摘要：高压输电线路的距离通常比较长，且分布面积也比较广，而其故障发生的原因主要是雷击。而影响高压输电线路耐雷水平的主要因素有杆塔的接地电阻、杆塔的高度以及线路档距、导线电压等。在本文中，笔者通过对这些因素的系统分析，探讨了高压输电线路雷击故障的诊断与识别。
关键词：高压输电线；雷击事故；诊断与识别
雷电可以说是造成高压输电线路故障的主要原因，而输电线路一旦遭受雷击，则其安全性和稳定性便会受到严重的影响。在本文中，笔者结合自身的工作经验，分析了10—110 kV高压输电线路发生雷击故障的原因所在，并对影响高压线路耐雷水平的因素进行了分析，最后提出了相关的防雷措施。
一、高压输电线路雷击故障的原因
（一）线路的绝缘降低
电力部门的相关统计结果显示，高压输电线路在运行的初期，有着比较好的防雷效果。但是随着运行时间的增加，受到各种因素的影响，最初的设计方案已经不能够抵御当前过于频繁的雷击。
此外，由于高压线路长期遭受风吹雨打，以及其他一些不良因素的影响，其线路的绝缘的水平下降非常明显，加上没有有效的维护和管理，其接地体通流能力大不如运行初期，进而导致跳闸率的明显上升。
（二）杆塔的接地电阻上升
杆塔的接地电阻影响着雷电流传到大地水平的高低，其电阻大小与传导水平的高低呈负相关关系，电阻越小，那么传导效果越好，电阻越大，则传导的效果则越差。当雷击过大时，电荷通常无法把雷电流释放，从而可能造成绝缘被击穿，因此也就增加了断路器跳闸的概率。
而一般情况下，经过一定的降阻处理，接地体的阻值在短时间之内是可以满足防雷的相关要求的，但是随着降阻剂的流失，以及容易遭受腐蚀等原因，接地电阻的阻值会逐渐上升。而如果不定期检查接地体线路和引下线遭受腐蚀的情况，则电阻体的性能便会有一定程度的下降，从而导致线路的接地电阻不能满足防雷的要求，容易遭受雷击而发生跳闸事故。
（三）避雷线的保护角不合理
在各种防雷措施当中，架设避雷线可以说是高压线路防雷最为有效的一个办法。其中，避雷线的保护角大小和防雷的效果之间有着很大的关系。如果避雷线的保护角大，那么跳闸的概率也会随之增加，而如果保护角较小，那么绕击率也就会随之降低。
当避雷线的保护角降低到一定程度时，避雷线又是能够起到屏蔽的作用，从而使导线不遭受绕击。因此，在架设避雷线时，应当确定合理的保护角，从而切实降低跳闸概率。
（四）自然因素的影响
雷电的发生有着季节性的特征，其也和气候特征有着密切的关系。今年来，由于全球气候整体恶化，相关的数据资料显示，雷电活动有增加的趋势，我国由于雷电而造成的事故呈现上升趋势。其中，在2008年撘2015年之间，我国由于雷电而引起的灾害多大8000多次，而在一些山区和雨水较为频繁的地区，落雷的概率也在逐年上升。
二、线路耐雷水平的影响因素
影响高压输电线路耐雷水平的主要因素包括杆塔的高度、绝缘子片数和接地电阻等。
（一）杆塔高度
杆塔高度是影响高压输电线路耐雷水平的重要因素之一，其余线路遭受雷击的概率成正相关关系，也就是高度越高，则遭受雷击的概率也就越大，反之则越小。而具体的因素包括两方面：第一是引雷面积和塔高呈正相关关系；第二塔顶遭受雷击，那么雷电波正向传播时间与返回时间均于塔杆高度呈正相关关系。
（二）接地电阻
接地电阻和雷电的传导能力有密切的关系。通过下面的的表格可以清楚反应二者之间的关系：
通过表一我们可以清楚地看到，高压输电线路的耐雷水平与接地电阻之间的关系，也就是随着电阻值的增加，线路的耐雷水平呈现下降的趋势。
（三）绝缘子的片数
绝缘子串两端的电压是由绝缘子的片数来决定的，这也就是说，绝缘子的片数与高压线路的耐雷水平之间有着比较密切的关系。这就要求我们在选择绝缘子片数时必须考虑其对电压的影响，确定绝缘子的片数之后，还需要通过操作电压对其进行校验。
一般情况下，绝缘子的绝缘强度应根据已经选定的绝缘水平对于高压线路的耐雷性能进行合理估计，而绝缘子的片数确定之后，均不宜大量增加或者减少绝缘子的片数。
