shí)際運(yùn)行的過(guò)程中，由于工作的電壓較高、桿塔和導(dǎo)線的高度較高，一旦出現(xiàn)雷電問(wèn)題，將會(huì)導(dǎo)致非常嚴(yán)重的后果，因此在實(shí)際研究的過(guò)程中，需要對(duì)雷擊特高壓輸電線路的雷電屏蔽性能展開(kāi)數(shù)值模擬，確定雷擊特高壓輸電線路中影響雷電性能的因素，進(jìn)而制定相應(yīng)的防雷措施，這種方式能夠提升雷擊特高壓輸電線路在實(shí)際應(yīng)用中的雷電防護(hù)水平，進(jìn)而保證我國(guó)雷擊特高壓輸電線路的正常運(yùn)行。在對(duì)雷擊特高壓輸電線路雷電屏蔽性能展開(kāi)評(píng)估的過(guò)程中，需要使用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)、模擬測(cè)驗(yàn)、理論分析以及建立仿真模型等手段，保證最終研究結(jié)果的有效性，目前應(yīng)用的主要方法包括規(guī)程法、電氣幾何模型法以及先導(dǎo)模型法等。

在20世紀(jì)60年代之前，由于電力系統(tǒng)的電壓較低，主要出現(xiàn)的雷電災(zāi)害為雷擊塔桿以及避雷線產(chǎn)生反擊過(guò)電壓等，面對(duì)這種情況，人們?cè)趯?shí)際性能評(píng)估中，主要采用現(xiàn)場(chǎng)測(cè)驗(yàn)以及統(tǒng)計(jì)分析結(jié)果等方式進(jìn)行。這種方法在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，使用方便，能應(yīng)用在低壓和單回線路的防雷設(shè)計(jì)中，但是并不能將各個(gè)線路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)反應(yīng)出來(lái)，因此不能確定導(dǎo)致線路雷電屏蔽失效的原因。電氣幾何模型能夠?qū)F(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況與理論相互結(jié)合，在此基礎(chǔ)上建立相應(yīng)的分析模型，該模型在實(shí)際應(yīng)用的過(guò)程中，能夠?qū)U塔保護(hù)地區(qū)以及地形等因素展開(kāi)研究，利用EGM對(duì)50m以下的雷擊特高壓輸電線路性能屏蔽影響因素展開(kāi)研究。

2雷擊高壓輸電線路對(duì)鄰近輸氣管道的電磁影響

2.1雷電流的影響

為研究雷電流對(duì)輸氣管道上產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電壓的影響，保持線路及桿塔的參數(shù)不變，只改變雷電流幅值，利用電磁暫態(tài)仿真軟件ATP對(duì)雷電流為10、50、100、150kA時(shí)輸氣管道上產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電壓進(jìn)行仿真計(jì)算，因雷電流對(duì)雷擊點(diǎn)位置處的輸氣管道段影響最大，所以選取0號(hào)桿塔附近的管道段進(jìn)行仿真計(jì)算，當(dāng)雷電流為10kA時(shí)，電磁感應(yīng)電壓為104.77kV，當(dāng)雷電流上升到150kA時(shí)，輸氣管道上產(chǎn)生的瞬間感應(yīng)電壓達(dá)到1317.2kV，當(dāng)雷電流從10kA到150kA時(shí)，輸氣管道上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓從幾百kV上升到幾千kV，由此可知雷電流的大小對(duì)輸氣管道交流干擾的影響很大，當(dāng)雷電流過(guò)大時(shí)，雷擊點(diǎn)位置附近的輸氣管道可能會(huì)被瞬間擊穿，引起火災(zāi)甚至爆炸事故的發(fā)生。當(dāng)雷電流變大時(shí)，它在輸電線路傳輸過(guò)程中產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)也就越大，平行與輸電線路敷設(shè)的輸氣管道上產(chǎn)生的瞬時(shí)感應(yīng)電壓就越大，對(duì)輸氣管道的交流干擾也就越明顯。

