（广东电网公司惠州供电局 广东省惠州市 516001）
摘要：雷电是架空输电线路安全稳定运行的一大威胁，为了避免雷电灾害给电网运行带来严重影响及损失，对雷电灾害进行风险评估尤为必要。雷击定量计算法能定量分析线路雷击跳闸的概率，基于此本文以雷击定量计算法确定雷击线路风险，通过将规程法和改进电气几何模型法两种模型的结合，建立了从杆塔到线路的雷害实时风险评估模型。
关键词：雷电；风险评估；雷击定量计算法
1 总体研究思路
总体研究思路如下：（1）首先根据惠州市多年雷电统计数据拟合出极端雷电流的概率分布函数，然后利用规程法计算的反击耐雷水平建立反击闪络概率模型[1]；（2）根据改进电气几何模型建立杆塔的绕击闪络概率模型；（3）结合监测雷电数据，分别计算杆塔的反击和绕击闪络概率，并联立得到杆塔雷击闪络率；（4）基于杆塔的可靠性逻辑串联关系，计算线路雷击闪络率并确定线路雷击跳闸率；（5）将雷击跳闸率归算到40个雷暴日下，根据国家标准规定的各电压等级线路跳闸阈值划分风险等级。
2 具体技术实现
2.1 计算反击闪络概率
（1）极端雷电流概率分布函数的确定
国内外实测结果表明，负极性雷电流占绝大多数，约为75%~90%，从惠州市近10年地区线路日统计结果也可以看出负极性的雷电流占绝大多数，与实测结果相符。而且负极性的冲击过电压线路传播时衰减小，对设备危害较大，故防雷计算中一般按负极性考虑。本文利用MATLAB选择对数正态分布、Gamma分布、广义极值分布、Weibull分布对统计参数进行拟合，根据四种典型分布的拟合程度确定极端雷电流的概率分布模型。
（2）计算每基杆塔反击耐雷水平
对于输电线路反击闪络故障，其定义为雷电击于线路上除导线外的某个部位（如杆塔、避雷线等）而导致线路与绝缘子间发生过电压闪络的故障。而雷击引起输电线路发生反击闪络故障的最小危险雷电流幅值称为反击耐雷水平，记为If，依据现行电力行业规程DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》的规定，对于雷击杆塔顶部时的直击耐雷水平If可由式（1）进行计算：
式（1）中：——绝缘子串的50%冲击放电电压，kV；——杆塔分流系数；——横担对地高度，m；——导线平均高度，m；——杆塔电感，H；——杆塔冲击接地电阻，；——导线和避雷线间的几何耦合系数；——导线和避雷线间的耦合系数。说明：对一般长度的档距，可参考表1所列数值。
表1 一般长度的档距的线路杆塔分流系数
导线和避雷线间的耦合系数的计算方法：
（3）计算反击闪络概率
反击是雷击杆塔或避雷线产生的雷电过电压[2]，主要和反击耐雷水平以及雷电流幅值有关。提高反击耐雷水平，能大大减少线路反击事故的发生，是一种直接、有效的防雷措施。而雷电流幅值的变化，会对反击闪络概率有直接的影响。因此，本文提出基于极端雷电流概率分布的反击闪络概率计算模型，设极端雷电流的概率密度为f（t），当给定某一时刻雷电监测点测量的雷电流时，雷电引起线路杆塔发生反击闪络故障的概率为：
式中：Pf 为反击闪络概率，F（t）为极端雷电流的概率分布函数。
2.2 计算绕击闪络概率
