摘要：随着高压输电技术在我们生活中开始应用，大幅度、远距离的架空输电线技术的应用也变得非常普及。但是由于架空输电线一般建立在人员活动少、地势空旷的地方，因为架设的塔杆高度较高，容易成为周边区域雷击的重点对象，所以，在输电线路中做好防雷工作就显得尤为必要。
关键词：500kV输电线路；绝缘地线；雷电流分布
引言
500kV输电线路是电力系统中不可或缺的一部分，承载着电能传输、科学分配的重要使命。因此，输电线路运行的稳定性、可靠性、安全性对电力系统运行的稳定与安全起着直接的影响作用。雷电危害作为影响500kV输电线路运行的主要因素，其防治问题始终是人们关注的重点。
1雷击对输电线路的危害分析
输电线路作为电网输送的重要内容，直接关系到电力的正常供应。在电网运行过程中，由于输电线路设置、雷击电流的大小、杆塔自身电阻以及绝缘物体等各种因素的影响，导致输电线路经常遭受雷击。雷电天气时，当雷电与输电线路接触，便会产生雷电电流，部分雷电电流会直接被导入大地，倘若输电线路未能作避雷设计处理，那么雷电电流就会对输电线路运行造成不利影响。
输电线路经常遇到的雷击危害主要是雷电反击与雷电绕击，尽管不少输电线路大多安装了避雷设施，但是雷电电流能够绕过避雷设施，对输电线路造成雷击，进而导致线路跳闸甚至瘫痪。雷电绕击作用会受到导线保护角以及杆塔高度的影响，这些因素会影响雷电的绕击，增加输电线路遭受雷电绕击的可能性。雷电反击则是通过输电杆塔以及避雷设备，将雷电流导入大地，但是如果杆塔设计或安装不合理，导致杆塔高度过高，会增大线路电压，这样一来，线路跳闸的概率就会随之上升。
2输电线路雷电流分布仿真分析
2.1绝缘地线雷电流分布
在500kV输电线路中，当雷击地线导致地线绝缘间隙击穿后，大部分的雷电流都从杆塔流入大地，而流经绝缘地线的电流只占不到总雷电流的10%。这种现象表明由绝缘地线一绝缘间隙一杆塔组成的接地回路的输入阻抗要比绝缘地线直接接地回路的输入阻抗要低的多，因此其分流效果要明显的多。
2.2雷电流幅值对分流系数的影响
考虑雷电流幅值是雷电电流源的主要特性，为研究雷电流幅值对绝缘地线和杆塔分流系数的影响，在保持其他仿真条件不变的情况下，只改变雷电流幅值，不同雷电流幅值下的分流系数计算结果如图1所示。
图1 不同雷电流幅佰下的分流系数
由图1可知，在雷电流幅值小于10kA时，杆塔的分流系数基本保持在90%以上，随着雷电流幅值的增大，杆塔的分流系数逐渐减小，最后趋于稳定，保持在89%左右；另一方面，绝缘地线的分流系数始终保持在11%左右。
针对杆塔分流系数随着雷电流幅值增大而减小的情况，分析是因为在绝缘地线系统中，随着雷电流幅值的增加，绝缘地线的绝缘间隙击穿个数增加，也就是说杆塔接地的数目相应的增加，更多的杆塔参与分流，导致杆塔分流系数减小。随着雷电流幅值的增大，绝缘间隙击穿个数达到一定程度后便不再增加，因此分流系数保持不变。而雷电流幅值对于绝缘地线的分流基本无影响，总结来说，雷电流幅值对分流系数的影响集中体现在改变绝缘间隙击穿的数目，改变的是杆塔的分流系数，对于绝缘地线分流系数没有明显作用。
2.3档距对分流系数的影响
档距是输电线路的重要参数，为了研究档距的变化对分流系数的影响，在保持其他仿真条件不变的情况下，改变杆塔之间的档距，计算杆塔和绝缘地线的分流系数。档距为1000m时，杆塔的分流系数接近97%，相应的绝缘地线分流系数只有3%；档距减小到100m时，杆塔的分流系数急剧减小至约70%，相应的绝缘地线分流系数增大到30%。由此可见，档距对于分流系数的影响是十分显著的，随着档距的增加，更多的雷电流会由杆塔注入地中，导致杆塔的分流系数明显增大。因此，在实际的输电线路防雷设计中，在考虑工程经济性的情况下，应该适当减小杆塔之间的档距，以减小杆塔的分流系数，提高杆塔的反击耐雷水平。