（四）绝缘的配置方式
双回线路一般情况下有三种绝缘配置方式可以选择，而具体选择何种绝缘配置方式，则需要根据线路的具体情况来确定。因此在线路的实际运行过程中，适宜采用不平衡的绝缘配置方式，进而提高高压输电线路的抗绕击能力。
三、高压输电线雷击故障诊断与识别
在确定雷击故障发生的位置之后，还需要进一步确定雷击故障的性质，也就是雷击故障的识别，进而指导高压输电线路的改造。在本文中，笔者采的是500kV高压线路的线路参数，通过建立输电线路的JMarty模型，来分析和识别雷击故障的性质，而杆塔采用的则是分式线路参数模拟方式。
在本文中，雷电流采用的是标准的雷电流形2.6/50Us。我们知道，90%以上的雷电流均为负极性，因此仿真中的雷电流也必须采用负极性。其中，给定的反击耐雷水平为45到65kA，而绕击的耐雷水平给定值为8kA。在仿真避雷线电流选取中，笔者选取防雷水平为48kA。
（一）发生反击时的电压变化特征及识别
雷电流为48kA时，如果暂时忽略高压输电线路上的过电压波，U1、U2和U3分别为A、B、C三相导线上的过电压，其中U4为过顶电压。
如果塔顶遭受雷击，则三相导线所产生的电压波形会呈现出负极性，这时塔顶的过电压值也达到了最高，且呈现正极性。不同位置的过电压波形参数也是不相同的，其具体值如表二所示。
从表二中的仿真结果我们可以看出，当反击发生时，杆塔上的过电压值如果比较大，那么在不考虑电源电压的情况下，三相导线上所感应的电压是大体上一致的；但是如果考虑电源电压，那么，情况最为糟糕时，也就是A或者B的电压达到峰值时，杆塔上的感应电压的极性与其极性相反。因此，如果发生了反击，则高压线路上的过电压不能够作为特征量。
（二）高压输电线路发生绕击时的电位变化特征及识别
当A相导线遭受雷击，则A相导线上所产生的感应过电压要比B相和C相上的过电压值要大，且是其过电压值的数倍之多。相对于导线过电压来说，当导线遭受雷击时，塔顶的感应过电压值的变化幅度比较小，在A相电压的二十三分之一左右，因此，通过感应电压能够快速识别绕击相。
相应的，通过上述方式，也可以得到B相和C相时的过电压波形。但是考虑到B相为中相，根据相关的防雷设计经验，可以断定其遭受绕击的可能性非常小，可以说接近零。从相关的仿真结果也可以看出，如果发生雷电绕击导线，那么绕击导线上产生的过电压是感应过电压的4倍之多，因此，也可以通过雷击导线上的电位变化来识别绕击相。
因此，我们就可以通过雷击高压输电线路闪络时的电压变化特性来识别雷击故障的性质。
通过上文中的分析，关于故障的诊断与识别，笔者总结出下几点：
首先，如高压输电线路安装有架空地线，则发生接地故障时，流入故障杆塔两端的避雷线的故障电流方向相反，但其电流大小相差无几，而流入非故障电路方向的电流大小一致，方向也相同。
其次是通过判断杆塔发生雷击后电位的变化特征，可快速确定高压输电线路的发生故障的性质，从而有效诊断和识别雷击故障。
最后是通过安装避雷装置，比如避雷针、缩小避雷线的保护角等，可提高线路的耐雷水平，从而减少雷击跳闸事故的发生。
结语
高压输电线路经常遭受雷击，尤其是在夏季，经常发生雷击事故。而输电线路一旦遭受雷击，则势必影响其运行的安全性和稳定性。而为了最大程度上降低雷击所造成的危害，就很有必要对雷击事故进行诊断和识别。在本文中，笔者从线路遭受雷击的原因入手，分析了影响线路耐雷水平的因素，进而分析了如何针对与识别雷击故障。
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论文作者:李斌,张辉
论文发表刊物:《电力设备》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/24
标签：线路论文; 过电压论文; 高压论文; 杆塔论文; 避雷线论文; 雷电论文; 故障论文; 《电力设备》2017年第15期论文;