關于特高壓直流輸電線路雷擊的故障特性探討

梁棟

摘要：以國網(wǎng)投運時間相對較長的±800kV復奉線、錦蘇線和賓金線為例，總結特高壓直流線路運行情況和防雷性能，挖掘雷擊故障特征和影響性因子。針對賓金線防雷性能顯著低于復奉、錦蘇線的情況，從地閃密度、地面傾角、絕緣配置三方面對比差異性，并綜合計算分析雷擊運行性能出現(xiàn)差異的原因。結果表明，繞擊防護是特高壓直流線路亟待提升的薄弱點，賓金線故障桿塔的繞擊重啟率理論上是復奉線故障桿塔的5.81倍，與實際運行結果6.87倍較為接近。

關鍵詞：雷擊故障;特高壓直流;輸電線路;繞擊;防雷

我國燃煤、水能、風能、太陽能等能源資源規(guī)模大、分布集中，而所在地區(qū)負荷需求水平較低，能源負荷中心分布較遠，特高壓輸電以其容量大、距離遠等突出優(yōu)勢，滿足了清潔能源發(fā)展和資源優(yōu)化配置的需求。特高壓直流線路在引雷特性、雷擊后保護動作特性等方面與交流特高壓線路有著顯著不同，雷擊故障概率和威脅被低估。本文以復奉、錦蘇、賓金線為例，對國網(wǎng)三大特高壓直流線路雷擊故障規(guī)律總結，挖掘線路雷電防護薄弱點，對比分析差異性因素，對特高壓直流線路的防雷設計、改造有重要參考價值。

1 雷電繞擊影響因素分析

1.1上行先導相互作用對雷電繞擊特性的影響

上行先導通道具有良好的導電性，在先導通道的頭部及周圍區(qū)域聚集了大量電荷，對先導發(fā)展過程產(chǎn)生顯著影響。由于導線上行先導的產(chǎn)生改變了空間電場分布，使避雷線上行先導的發(fā)展速度受到了抑制，當導線產(chǎn)生上行先導時，避雷線上行先導的發(fā)展速度將 會發(fā)生突變。當考慮上行先導相互作用時，避雷線和導線上行先 導在起始和發(fā)展過程中會彼此影響，導線上行先導起始時下行先導 頭部離地高度降低，導致?lián)舸r上、下行先導的位置發(fā)生顯著變化，從而可能引發(fā)雷電繞擊現(xiàn)象。

1.2地面傾角

直流線路桿塔所處地面傾角中，最小為0°，最大為70°。地面傾角越小，桿塔數(shù)量越多。為了對不同傾角范圍內(nèi)的雷擊重啟情況進行統(tǒng)計分析，在保證各個地面傾角范圍內(nèi)桿塔數(shù)量基本一致情況下，選擇 1°、2.5°、5°和10°作為不等距分割點，對三大直流桿塔所處地面傾角進行分類，統(tǒng)計計算不同地面傾角范圍桿 塔平均傾角和平均雷擊重啟概率。可看出，三大直流線路桿塔整體上隨著地面傾角的增大，雷擊重啟概率逐漸增大，二者呈現(xiàn)非常強的相關性。經(jīng)計算，平均雷擊重啟概率與平均地面傾角之間的相關系數(shù)為0.98。地面傾角越大，地面對坡外側的屏蔽效果越差，造成坡外側導線更容易發(fā)生雷電繞擊。

1.3檔距直流線路桿塔中檔距

最小179m，檔距最大2052m。以400m、500m、600m 和700m為分割點對檔距進行分類，統(tǒng)計計算不同檔距范圍內(nèi)桿塔平均檔距和平均雷擊重啟概率。桿塔雷擊重啟概率與平均檔距之間存在非常強的正相關性，相關系數(shù)為0.99，檔距越大，線路的雷擊故障重啟概率越高。檔距在700米及以上桿塔雷擊重啟概率達到0.325次/百基。這是因為大檔距一般跨越山谷、河流等，檔距中央導線高度較高，地面對導線的雷電屏蔽作用減弱，容易發(fā)生雷電繞擊。

2 特高壓直流輸電線路雷擊故障特性分析

2.1 工作電壓

為保持工作電壓在要求范圍內(nèi)，正極性導線需感應出更多的正電荷，而正電荷會使導線表面場強增大，導線附近空間將出現(xiàn)較大的電位差，這種現(xiàn)象有利于導線上行先導的起始和發(fā)展。多數(shù)情況下引發(fā)雷電繞擊的雷云均為負極性，由于電荷的同性相斥，異性相吸，正極性線路表面場強大于負極性線路，這使得高壓輸電線路電壓等級相同時，負載電壓為正極性的情況下更容易遭受雷電繞擊。 運行經(jīng)驗也表明，在特高壓直流雙極性輸電線路中，繞擊事故傾向于發(fā)生于正極性導線上。導線和避雷線之間的電極形狀不同，等效半徑也不相同，這些差異也會影響它們的表面電場分布，從而對上行先導起始和發(fā)展過程產(chǎn)生一定影響。

2.2 地形

當輸電線架設于山區(qū)時，在相同保護角和雷電活動條件下，地面傾角會對線路防雷性能產(chǎn)生顯著影響，山區(qū)線路的繞擊率約為平原地區(qū)的3倍。地形對繞擊特性的影響主要反映在改變了導線、地線的實際對地高度。隨著地面傾角增大，導線離地高度增加，大地對線路的屏蔽作用減弱，導線引雷能力增強，下行先導頭部朝著導線方向發(fā)生明顯偏移，雷電繞擊于導線的概率更高。隨著地面傾角的增大，輸電線路不同保護角下的雷電繞擊閃絡率也會隨之增加，在保護角較大時尤其明顯，減小地面傾角可以有效地降低線路的雷電繞擊閃絡率。

2.3 安裝附件

在直線塔的附件安裝過程需要用到兩線提升器，這里的提升器都采用“V”型繩套在導線的橫擔下面，在前后兩側的預留孔中進行懸掛，這樣可以保證橫擔的均勻受力。用提線裝置提起導線，通過50kN機動絞磨做牽引控制，將三輪放線滑車逐個和懸掛裝置解開并放落到地面，再通過柔性鋼絲繩把V型絕緣子串臨時固定，通過傳遞工具繩控制，便可將懸掛裝置和絕緣子連接部位解開，再慢慢放下懸掛裝置。最后，對絕緣子串高度進行調(diào)整，起吊線夾聯(lián)板并進行連接，導線線夾安裝完畢。在提線過程中要特別注意不要對導線造成傷害，可以采用 100kN 的吊裝帶與21.5mm的鋼絲繩組合使用，將其上部與橫擔完成連接，避免導線在施工過程中意外下落。

結束語：

輸電線路工作電壓改變將會引起電場空間分布發(fā)生變化，對導線上行先導起始與發(fā)展能力產(chǎn)生影響。在負極性雷電的影響下，正極性導線更易產(chǎn)生上行先導，并對同側避雷線上行先導發(fā)揮抑制作用，影響其起始與發(fā)展，從而增大雷電繞擊率。在保護角相同時，隨著地面傾角增加，導線離地高度增大，大地屏蔽作用減弱，雷電繞擊導線的概率增大，因此輸電線路在山區(qū)地形下的雷電繞擊率要遠高于平原地區(qū)。

參考文獻

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