摘要：提出了一种输电线路的雷击跳闸安全风险分析方法。该方法通过对因雷击线路而引起的母线电压越限和支路过载进行定量描述，能够发现电网中对于雷击灾害具有较高安全性风险的输电线路，能够为输电线路的差异化防雷设计和改造提供依据和支持。
关键词：风险评估输电线路雷击灾害
1、输电线路雷击跳闸率计算
1.1雷电参数的选取
架空输电线路在规定长度和规定雷暴日下因雷击引起的事故跳闸次数称为雷击跳闸率。我国规程采用每百ｋｍ每４０个雷暴日下的跳闸次数。雷击跳闸率采用跳闸频次评估输电线路雷击跳闸的风险，是衡量线路防雷性能的一项综合性指标。规定雷击跳闸率的计算公式为图1.1
图1.1
式中：NL为受雷面积内的雷击次数，NＬ＝0.1Ng（b+4h），其中b为避雷线横担长度，h为避雷线平均高度；η为建弧率；ｇ为击杆率，平原地区双避雷线线路取为1/6，山区取1/4；Ng为地闪密度，次/Km2。它表示统计区域单位年度内每km２的地面雷击次数；P1为超过线路反击耐雷水平的雷电流概率；P2为超过线路绕击耐雷水平的雷电流概率。
经过20多年的研究和推广应用，我国电网已逐步在各省建立了雷电定位系统。运行十多年来，雷电定位系统积累了大量的雷电定位原始数据，包括雷电流极性、幅值和定位经纬度坐标。依据雷电定位数据统计区域地闪密度和雷电流幅值概率分布，可以对输电线路耐雷性能进行更准确的评估。
2、雷击跳闸风险的定义和评价方法
2.1雷击跳闸风险的定义
雷击跳闸风险的研究对象为按照网格法划分的目标区域内等面积的地理小网格，雷击跳闸风险评估即对典型线路参数下输电线路在该小网格内的跳闸评估。根据多年的雷电定位数据统计的地闪密度和雷电流幅值概率分布相对于规程推荐的地闪密度求取办法和雷电流幅值概率分布函数更能准确地反映当地雷电分布规律特征，改进的电气几何模型引入地面倾角的概念，从而量化了地形因素对输电线路雷击跳闸的影响。利用跳闸率计算模型能够实现雷电参数和地形地貌参数的有效结合。因此，本文定义小网格的反击跳闸风险值为：在雷电定位数据统计的地闪密度基础上，典型线路参数下输电杆塔在规定的小网格内，在规定长度和规定时间里由雷击杆塔引起的跳闸次数。目前，电力部门已经能够综合雷击跳闸后故障点的特征和雷电定位系统定位数据对输电线路雷击故障原因进行判断。
2.3雷击跳闸风险的评价方法
雷击跳闸风险主要是为了反映一定空间范围内各区块雷电参数和地形地貌因素两者综合对输电线路雷击跳闸的影响，输电线路耐雷水平、建弧率、受雷宽度等参数由线路自身参数所决定。本文不考虑输电线路杆塔等自身因素的差异对雷击跳闸风险值的影响，选取典型杆塔参数对输电线路雷击跳闸风险进行评价。
图2、3分别为反击风险评估模型与绕击风险评估模型组成示意图。
图２中，首先由线路电压等级和绝缘配置情况
确定线路绝缘配置参数包括雷电冲击电压耐受值Ｕ５０％和绝缘子串长度ｌｆ，结合线路杆塔参数、线路参数计算出该型杆塔的反击耐雷水平Ｉ，然后代入雷电流幅值概率分布函数求得Ｐ（Ｉ）；线路遭受雷击次数ＮＬ用线路所在网格地闪密度乘以线路等值受雷宽度求得；击杆率ｇ根据所在网格地形性质确定。最后求得网格的杆塔反击跳闸风险值Ｎ１。
图３中，根据绝缘子串雷电冲击耐受电压和线路波阻抗求得线路绕击耐雷水平，结合线路参数和地面倾角求得击中导线的最大可能电流Imax，求出网格的线路绕击跳闸风险值Ｎ２，最后求出网格的雷击跳闸风险。
3、雷击跳闸风险分布图的绘制步骤
3.1风险分布图单元的建立
由于雷电地闪分布和地形地貌因素具有空间分布规律特征，结合两者建立的雷击跳闸风险评估模型同样应该具有空间分布规律特征。某地区地闪分布图确定的基础是雷电定位系统多年积累的该地区雷电定位数据。首先将该地区在地理空间上网格化，依据包括地闪发生时间、地闪发生经纬度、地闪极性、地闪回击电流幅值等信息在内的地闪监测数据记录，采用网格法统计各地理网格内的地闪频次Ｎｇｉ（ｉ为网格序号），初步得出该地区地闪发生频次的空间分布。与雷电地闪分布图一样，雷击跳闸风险分布图也采用网格法。首先将目标区域划分为若干个面积相同的小网格，网格大小依据统计对象的面积和所需要的精度选取，一般为（１ｋｍ×１ｋｍ）～（２０ｋｍ×２０ｋｍ）。以网格为最小雷击跳闸风险单元，网格参数包括基于雷电定位数据统计的网格地闪密度、网格所在地形性质（平原或山区）、地面倾角。本文采用的办法，将该地区的地形按照统计平均的思想分为平原、丘陵、山区、高山大岭４类，取对应的地面倾斜角分别为０°、１０°、２０°、３０°。
确定网格参数之后，选取典型杆塔参数，通过计算网格内杆塔的反击跳闸风险值和绕击跳闸风险值求出雷击跳闸风险值（具体流程见图２、３），并使用不同颜色对各级风险网格着色，对其划分风险等级，使整幅跳闸风险等级图层次清晰、色彩分明。
3.2风险分级评估体系的建立
本文建立了基于该地区所有地理网格雷击跳闸风险绝对数值分布的区域输电线路雷击跳闸风险分布图，并根据危险事件密度的绝对值不同，结合地理信息系统，将该地区电网划分为数个雷害等级，并绘制雷害等级分布图，以提高电网防雷运行管理水平以及电网的差异化防雷设计可行性。以自然分割法为基础对网格雷害危险事件密度的分级，可使每组数据中的数值最相近，而组与组之间的数据跳跃性最大，从而保留数据分布的自然属性。另外，对分级数目的确定，需依据实际情况进行选择。鉴于在自然分割法分类情况下，当划分的级数达到一定时，进一步增加级数对较高等级区域和较低等级区域数值分布影响不大，所以级数一般取３～４个等级，极端情况下不超过５级。
结语：影响输电线路雷击跳闸风险的因素众多，本文未考虑线路杆塔等自身参数的差异对雷击跳闸风险的影响，具有一定的局限性，但比用地闪分布图评估输电线路防雷的重点区域更具有实用性，今后期待建立在区域电网分布现状基础上的雷击跳闸风险分布图。
参考文献：
[1]赵 淳,陈家宏,王 剑,等.电网雷害风险评估技术研究[J]．高电压技术，2011,37(12):2012-3021.
[2]赵建宁,谷定燮,霍 锋，等.高海拔地区500kV紧凑型线路过电压及其防雷特性[J].高电压技术,2011,37(1):57-61.
论文作者:李亚洲
论文发表刊物:《电力设备》2018年第28期
论文发表时间:2019/3/26
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