2.2水平間距的影響

當(dāng)220kV同塔雙回輸電線路與輸氣管道之間的水平間距發(fā)生變化時(shí)，保持線路及桿塔參數(shù)不變，利用電磁仿真軟件ATP分別仿真計(jì)算出水平間距為30、60、90、120m時(shí)輸氣管道上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，隨著水平間距的不斷增大，輸氣管道上產(chǎn)生的雷電感應(yīng)電壓隨之減小。隨著水平距離的增大，雷電流所產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)對(duì)輸氣管道的電磁影響減弱，所以輸氣管道上產(chǎn)生的感應(yīng)過(guò)電壓也隨之減小。因此在高壓輸電線路架設(shè)與輸氣管道敷設(shè)時(shí)，要盡量避免高壓輸電線路與輸氣管道相距太近，增大兩者之間的距離，不僅會(huì)使輸電線路正常運(yùn)行時(shí)對(duì)輸氣管道的交流干擾減小，也會(huì)使輸電線路在發(fā)生接地故障或遭受雷擊時(shí)對(duì)平行敷設(shè)的輸氣管道的電磁影響減弱，避免雷擊點(diǎn)處的管道被瞬時(shí)的高電壓擊穿。

2.3土壤電阻率的影響

為研究敷設(shè)輸氣管道地段的土壤電阻率對(duì)輸氣管道交流干擾的影響，以與220kV同塔雙回輸電線路平行運(yùn)行3km的輸氣管道為例，保證線路及桿塔參數(shù)不變，只改變土壤電阻率的大小，取土壤電阻率為200、400、600、800Ω/m，利用電磁暫態(tài)仿真軟件ATP對(duì)100kA雷電流擊中桿塔時(shí)輸氣管道上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓進(jìn)行仿真計(jì)算隨著敷設(shè)輸氣管道地段的土壤電阻率增大，輸氣管道上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓也隨之增大。土壤電阻率的變化對(duì)輸氣管道交流干擾的影響并不太明顯。

2.4管徑大小的影響

為研究輸氣管道的管徑對(duì)輸氣管道上產(chǎn)生電磁感應(yīng)電壓的影響，文中對(duì)4種不同管徑的輸氣管道進(jìn)行了研究分析，以與220kV同塔雙回輸電線路平行運(yùn)行3km的輸氣管道為例，保持線路及桿塔參數(shù)不變，利用電磁暫態(tài)仿真軟件ATP分別對(duì)10、50、100、150kA的雷電流擊中桿塔時(shí)輸氣管道上產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電壓進(jìn)行仿真計(jì)算，隨著輸氣管道管徑的增大，輸氣管道上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓隨之減小。在雷電流為100kA時(shí)，輸氣管道的外徑從1219mm變成338mm，輸氣管道上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓只增加了66.98kV，相對(duì)來(lái)說(shuō)，輸氣管道的管徑對(duì)輸氣管道交流干擾的影響并不明顯。

2.5呼稱高度的影響

為研究呼稱高度對(duì)輸氣管道上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓的影響，以與220kV同塔雙回輸電線路平行運(yùn)行3km的輸氣管道為例，保持線路參數(shù)不變，只改變呼稱的高度，取Δy為-3、0、3、6、9m，利用電磁暫態(tài)仿真軟件ATP對(duì)100kA的雷電流擊中桿塔時(shí)輸氣管道上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓進(jìn)行仿真計(jì)算，仿真結(jié)果見(jiàn)，在其他條件不變的情況下，隨著呼稱高度的增加，輸氣管道上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓隨之減小。當(dāng)呼稱高度增大時(shí)，雷電流產(chǎn)生的交變磁場(chǎng)對(duì)輸氣管道上的電磁影響減弱，因此輸氣管道上的感應(yīng)電壓減小。但總體來(lái)看，呼稱高度的變化對(duì)輸氣管道的交流干擾影響并不是很大，在輸氣管道建設(shè)中，適當(dāng)增大呼稱高度，有利于輸氣管道的腐蝕防護(hù)。

結(jié)語(yǔ)

隨著呼稱高度的增大，輸氣管道上產(chǎn)生的電磁感應(yīng)電壓隨之減小，但總體來(lái)說(shuō)對(duì)輸氣管道的交流干擾影響并不明顯。

參考文獻(xiàn)：

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（作者身份證號(hào)碼：420984199008054413）