摘要：在我国国民经济快速发展的背景下，社会各界对于我国电力系统供配电领域的发展，尤其是特高压直流输电线路质量，与线路耐雷性能等方面关注程度越来越高。对于现代化的电力系统供配电管理工作来说，特高压线路的质量会受到许多不同因素的影响。其中，雷电对线路质量和稳定性的影响最为明显。如何对特高压直流输电线路的进行系统分析，成为了相关领域工作人员的工作重点之一。
关键词：特高压直流输电；耐雷性能；方法
1特高压直流输电线路耐雷性能影响因素
1.1极线工作电压影响因素
在特高压直流输电线路中，极线工作中电压非常高，如果遭遇负极性雷击，雷电很容易击中它的正极导线部位，相比较而言，负导线则不容易引雷。如果在不计算工作电压的情况下，对特高压直流输电线路施加正负工作电压，它的负极线对雷电就具有最佳的屏蔽效果，而反观正极线则屏蔽效果较差。
1.2绝缘子串长度影响
在特高压直流输电线路中绝缘子串长度增加的情况下，会在一定程度上，提升绝缘子串的绝缘水平，最终达到提高输电线路耐雷水平的目的。比如，在仿真试验中，可以将500kV的绝缘子串长度从原本的6m提高到7.5m，同时，将800kV的绝缘子串长度从原本的10m提升到11.5m。通过分析可以得出，不同绝缘子串长度情况下，特高压直流输电线路的耐雷水平。
1.3地面倾角影响因素
因为特高压输电线路经常位于山区，山地与丘陵等地理状态也提升了线路的绕击闪络率，所以必须要考虑地面倾角影响因素。从技术角度讲，这也是由于当杆塔位于山地丘陵地带时，它的斜坡外侧导线地面雷击击距会下降，暴露弧会随之増加，这就导致了绕击雷击闪络率的相应增加。由于大部分雷电都属于负极性类，而线路的负极线耐雷性能一般要高于正极线耐雷性能，所以，对于特高压直流输电线路而言，如果地面倾角较大，就有必要避免由正极线外侧所带来的雷击高击距，必须为其增加相应的防雷保护措施才能有效提高线路的耐雷性能。
1.4杆塔高度影响
杆塔高度的增加，会使特高压输电线路线路的反击耐雷能力下降。出现此种情况的主要原因是，雷击发生之后的雷电波，会在杆塔内部传播时间延长。经过接地电阻之后，再返回到杆塔之中。该过程会在一定程度上，削弱雷电流的作用。比如，某地区在进行仿真试验时，分别设定了高度为50m、60m和70m的杆塔，在其他条件相同时，判断不同杆塔的实际耐雷水平，得出了相同的结论。
2特高压直流输电线路耐雷性能模型分析
2.1线路模型
实际雷电波中本身包含较多的高频率谐波波段，因此考虑到线路参数随频率变化以及雷电流的频变特性，选用ＡＴＰＤｒａｗ中的ＪＭＡＲＴＩ模型，计算并输人酒湖线线路参数，由ＡＴＰＤｒａｗ进行计算模拟。
2.2雷电流模型
雷电流模型式波形仿真模型中的一种特殊形式。应用该仿真模型时，需要对输电线路的防雷计算和设计特征进行模拟。根据国家电力系统特高压直流输电线路的管理标准可以得出，仿真雷电流主要是通过一个电流源并联波阻抗进行模拟实现的方法。并联的波阻抗阻值在100Ω至400Ω之间，此时将雷电波阻设定为300Ω。仿真选用的标准雷电流波形的双指数波模型，模型公式为：i（t）=Im（e-α-e-βt）其中，Im为固定雷电流值，α和β是标准常数，t为雷电发生的时间。
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2.3杆塔模型
杆塔模型在仿真中通常分为单一集中电感模型和多段波阻抗模型。工程实际中应考虑对地电容和线路损耗的影响，单一集中电感模型与工程实际偏差大，故本文仿真采用多段波阻抗模型。为避免单波阻抗模型均一化带来的误差，在计算时细分杆塔，根据杆塔结构和各段尺寸，对杆塔的横担、支架等的波阻抗分段模拟。
2.4绝缘子闪络模型
雷击点的随机性较强，雷击点的闪络判据难以获得，应用ＡＴＰ－ＥＭＴＰ仿真平台内嵌模块来仿真绝缘子闪络进程，进行仿真雷击时正负极导线处绝缘子等部位的过电压值。绝缘闪络判据方法目前有相交法、先导法和规程法。规程法是基于如果绝缘子两端过电压超过绝缘子串标准的５０％放电电压临界值时发生闪络，但规程法计算结果和实际情况相比偏小；先导法的原理是当满足３个条件时发生闪络：一是电场强度到达临界值；二是导线绝缘子串承受的雷电冲击电压达到（不考虑表面电离情况）流注发展时间；三是迎面先导长度匹配间隙长度。３者同时满足，绝缘子闪络。但采用先导法计算时参数设置复杂，容易产生较大误差。大量研究表明，采用相交法计算结果与实际运行情况较吻合。相交法的原理是当绝缘子串上过电压曲线与其伏秒特性曲线在某点相交时即判定发生闪络。
3防范措施分析
根据特高压直流线雷击情况，特高压直流线绕击风险要远大于反击风险，但反击风险仍然不能忽视，因此，为了防范特高压直流线路发生雷击跳闸，可采取如下防治措施。（1）在塔顶安装可控放电避雷针。在塔顶安装可控放电避雷针，可提前触发迎面向上先导，实现提前中和电荷和限制雷电流幅值的目的，在接地电阻有保障的情况下，可增加地线的屏蔽作用，降低绕击跳闸率。（2）在架空地线上安装软连接的防绕击避雷针。由于特高压直流线路外绝缘配置较高，在架空地线上安装软连接的防绕击避雷针，一方面可防止防绕击避雷针与地线之间的磨损，另一方面能将雷电流幅值较小的雷引至地线上，降低雷击导线跳闸的风险。（3）针对接地电阻不满足设计要求的杆塔，采取降阻措施。截至2016年，特高压直流线路虽然未发生过反击跳闸，但从雷害风险评估来看，部分杆塔的反击风险仍然较高，因此，对于接地电阻不满足设计要求的杆塔，应及时采取降阻的措施。（4）增大线路绝缘的同时，为了能够合理降低过电压现象，还刻意减少了受绕击概率，降低了线路的跳闸率。另外，可以选择在高杆塔上增加绝缘子串，增大越档导线与地线之间实际距离，并配合差绝缘方式。如果雷击杆上导线被雷击穿，雷电会直接经过杆塔入地，这样可有效避免两相闪络的发生，也可以考虑在两相之间増加绝缘子加强保护作用。（5）利用雷电定位系统来收集雷电活动相关数据记录，针对特高压直流先例疑似故障区段进行杆塔对比，划分出该区域内直流线路的多雷区，并对多雷区采取相应防雷措施，同时提高线路的冲压耐压水平，这能够极大程度确保雷电感应在工频线流过程中不会由于放电距增大而产生异常。
结语
综上所述，可以知道，本文在对特高压直流输电线路的耐雷性能影响因素进行分析的基础上，进一步探究了特高压直流输电线路的模型分析方法。通过搭建线路模型、雷电流模型、接地电阻模型等方法，可以使仿真计算模型发挥出最大的应用功效。
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论文作者:刘志强
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：线路论文; 杆塔论文; 雷电论文; 绝缘子论文; 模型论文; 特高压论文; 导线论文; 《电力设备》2018年第24期论文;