摘要：对±800kv特高压直流输电线路而言，雷电反击是线路闪络（或跳间）的重要组成部分。而雷电绕击依据我国运行经验，表明±800kV特高压直流输电线路其杆塔比±500kV输电线路更高，引雷范围更广，更容易遭受雷击。因此，本文主要分析了±800kv特高压直流输电线路反击和绕击耐雷性能影响因素，为线路设计提供理论依据。
关键词：特高压；直流输电；雷电反击；雷电绕击
一、±800kv特高压直流输电线路反击耐雷性能分析
（一）±800kv特高压直流输电线路雷电反击过电压原理
雷击杆塔时，在部分雷电流沿着杆塔流向大地的过程中，由于杆塔具有阻抗，雷电流在杆塔各节点形成节点电压，在杆塔顶部和绝缘子连接点处形成电位。同时，由于杆塔本身的波阻抗，雷电波在传播过程中由于反射和折射回来的电压在杆塔各节点叠加，使杆塔顶部电位更高。当雷电流够大，在杆塔顶部的压差超过绝缘子击穿电压时，导致绝缘子击穿，输电电流呈现故障特征。
（二）±800kv特高压直流输电线路反击耐雷性能影响因素分析
1、杆塔高度
当雷电流注入杆塔顶部时，由于雷电波沿着杆塔传播，在杆塔各节点上的反射波回到塔顶或塔顶时间变长，使得该点电势增大，绝缘子两端电压增高，直到击穿。提高杆塔高度除了增加波阻抗外，杆塔遭雷击的概率也增大，从而导致反击闪络率增大。因此，降低输电线路杆塔高度是降低输电线路反击闪络率的重要措施。不仅如此，输电线路的杆塔结构设计，包括材料、尺寸、结构等会影响到波阻抗的大小，因此，合理的杆塔设计成为提高杆塔耐雷性能的重要问题。
2、绝缘子
绝缘子的长度决定了杆塔的绝缘能力，绝缘子越长，空气气隙越长，耐压水平就越高。研究表明随着绝缘子长度的增加，反击耐雷水平相应增高，反击闪络率降低。当绝缘子长度越来越长时，每增加5m的反击耐雷水平的增量会逐渐减低，反击闪络率增量会减小。当绝缘子长度从8000mm增加到8500mm时，反击耐雷水平增量为21kA，闪络率降低了0.0047次/100公里•年；当绝缘子长度从10500mm增加到11000mm时，反击耐雷水平增高了13kA，反击闪络率降低了0.0004次/100公里•年。
3、接地电阻
杆塔接地电阻主要是起到疏导的作用，当冲击性雷电流注入杆塔时，良好的接地电阻能够快速的疏导雷电流流向大地，使电流波头在短时间内快速释放。当雷电流流向大地后，大地可看成是另一个导体，当大地的土壤电阻率较低时，对雷电流的散流作用则较强，使集中在杆塔的雷电流快速稀释在大地中，反之，会使杆塔各节点的电位增高，容易导致绝缘子闪络。
4、风偏、覆冰
特高压直流输电线路走廊所经地区自然条件复杂，变化多端。根据历年的统计，风偏和覆冰也是线路跳间的一个重要原因，风速太大，会影响到导线和杆塔之间的间隙，从而可能导致导线对杆塔放电，还会导致的绝缘子风偏角增大，从而减小杆塔顶部与导线的绝缘距离，增大绝缘击穿的风险；覆冰除了增加杆塔和导线重量，可能导致杆塔坍塌外，还会增加受风面积，减小绝缘子的爬电距离，从而降低绝缘水平。研究数据表明，当覆冰厚度达到20mm时，空气绝缘距离虫10m降低到了8.70m，闪比于5mm覆冰，闪络率升高了2倍多；当重灾区的覆冰厚度达到50mm时，相比于5mm覆冰，反击闪络率增加了15倍，达到0.048次/100公里•年，严重影响了耐雷性能。
±800kv特高压直流输电线路绕击耐雷性能分析
（一）±800kv特高压直流输电线路雷电绕击过电压原理
绕击过电压跟反击过电压也是分为三个阶段，首先是雷电绕过避雷线击中导线，使雷电流开始在导线上传播，即雷电流注入过程；第二个阶段为绝缘子两端电势的建立，雷电流经过导线，使绝缘子两端压降快速升高。雷击进入第三阶段，即当绝缘子两端压降超过击穿电压时，绝缘子闪络，雷电流和直流电流经杆塔流向大地。
（二）±800kv特高压直流输电线路反击耐雷性能影响因素分析
1、工作电压
当雷电下行先导发展到输电线路附近时，由于正极性导线引雷能力相对于不计工作电压导线和负极性导线更强，导致大部分的负极性雷电流击中正极导线。以40个雷电日计算，绝缘为1100mm，杆塔高度为50m，保护角为0。负极性雷电流绕击不计工作电压、导线正极性和负极性时绝缘子的击穿电流和闪络率的计算结果如下表1。由于绕击正极导线更容易时绝缘子两端压降更大，导致绕击不计工作电压导线正极性和负极性击穿电流差别很明显。
表1雷击正、负导线绕击闪络
2、保护角
