山区紧凑型500kV交流输电线路绕击耐雷性能研究

（国网四川省电力公司广安供电公司，四川 广安 638500）

山区紧凑型500kV交流输电线路绕击耐雷性能研究

朱 峰

（国网四川省电力公司广安供电公司，四川 广安 638500）

本文作者对平原和几种山区典型地形下500kV紧凑型输电线路的绕击耐雷性能进行了对此分析，并计算了保护角、杆塔呼高、地面倾角对500kV紧凑型输电线路绕击耐雷性能的影响，从而得出分析结论。

山区；改进电气几何模型；紧凑型输电线路；绕击耐雷性能；影响因素

1 国内外研究现状

目前，对输电线路的雷击风险评估要依赖于输电线路耐雷性能的准确评估。因此，精确的输电线路雷电耐雷性能计算模型及其线路雷击闪络风险的综合分析措施对线路的防雷性能改进及输电线路的防雷设计都有着十分关键的作用。输电线路的雷电绕击能力评估方面，目前常用的评估分析方法有：规程法、电气几何模型（EGM）、改进电气几何模型等。

①规程法

此方法认为：雷电绕过避雷针直接击中导线的概率同塔杆的高度，避雷设施的保护角度、导线沿途的地形、地貌、地质情况等都存在较大的联系，提供了平原以及山区两种地理情况下的绕击概率公式，该方法可以较为快捷、方便的计算出线路的绕击率，同时经过检测，可以同普通线路的防雷屏蔽设定标准相吻合。然而，其不足之处也较为明显，因为此方法中的线路绕击概率计算公式是结合多方面的经验及小电流的模式而提出的，因此，具备较强的综合特性，经常不能清晰的反应出沿线的特点，无法对屏蔽实效问题的原因进行解答。

图1 山区三种基本的雷击跳闸严重地形

表1 不同地形下500kV紧凑型线路的绕击率

②电气几何模型

该模型指的是把雷电的放电特征同线路的尺寸、结构关联在一起，从而创建出的一类几何计算分析模型。在1962年，美国希尔曼及克莱顿等人提出了电力的几何模型。到今天，此模型具备大量的信息。比较典型的几何电气模型为“Whitehead-Brown”绕击模型。之后，有关人员针对雷电的绕组距离计算公式进行了相应的实验与研究，并且制定了雷电的计算系数，通过电击的距离来表达如式所示。

r=a×Ib（m）

图2 不同微地形下绕击率的计算结果

以上电气的几何模型较以往的经验措施相比已经获取了极大的进步，然而，该公式没有对导线的高度影响进行考量，也忽略了放电的分散特性，并且无视了其他条件对雷击大地、击距、导线、避雷针的影响，将三者距离假定为相同。

③改进电气几何模型

美国的埃里克松对以往的电气模型问题提出了相应的改进模型。其提出的模型重点对构造物的高度进行了考量，探讨了其对雷电绕击的作用，获取了相应的击距公式，其内容如下。

以往的电气几何模型将导线、避雷线、地面对雷电先导的击距视为相同，然而，如果线路的高度增大，则此假设就较不合理。所以，相关专业人士提到了击中距离，设定为β，是指雷电先导对地的击中距离与输电导线的距离之比，借助其对导线及大地的引雷性能进行描述。里兹克、埃里克松等依据各自的探究提出了导线高度同击距系数间的关系。

2 输电线路绕击耐雷性能影响因素分析

对于山区地区来讲，尤其是山谷、山脊及山峰三种基本地质结构构成的，通常来讲，架设在山区的线路依据地形的状态可以将其划分成以下几种类别：其一，架设在山坡的线路。包含的内容有：沿山峰的外坡水平走向的线路及沿山脊的外坡水平走向的线路；其二，架设在山顶的线路。包含的内容有：山脊顶部的架设线路及山峰顶部的架设线路；其三，架设在爬坡位置的线路。包含的内容有：沿山脊竖直铺着的线路及沿山坡上下架设的线路；其四，架设在跨谷的线路。包含的内容有：沿山谷架设的线路及横跨山谷铺设的线路。同时，也包含铺设在山脊、谷底、山坡等线路。如果线路的走向大致同山坡处于平衡情况，地线与地面位置相近，则受到雷电击中的概率相对较小。经过总结，能够把此种情况划分为三种基础雷击跳闸地形，包含的内容有：山脊的顶部、山坡的斜外侧、横跨山谷的线路如图1所示。