2.4杆塔接地电阻对分流系数的影响
杆塔的接地电阻在输电线路防雷设计中是必须考虑的关键参数之一。为了保证输电线路的安全运行，杆塔的接地电阻必须保证小于一定的值。为了研究杆塔接地电阻对雷电流在绝缘地线上分布的影响，考虑改变接地电阻值，在雷电流幅值为100kA时，并保证其他条件相同的情况下，杆塔接地电阻为1}时，杆塔的分流系数达到了接近96%，相应的绝缘地线分流系数仅有4%；随着杆塔接地电阻增大到100m时，杆塔分流系数已经下降到了70%，而绝缘地线分流系数已经增大接近10倍。由此可见，杆塔接地电阻对于雷电流在杆塔和绝缘地线上的分布有重要影响，随着杆塔接地电阻的增大，地线绝缘间隙一杆塔组成接地回路输入阻抗明显增大，导致雷电流从杆塔分流急剧减小，同时接地电阻的增大又会影响地电位的升高。
2.5地线根数对分流系数的影响
地线的根数决定了地线对导线的保护范围，不同的地线根数又影响着地线的分流，最终体现于对输电线路绕击概率和反击耐雷水平的影响。为了研究地线根数对分流系数的影响，分别计算了1根、2根和3根地线条件下，接地电阻变化时的分流系数的仿真结果。随着地线根数的增加，杆塔的分流系数减小，而地线分流系数相应增加，3根地线时杆塔分流系数约为2根地线时的86%，而2根地线时杆塔分流系数约为1根地线的94%，地线的增加有利于地线的分流和祸合作用，减少从杆塔上流过的电流，有利于降低绝缘子串过电压水平，尤其有利于降低上导线绝缘子串上的过电压，提高线路的反击耐雷水平。另一方面地线根数的增加，强化了对导线的保护，但是增加1根地线工程投资会相应增加。因此，建议在考虑工程建设经济性的情况下，对位于多雷区的线路，杆塔接地电阻较高又难以降低时，可以考虑架设3根地线来降低500kV超高压输电线路的雷击跳闸率。
2.6地线直径对分流系数的影响
地线的直径是地线自身关键参数之一。直径的大小决定了地线横截面积的大小，为了研究地线直径大小对分流系数的影响，在接地电阻为5Ω，雷电流幅值为100kA时，保持其他仿真条件不变的情况下，对不同直径的绝缘地线下的分流系数进行了计算。随着地线直径的增加，地线的分流系数增加，杆塔分流系数减小。究其原因，地线分流系数受地线分流阻抗的影响，随着地线直径的增加，地线横截面积变大，地线的分流阻抗减小，电流更容易从地线流过，地线的分流系数会增大。因此，多雷区输电线路设计时，可采用良导体地线或横截面积较大的地线，增大架空地线的分流效果，减小杆塔的分流系数，提高线路的耐雷水平。
结语
当雷击输电线路绝缘地线时，大部分雷电流在绝缘地线的绝缘间隙被击穿后，通过杆塔流向大地。当雷电流幅值增大时，杆塔的分流系数逐渐减小最后趋于不变，而绝缘地线分流系数基本不变，雷电流幅值主要影响的是绝缘间隙击穿的个数。当杆塔档距增大时，更多的雷电流会由杆塔注入地中，导致杆塔的分流系数明显增大，而绝缘地线的分流系数减小，因此推荐适当减小杆塔档距。随着杆塔接地电阻的增大，经过绝缘间隙一杆塔回路的雷电流减少，杆塔分流系数减小，而绝缘地线分流系数增大。
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论文作者:黄义超
论文发表刊物:《电力设备》2018年第20期
论文发表时间:2018/11/12
标签：地线论文; 杆塔论文; 系数论文; 雷电论文; 线路论文; 电阻论文; 电流论文; 《电力设备》2018年第20期论文;