输电线路保护角的大小会影响到避雷线对导线的屏蔽范围。对于特高压直流输电线路来说，，当保护角为-10°时，相对于没有保护角绕击闪络率降低了0.038%；保护角减小到-12°时，绕击闪络率相对于-10°降低了27%，当保护角减小到-13°时，降低了50.8%，保护角减小到-14。时，绕击闪络率相对于-13°降低了53%，由-15°降到-16°时，绕击闪络率降低了84%，绕击闪络率几乎为0。
3、地面倾角
远距离的输电线路所经地形并不是都是平地，有的还经过山地，杆塔建在山腰时，则存在地面倾角的问题。研究表明，正极导线在山坡外侧，保护角为-10°时，随着地面倾角的增大，正极导线的绕击闪络率逐渐增大，当保护角为-15°时，绕击闪络率几乎降低2倍多，但是还是达到0.3845次/100公里•年，效果不是特别明显。对于这种情况一般建议采用耦合地线来对山坡上的输电线路屏蔽。处在内侧的负极导线受到地面的屏蔽作用，暴露弧很小。倾角为15°时，负极性导线绕击闪络率时正极性导线闪络率的5%，倾角为30°时，为正极导线绕击闪络率的2%，45°时为正极导线的0.1%。
当山坡外侧导线为负极时，由于负极导线的引雷能力较弱，相对于正极导线在外侧时的绕击闪络率小，保护角为10°，倾角为15°时，为正极导线在外侧的闪络率48%，倾角为30°时为49.5%，倾角为45°时为49%。处在内侧的正极性导线相对外侧的负极性导线小很多，但相对于处在内侧的负极性导线的绕击闪络率高。因此，现在在设计输电走廊经过山区的，特别是高大山岭的线路时，外侧一般选取为负极性导线。
4、风偏、覆冰
风偏：对于输电线路绕击而言，风速大小会使绝缘子串偏移。同时，由于导线和避雷线存在弧垂的问题，会出现线路舞动的问题，特别是在线路档距中央位置，由于弧垂最大，晃动越大。实验数据表明，虽然保护角一直在增大，但是由于风力的作用使得保护角增大很多，当风速为15m/s时，导线外侧保护角都偏移到正值。相对于输电线路而言，考虑到成本问题，15°的保护角已经算较小的，但是在当风速达到25m/s时，保护角受到风为作用增大到了13.45°。随着绝缘子的风偏角增大，外侧负极导线闪络率也随着提高。对于内侧的正极性导线，虽然地面倾角为0°，但是当风向由正极导线吹向负极导线时，保护角在减小。
覆冰：考虑到输电线路有覆冰时，导线覆冰增加了导线风荷载，但由于冰密度相对于导线而言很小，计算风偏角时冰的自重影响很小，两个因素导致风偏角增大。如在环境恶劣的情况下，减小保护角虽然虽然起到良好的效果，但是绕击闪络率还是较大。而处在内侧的正极导线受到风力作用后的实际保护角减小为-17.14°、-19.14°、-23.40°、-24.40°、-28.57°、-29.57°、-33.64°、-34.64°，加之地面屏蔽作用，内侧正极导线受到完全屏蔽，总的绕击闪络率几乎等于负极导线绕击闪络率。
5、地面植被
从几何角度讲，地面植被的存在等于抬高了地面高度，从而影响到输电线路的屏蔽性能。如当树木高度几乎忽略不计时，由于杆塔较高，相比于杆塔50m的高度，绕击闪络率提高了39.5%。当树木提高到5m时，绕击闪络率降低了80.4%；当树木提高到了10m，绕击闪络率降低了95.3%；随后，当树木提高到了25m时，绕击闪络率降到了0.0008次/100公里•年。
三、结语
综上所叙，±800kV特高压直流输电线路反击耐雷性能与杆塔高度、绝缘子长度、接地电阻大小、风偏和覆冰有关。而±800kV特高压直流输电绕击耐雷性能受到工作电压、保护角、地面倾角、风偏、覆冰和地面植被高度的影响。目前，由于受制于研究条件，对于国内外的防雷研闪成果缺少权威的实际数据验证，很多基础理论有待更多试验来研究确认，总之，希望我国电力工业发展越来越好。
参考文献：
[1]徐开仁.±800kV特高压直流输电线路综合耐雷性能研究[D].广西大学，2013.
[2]何俊佳，蒋正龙，贺恒鑫，等.直流输电线路绕击耐雷性能及防护措施试验分析[J].高电压技术.2011（1）：21-27.
[3]高小刚.直流输电线路防雷保护特性研究[D].长沙理工大学，2012.
论文作者:曲伟国
论文发表刊物:《电力设备》2018年第11期
论文发表时间:2018/8/2
标签：杆塔论文; 导线论文; 绝缘子论文; 雷电论文; 线路论文; 极性论文; 正极论文; 《电力设备》2018年第11期论文;