摘要：特高压直流输电线路具有输电距离长、线路分布广的特征。在地理条件复杂、气温气象变化大、地形地貌恶劣的环境中发挥着重要的作用。在气象变化剧烈的地区，由于雷电活动频繁而且不规律，因此线路容易收到雷电干扰，给输电工作带来不安全因素。需要对雷击造成的故障进行分析，对非故障性雷击、故障性雷击、普通故障等进行分类，得到正确的雷击特性的分析数据对于线路保护具有重要意义。
关键词：±800kV；特高压；直流输电线路；雷击特性
1 ±800kV特高压直流输电线路雷击的暂态识别
1.1 雷电放电的主要原理
雷电对直流输电线路放电的过程与传统的交流输电线路有所不同，由于直流输电线路分为正、负极两极，其正、负极有着相反的极性，而雷电放电过程产生的电流基本上都是负极性，根据同极性相互排斥、异极性相互吸引的极性原理，雷电放电产生的负极性电流通常会向直流输电线路正负极中的正极放电，导致直流输电线路正负极电流不一致，这个过程将会对线路产生一定的影响，甚至会出现故障，但故障并不是单方面的，包括雷击导致的未发生故障和发生故障的现象。
1.2 雷击未发生故障的暂态特征
当雷击±800kV特高压直流输电线路未发生故障时，其雷击的地方所呈现出来的线路波阻抗始终是连续的，雷击点的波形是不存在折反射现象的，较高频率的雷击波在直流输电线路的两个端点的折反射一定程度上造成了线模与轴线之间存在一定的电压差，在暂态电压中有着丰富的高频分量，高频段上有着比较明显的暂态电压，这种未发生故障的高频雷击波能量随着时间在逐渐消耗，波的幅值也在逐渐衰减，且雷电波的频率越高其衰减的速度就越快。由于雷击直流输电线路时产生的雷电波的低频分量比较小，其在线路中的折反射现象的暂态电压低频分量也比较小。因此，雷击特高压直流输电线路未发生故障时，其雷电波的暂态电压低频分量较小，在线路上的折反射逐渐在衰减，线路两端的雷电波呈现出的电压变化也是一致的。通过这种雷击暂态识别的方法，就可以简便地分析和判断出是否在雷击时直流输电线路发生了故障。
2 ±800kV特高压直流输电线路雷击的故障分析
2.1 雷击未发生故障的特征分析
当雷击发生未对±800kV特高压直流输电线路造成故障时，在雷击输电线路点处相当于叠加了未知的一个电流源，由于没有发生线路故障，在雷击输电线路点处并没有形成一定的故障电流通道。例如，在±800kV特高压直流输电线路采取雷击电磁的暂态仿真模拟，设定频率为20kHz，在离线路一端整流保护的安装处300公里，发生雷击但没有出现故障。根据分析可以得到，在保护的安装处发现极短时间电压各极发生着交替变化，雷电波的干扰对电压暂态状态下的分量相对稳态，雷电波电压分量逐渐降低至相对稳态的状态，没有发生短路的情形。雷击输电线路分为反击和绕击，但其在雷击未发生故障时两种雷击方式有着不同之处，雷电反击未发生故障时，特高压直流输电线路受到雷电波的干扰，呈现出了比较相似的变化电压；而雷电绕击未发生故障时，雷电波的干扰下呈现出比较相反的变化电压。通过分析得知，±800kV特高压直流输电线路受雷击未发生故障时，由于没有产生一定的故障电流，电压扰动分量在雷电波的影响下呈现的状态较小，电压波形的暂态分量在交替变化下迅速衰减到原有的状态，进而可以很直观地进行故障的分析。
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2.2 雷击发生故障的特征分析
