摘要：多落点雷击属于一种较严重的雷击现象，其一方面可能引发重合闸失败、多相同时故障重合闸不投入，另一方面多回线路同时故障会严重影响电网的稳定性。对此，为有效处理高压输电线路多落点雷击故障，本文基于高压输电线路多落点雷击机理，分析了多落点雷击故障与单落点雷击故障的不同，并提出了多落点雷击故障中主通道与分支通道的建模方法，以期有助于高压输电线路多落点雷击故障的防治。
关键词：高压输电线路；雷击；机理；故障分析
前言：雷击是引起高压输电线路跳闸的一重要原因，其严重威胁到了电网的安全稳定运行，因此输电线路防雷是输电线路建设和运行中的重要工作之一。在出现输电线路雷击故障时，运维部门会结合雷电定位系统数据和输电线路基础台账数据，采用输电线路雷击分析方法对雷击故障原因和性质进行分析，以区分故障责任归属和为后期防雷改造提供依据，因此雷击故障分析是输电线路防雷工作的重要组成部分。
1、高压输电线路雷击故障研究现状
由于雷电的物理过程难以在实验室环境下进行重现，加之雷电存在较强的随机性，人类对雷电的物理原理的掌握一直不全面。但随着科学技术的进步，研究人员对雷电的物理过程的研究正在不断进步。以雷电通道的落点为例，人们已经研究证明了约有1/3到1/2的地面落雷中有2个及以上的落点，并且不同落点间的距离最高可达8 km。
现有防雷规程一般假设一次雷电活动仅有一个落点，并未包含多落点雷电的情况，其雷击故障分析过程均基于这一假设进行。而要想了解多落点雷电对输电线路的影响，我们首先必须了解多落点雷电的物理过程。
2、高压输电线路多落点雷电机理
雷电放电属于一种长间隙放电，云层下方首先产生电晕放电，电晕放电转化为流注，在达到一定温度的情况下，流注会汇合成先导，先导从云层逐渐往地面发展，逐渐形成雷电放电通道。对于雷电击中地面物体的过程，目前通常认为地面物体上产生了上行先导，当上行先导和下行先导汇合时，雷电通道完成贯穿，随后产生首次回击。在首次回击后，一次雷电放电过程通常会有2～4次后续回击，不同回击间平均时间差为60ms。
在电气几何模型等输电线路的绕击分析方法中，通常假设雷电通道是垂直于地面的单根放电通道。但该假设是一种简单化的处理方法，实际上自然界的雷电常常包含多个落地点，也即雷电通道存在分叉现象。多落点雷电又可分为两类，第一类是一次雷电过程的不同回击先后击中不同地面物体，第二类是同一次回击同时击中不同地面物体。
多落点雷电对输电线路有严重影响，第一类多落点雷电先后绕击同一线路不同相导线时，由于不同回击间的时间差小于线路单相重合闸时间，此时输电线路可能会出现多相接地故障，第二类多落点雷电同时绕击同一线路不同相导线时，见图1（a），由于不存在回击间的时间差，输电线路更易出现多相接地故障。当第一类或第二类多落点雷电反击不同回线路地线或者塔顶时，见图1（b），可能导致不同回线路出现单相或者多相接地故障。
由上述分析可知，多落点雷电对输电线路的危害在于容易导致多相接地故障和多回线路接地故障。单落点雷击多数为绕击，绕击通常会引起线路单相跳闸，单相跳闸后输电线路会自动进行一次重合闸。雷击后的重合闸成功率较高，因而对电网的影响相对较小。而多落点雷击绕击可能会造成多相跳闸，此时输电线路重合闸功能将不会动作，因此将导致输电线路停运。多落点雷电反击可能导致不同回线路同时跳闸，进而可能造成变电站全部进线停运。
多落点雷击具有较强的随机性，其防范措施还有待进一步研究。但从输电线路防雷原理来看，加装线路避雷器、减小架空地线保护角等防绕击措施和杆塔接地改造等防反击措施理论上有一定的防多落点雷击故障效果，而加装绝缘子并联间隙会增加输电线路雷击跳闸率，不利于防范多落点雷击故障。
3、高压输电线路多落点雷击故障分析方法
多落点雷击故障与单落点雷击故障的最重要区别在于存在雷电分支通道，分支通道击中输电线路的过程具有较强的随机性，目前没有成熟的物理模型可进行分析计算。但从雷击故障分析的角度，可认为雷电在输电线路上的落点是已知的，因而只需分析雷击过电压水平和输电线路雷击故障过程。
对于第一类多落点雷击故障，如果不同雷电回击击中的不同回线路为同走廊架设，那么线路间的耦合作用可以忽略，不同回线路过电压可分别进行计算分析，故其故障分析方法与单落点雷击故障相同。如果不同回击击中的线路为同塔架设或者击中的是同一回线路的不同导线，那么其雷电通道可采用多组电流源与电阻并联电路的方式进行建模。如图2（a）所示，不同的分支通道采用时控开关控制雷电流进入仿真电路中的时间。雷电流幅值以及不同回击间的时间间隔可直接采用雷电定位系统中记录值，雷电通道并联电阻值可取400Ω。
对于第二类多落点雷击故障，由于是同一雷电回击击中了不同物体，如图2（b）所示，雷电通道可通过一组电流源与电阻并联电路进行建模，不同分支通道间的分流关系可通过仿真计算获得。
本文的多落点雷击过电压计算在EMTP软件中进行，其中杆塔采用分层传输线模型进行建模，计算中假设同一高度横担位置处的电压相等，绝缘子绝缘性能采用伏秒特性进行建模，并采用相交法作为绝缘闪络判据、雷电流波形采用2.6 us/50 us双指数波、导地线采用EMTP软件中的JMarti模型进行建模。
4、结束语
1）分析了输电线路多落点雷击故障的物理机理，并提出了多落点雷击故障可以分为单次回击同时击中不同输电线路设备和不同回击先后击中不同输电线路设备两类。
2）提出了多落点雷击故障分析雷电通道的建模方法。
3）应用所提出的方法对一起多落点雷击故障进行了分析，计算得到了分支通道与主通道分流关系和雷击过电压水平。
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作者简介：裴峰虎，出生于1973年12月，性别：男，籍贯山东省平原县，2016年毕业于山东大学《电气工程及其自动化》专业，大学本科学历；高级技师，研究方向为：高压输电线路的运行与维护。
论文作者:裴峰虎,祖志杰,王昌禄,张焕云,杜斌祥
论文发表刊物:《电力设备》2018年第24期
论文发表时间:2019/1/8
标签：落点论文; 雷电论文; 线路论文; 故障论文; 多相论文; 通道论文; 高压论文; 《电力设备》2018年第24期论文;