摘要：随着我国“西电东送、南北互供、全国联网”电力发展战略的实施以及交流1000kV级和直流±800kV级特高压输电系统的建设，如何保障超特高压输电线路的安全运行已成为我国电力系统安全运行亟待解决的关键难题。众所周知，我国属于雷电活动强烈的国家，超特高压输电线路走廊大都要穿越雷电活动强烈的地区，同时还面临西部地区高土壤电阻率所带来的杆塔接地问题。因此，如何进行超特高压输电线路杆塔的设计以满足线路防雷和接地的要求，是提高超特高压输电系统可靠性的关键难题。本文对目前国内外特高压直流输电线路耐雷性能的现状和特高压直流输电线路耐雷性分析的基本原理和方法做出了简要的分析，并对特高压直流输电线路耐雷性分析研究中存在的问题和解决的办法进行了探讨，希望对我国特高压输电做出一些贡献。
关键词：特高压；直流输电线路；耐雷性能
引言
国内外的运行经验表明，雷击是造成输电线路跳闸的主要原因。对于我国500 kV超高压电网，由雷击引起的线路跳闸事故约占线路总跳闸事故的40%至70%。在日本50%以上的电力系统事故是由雷击引起的，美国、前苏联等12国的275至500 kV总长3.27×10 4 km输电线路的连续的运行资料表明，雷害事故占总事故的60%。随着输电线路电压等级的提高由于输送容量的增大，输电线路在系统中所占的重要性相对增加，供电可靠性的要求也相应增加。同时，杆塔高度增加，线路走廊的尺寸增加，沿途地面状况复杂，气候多变，遭受自然雷害的几率也随之增加。因此，特高压输电线路的防雷工作至关重要。
一、国内外研究现状
雷电直击输电线路通常可以分为以下两种类型：雷击杆塔引起的绝缘子串闪络的反击跳闸及雷电绕过避雷线保护范围击中相导线的绕击跳闸。而由感应雷所引起的输电线路跳闸事故在超特高压输电线路上发生的可能性甚微。输电线路的反击耐雷性能主要与雷电流、杆塔高度、绝缘水平、冲击接地电阻大小有密切的联系。输电线路的绕击耐雷性能主要与雷电流、线路保护角、绝缘水平、地面状况相关。国内外研究者针对超特高压输电线路的反击耐雷性能、绕击耐雷性能和线路防雷措施，开展了大量的机理和应用研究。
二、特高压直流输电线路耐雷性分析的基本原理和方法
（一）耐雷性的雷电参数分析
雷电本身具有时间、发生频率、高发地点以及分布规律等参数特征，明确这些参数特征能够很好的分析特高压直流输电线路的耐雷性。首先要对雷电的放电过程模型进行研究，虽然雷电的形成和放电过程呈现出复杂的状态，但是从防雷保护线路的角度可以将这个过程简单抽象化，雷击实际上就是电磁波沿着一定的轨道通向地面的传播过程，这个传播过程中的轨道长度、雷电流以及雷电通道的阻抗值都是可以测量计算的，进而形成雷云放电过程模型，就能更好的掌握区域的雷电类型。另外雷电电流的极性和电磁波的波形、雷电落地面积的密度以及雷电流大小的概率分布，都可以通过模型计算得到，通过这些模型将各个区域的参数值输入计算，就可以得到特高压直流输电线路耐雷性设计所要运用和参考的雷电参数。
（二）电磁短暂过程中的反击耐雷性能分析原理
目前我国常用的分析特高压直流输电线路反击耐雷性的方法主要有规程法、蒙特卡洛法以及电磁暂态分析法。规程法是将杆塔视为一个等值的电感器，是一种较为简化的分析方法，在实际应用中会产生较大的误差。而蒙特卡洛法目前对雷击击中部位的判断标准和依据没有统一的标准。因此在对特高压直流输电线路反击耐雷性进行分析时，电磁暂态分析方法是较为常用的方法，目前这种方法主要基于ATP-EMTP数字程序，将特高压直流输电线路的分布线路参数和储能元件等值结合成为电阻性网络，然后运用求解电阻网络的方法计算雷电实际的电路波过程，将特高压直流输电线路的反击物理过程转化为可以计算求解的电阻性电路模型，进而对特高压直流输电线路的反击耐雷性进行研究。
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（三）绕击耐雷性的先导发展模型基本原理