当雷击发生对±800kV特高压直流输电线路造成故障时，这个过程中一般可以分三个阶段进行：第一个阶段就是特高压直流输电线路遭到雷电袭击的过程，也就是雷电流输入直流输电线路正极的阶段；第二个阶段就是输电线路两端形成暂态电压的过程；第三个阶段就是输电线路两端形成的电压差超出了一定的耐受电压范围时，雷击的过程就会使线路发生故障，这也就一定程度与普通短路故障特征相一致。例如，在±800kV特高压直流输电线路采取雷击电磁的暂态仿真模拟，在离线路一端整流保护的安装处300公里，发生雷击出现故障，根据分析可以得到，电压波形与雷击没有发生故障时有着不同的地方，在保护的安装处发现故障极电压极短时间内承受着雷电作用，这和雷击没有发生故障时也有着比较相似的雷电波形，由于对电磁耦合的作用，雷击主要对直流输电线路的正极产生影响，雷电压的波形幅值在下降的同时，在线路的正负极产生了大量的频率不同的电压暂态分量，故障极电压与健全极电压呈现出不同性。雷击的反击和绕击故障相比呈现的波形变化基本上有着一致的趋势，只有反击故障产生的电压比绕击故障产生的电压幅值高的区别。
2.3 普通短路故障的特征分析
当雷击发生对±800kV特高压直流输电线路造成故障或者发生了普通短路故障时，故障出现的地方会产生一定的故障电流，将会使电压保护的安装处所测量的电压发生急速下降，从而使故障极的电压波形出现了过零现象。例如，在±800kV特高压直流输电线路发生普通的接地短路故障时，在离线路一端整流保护的安装处300公里发生正极普通故障，根据分析可以得到，普通的短路故障会与雷击发生故障有所不同，在没有雷电流产生的作用下，虽然也有同雷击故障相似的正负极引起的交替发生变化暂态分量，但其电压的暂态分量幅值和含量都不如雷击发生故障时那么明显。从以上的三种形态分析可以得出，在雷击发生故障和普通故障的情况下，由于发生的故障电流有入地通道，在电压保护的安装处通过测量会得到故障极的电压波形都呈现出波形急速下降并与线轴出现相交合的特征。发生故障极的电压将逐渐背离正常状态下的稳态轴线，与轴线电压的相关度较小；而健全极的电压却一直稳定在正常轴线上，与轴线电压的相关度较大，从而可以根据正常与故障电压与其轴线相关度进行对雷击未发生故障、发生故障或普通故障进行有效的分析和识别，进一步判断出故障极。雷击发生故障与普通短路故障相比较，雷电在线路上产生的波形状态都会有变化比较明显的电压暂态分量，而普通短路故障不会呈现出这一点。
3 结论
综上所述，通过对特高压直流输电线路雷击暂态识别与故障分析得知，对于雷击发生短路故障或者普通短路故障，故障极的形态波呈现出被截断的特征，线路故障极的电压形态波呈现出逐渐下降的趋势，而线路健全极的电压形态波在一段时间内会逐渐呈现上升的趋势，两极的形态波的电压分量极性正好相反；对于雷击没有发生故障时，电压的形态波呈现出没有被截断的特征，故障极与健全极的电压形态波变化是一致的，两极的形态波的电压分量的极性正好相同。因此，±800kV特高压直流输电线路在受到雷击而没有发生故障或者普通短路故障时，其线路极线上的电压波会发生交替的变化，与其相关联的轴线电压是一致的，这种特征可以作为识别雷击线路干扰的判断依据；雷击发生故障时，其线路极线上的电压波会有大量的高频率分量存在，也会迅速进行衰减。这种识别和分析雷电波的方法具有很高的可靠性，操作简单、直观清晰，为雷击暂态识别和故障分析提供可靠的依据。
参考文献：
[1]刘可真，束洪春，于继来，田鑫萃，吴尉民.±800kV特高压直流输电线路雷击暂态识别[J].电网技术，2013，11：3007-3014.
[2]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.
论文作者:依阳,李俭,康淑丰,吴涛
论文发表刊物:《电力设备》2017年第11期
论文发表时间:2017/8/8
标签：故障论文; 电压论文; 线路论文; 发生论文; 雷电论文; 分量论文; 特高压论文; 《电力设备》2017年第11期论文;