传统电气几何模型考虑用最大击距计算绕击的最大雷电流，从而获得绕击跳闸率，其计算步骤复杂，所需参数众多，且计算的绕击跳闸率未能体现雷击风险评估的实时性。针对这一问题，本文引入实时的监测雷电流对电气几何模型进行改进[3]。其改进电气几何模型如图1所示。图（a）以鼓型塔为例绘制了改进电气几何模型，为了便于分析计算，图（b）给出了改进电气几何模型的几何图，分别以避雷线挂点D和中相导线挂点E为中心，雷电对避雷线击距rs、雷电对导线击距rc为半径作圆弧，两圆弧相交与B点，作杆塔中心对地面的垂线与弧相交于A点，作一条对地垂线与弧BC相交于C点，使得C到地面的距离为雷电对大地击距rg。点B、C分别为B、C在地面上的投影。
由图1（b）可知，如果雷电先导先到达弧AB，则向避雷线放电；如果雷电先导先到达弧BC，则向导线放电；如果雷电先导先到达点C右侧，则向大地放电。本文以re作为杆塔等效受雷半径，假定雷电垂直于地面入射，则绕击闪络概率为弧BC在地面的投影与等效受雷半径的比值。
式（4）中：re为线路等效受雷半径，m，本文取相邻杆塔最小间距的一半；Imax为最大绕击电流，kA；Isc为绕击耐雷水平，即U50%/100，kA；lde为中相导线挂点到避雷线挂点距离，m；hs为避雷线挂点高度，m。
2.3 计算线路雷击跳闸率
综合考虑反击闪络和绕击闪络概率，则在某一时刻，杆塔雷击闪络概率为：
图2 极端雷电流概率直方图和四种典型分布的比较
由图2和图3可以发现，广义极值分布和对数正态分布的拟合曲线与对应的极端雷电流概率直方图均吻合较好，Gamma分布和Weibull分布的拟合曲线与直方图有一定差距，且相对于对数正态分布，广义极值分布的累积分布函数与计算累积分布函数更为贴近。因此，为了满足模型的有效性和可用性，取广义极值分布模型对反击闪络概率进行计算。
图4 500kV能博线的杆塔闪络概率分布曲线
根据图4以及式（5）~（6），计算出当时的能博线在40个雷暴日下雷击跳闸率归算值为0.1073，参照表3，可以确定500kV能博线此时处于C级风险，而当时杆塔N14发生跳闸事故，因此，可以确定评估结果较符合事实，评估方法具有合理性。
4 结论
本文根据历史地闪密度数据对雷电灾害进行风险分区，通过惠州市所有地区十二年的雷电定位数据拟合出雷电流幅值累积概率分布，并应用于对每基杆塔反击、绕击和雷击跳闸率的计算，实现对每基杆塔的雷击风险评估。同时考虑将线路分段，通过计算分段权重确定不同杆塔区段风险程度，实现对杆塔区段的雷击风险评估。最后根据杆塔区段确定线路的反击跳闸率、绕击跳闸率和雷击跳闸率以及各自的风险等级，实现了对线路的雷击风险评估。
参考文献：
[1] 袁文. 基于改进雷击跳闸率计算法的输电线路雷击风险评估方法研究[D]. 重庆大学，2014.
[2] 邓红雷，李述文，戴栋. 基于层次化、差异化的架空输电线路雷击风险评估[J]. 电力系统保护与控制，2016（4）：69-75.
[3] 张晓明，吴焯军，甘艳，等. 一种基于改进层次分析法的输电线路雷害风险评估模型[J]. 电力建设，2012，33（8）：35-39.
作者简介：
吕云锋（1981—），男，广西桂林，工程师，工学学士。研究方向：电网调度运行及管理工作。
陈涛威（1985—），男，广东惠州人，工程师，工学硕士。研究方向：电网调度运行及管理工作。
项目资金：广东电网公司科技项目--基于自然灾害分区的电网指挥系统（031300KK52160012）
论文作者:吕云锋,陈涛威
论文发表刊物:《河南电力》2018年9期
论文发表时间:2018/10/22
标签：杆塔论文; 雷电论文; 概率论文; 避雷线论文; 线路论文; 模型论文; 导线论文; 《河南电力》2018年9期论文;