与传统的规程法和电气几何模型相比，先导发展模型能够更为精确的对绕击的物理过程进行分析，这个模式是建立在雷电放电过程中电荷的运动轨迹方式与长空气间隙放电过程的高度相似性基础上提出来的，并且经过试验研究的验证，获得较为科学的效果。先导发展模型的物理过程是由先导一流注完成的，并且对特高压直流输电线路的击中点起到重要的影响。由于先导模型与长空气间隙模型具有的相似性，可以根据长空气间隙放电模型推算演变出先导发展模型，对雷电的击穿发生和击中点进行模拟计算。
三、特高压直流输电线路耐雷性分析研究中存在的问题
（一）雷击事故动作保护方式存在的问题
直流线路与交流线路不同，在雷电击中防雷保护设施以后，线路不会像流线路一样出现断路跳闸的想象，通常是继电保护装置将事故判定为直流线路故障，促使整流器发生位移，将整流器变为逆变器继续运行，而这是直流线路上的电流和电压迅速的降为零，经过一段时间的之后，又重新恢复送电，这样就不容易发现雷击事故的发生点，从而为以后埋下隐患。
（二）线路工作电压的影响
特高压直流输电线路的工作电压达到±800kV，因此在对其进行耐雷性能分析时必须考虑线路工作电压产生的可能影响。当雷电击中有双向避雷线的特高压直流输电线路时，工作电压会与线路杆塔的反击电压相互作用，并将这种作用强加于绝缘子串上加大极性相反的电极，由于特高压直流输电线路上的两级在运行上具有相对独立性，因此这时会出现一极正常供电，而另一极的供电能力减弱的现象，进而对用电设备产生不利的影响，因此在实际中，要充分考虑线路工作电压在雷击时可能产生的影响。
四、特高压直流输电线路反击和绕击防护措施
（一）特高压直流输电线路反击防护措施
目前影响特高压直流输电线路反击耐雷性的的设备，主要是因为杆塔的接地电，特高压直流输电线路的反击耐雷性随着杆塔接地电阻的减小而增大，也就是说降低杆塔的接地电阻，是提高特高压直流输电线路反击耐雷性能的重要措施，也是十分有效的措施。具体在土壤电阻率较低的区域，可以利用杆塔的自然接地电阻装置形成简单的接地体，而在土壤电阻率较高的区域，这种简单的接地体不能发挥应有的作用，因此应该加强土壤电阻率高区域的降阻措施，但是如果在土壤电阻率高的区域没有办法降低杆塔的接地电阻，可以用增加线路绝缘水平的方法来提高特高压直流输电线路的反击耐雷水平。另外，杆塔的高度也会对线路的耐雷水平产生影响，适当的降低多雷区特高压直流输电线路的杆塔高度也有利于特高压直流输电线路的反击耐雷性能。
（二）特高压直流输电线路绕击防护措施
传统的避雷线是特高压直流输电线路绕击防护最简单也是最有效的防护措施，但是在避雷线设计时要注意合理的选择避雷线安装的保护角，因为这个保护角能够影响特高压直流输电线路雷电屏蔽性能，保护角与屏蔽性能之间呈现出反比例关系，即保护角增大，屏蔽性能降低。因此在实际操作中一定要注意保护角的选择，根据直流线路的特点，一般情况下，特高压直流输电线路都是选择负保护角。另外，降低杆塔高度来相对的减少引雷面积也是绕击防护的有效措施，这种方法能够大大的降低特高压直流输电线路的绕击电击事故发生率，同时适当的安装防绕击侧针和主动式避雷针能够大大增加避雷线的屏蔽效果。
五、结束语
随着区域互联电网的快速发展，对特高压直流输电线路的建设要求也在不断的增加，但是我国的特高压直流输电线路大都建在雷电活动发生较为频繁的地区，因此要对特高压直流输电线路耐雷性能进行深入的研究分析。
参考文献
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[2]陈浩.特高压直流输电线路耐雷性能研究[M].电力工程学院,2015.
[3]李虎安.±800kV特高压直流输电线路雷击特性分析[J].通讯世界,2016(23).
论文作者:范胜
论文发表刊物:《电力设备》2019年第15期
论文发表时间:2019/12/9
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