分别计算平原和上述三种微地形下500kV紧凑型线路的绕击率如表.1所示。

不同微地形下，绕击率的计算结果如图2所示。

从表1及图2可以发现，处在平原等地的线路被绕击的概率较低。相反，沿着坡地及山顶架设的输电线路较容易受到绕击问题。这是由于，沿着山坡的地形，两边线路分别在山坡的下边坡一侧及上边坡一侧，位于上边坡一侧的输电线距离山体较近，则山体的屏蔽性能较强，所以，受到绕击的几率较低；而位于下边坡一侧的输电线路暴露的角度较高，山体对其的屏蔽性能较弱，受到绕击的概率较高。架设在山顶的输电线路，由于处在最高点，吸引雷电的性能较高，两侧都为下边坡，则山体对顶部架设线路的屏蔽性能更低，暴露角度更高。四种条件下，横跨山谷的输电线路受到绕击的概率更高，其是由于横跨山谷的输电线路距离地面的高度相对较高，从事使地面对其的屏蔽影响降低，再加之弧垂的作用，造成雷电的保护角扩大，避雷线对其屏蔽作用降低，所以，很容易引发绕击情况。

2.2 500kV紧凑型输电线路绕击防雷性能影响因素分析

2.2.1 保护角变化的影响

图3 保护角变化对绕击率的影响

图5 地面倾角变化对绕击率的影响

图4 呼高变化对绕击率的影响

表2 保护角变化对绕击率的计算结果的影响

表3 呼高变化对绕击率的计算结果的影响

表4 地面倾角对绕击率的计算结果的影响

对于保护角来讲，其表征的大小同避雷线的屏蔽功能存在密切的联系，当保证参数不发生变化的前提下，可以利用变更两根避雷线的水平距离行驶来调整避雷线的保护角数值，针对不同的保护角，其线路受到绕击的概率详见表2。对500千伏的、紧凑型线路铺着在平原位置的仿真模型进行计算，设定档距数值为500米。

保护角变化对绕击率的影响如图3所示。

由表2及图3可以发现，对500千伏紧凑型线路来讲，其发生绕击的概率会伴随着保护角的增大而提高，其是由于当保护角变大以后，避雷线对导线的屏蔽性降低，计算绕几率期间，暴露弧的长度相应增加。

2.2.2 杆塔呼高的影响

当架空线两端杆塔呼高变化时，档距内架空线弧垂不变，但架空线任意点对地高度会发生变化，从而直接影响雷击绕击率的结果。保持其它参数不变，以平原地区500kV紧凑型线路作为仿真模型，随杆塔呼高变化绕击率的计算结果如表3所示。

杆塔呼高变化对绕击率的影响如图4所示。

由表3和图4可以看出，绕击率随着杆塔呼高的增大而增大。这是因为，呼高增大后，虽然导线和避雷线的弧垂不变，但导线和避雷线的对地高度会随之增大，大地对导线的屏蔽作用减小，绕击率随之增大。

2.2.3 地面倾角的影响

根据输电线路运维经验证实，输电线路的雷电绕击性能受地面倾角的影响较大。保持其它参数不变，而改变地面倾角的大小，分别计算各种地面倾角下500kV紧凑型线路的绕击率如表4所示。

绕击率受地面倾角变化影响的计算结果如图5所示。

由表4和图5可以看出，随地面倾角的增大绕击率随之增大，这是因为地面倾角变大后，电气几何模型计算所得的暴露弧长度变大，发生回头击的可能性增大，因此绕击率的计算结果增大。但是由于紧凑型线路本身保护角较小，线路绕击耐雷性能得到了较大提高，故地面倾角变化对紧凑型线路绕击率的影响较小。

3 结论

在我国，输电线路受雷害事故跳闸影响比重很大，四川地区情况突出。雷击故障往往造成线路绝缘破坏，引起线路停电，给电力部门造成直接经济损失的同时也给居民生活及工农业生产带来了重大影响。根据上述分析内容得出的主要结论如下：

平原地区输电线路绕击率最小，沿山顶和沿坡地形下输电线路都比较容易发生绕击事故，输电线路跨山谷架设时输电线路绕击率最大。

由500kV紧凑型输电线路绕击防雷性能影响因素分析可知：

①500kV紧凑型的输电线路自身的绕击概率会伴随着保护角度的变大而增加，其实由于当保护角扩大以后，导线受到壁垒设备的屏蔽影响降低，计算绕击概率时，裸露在外的导线弧长相应增加。

②绕击的概率会伴随着输电塔杆的高度增高而变大。其是由于当输电塔杆增高后，尽管避雷设备同导线的弧垂维持一定，然而避雷设备及导线相对地面的高度提高，那么大地对线路的屏蔽影响降低，所以，会增大绕击概率。

③绕击的概率会伴随着地面倾斜角度的扩大而变大。其是由于当地面的倾斜角度增大后，几何电气模型的计算裸露弧长数值变高，发生回头击的可能性增大，因此绕击率的计算结果增大。

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