探析800kV直流输电线路雷电绕击与反击的识别方法

张宇

摘要：为满足现代化建设的需要，并在电力系统规划方案的指導下，我国开始建设高压直流输电线路，800kV直流输电线路便是一项重要工程。但由于该线路易受雷击影响，因此，本文便围绕800kV直流输电线路雷电绕击与反击原理、特点与识别方法展开了探析。

关键词：800kV直流输电线路;雷电绕击;雷电反击

前言：我国的经济发展及电力需求的增长都对电力的输送能力提出了更高的要求，这便需要保证配电网运行足够稳定可靠。800kV特高压直流输电线路的兴建有效缓解了当前我国电力输送压力大的现状。因此，正确识别该线路的雷电绕击与反击并采取有效避雷措施应对至关重要。

1输电线路雷电绕击与反击原理和特点简析

1.1原理

雷电绕击是指雷击未受避雷线的阻挡影响，而是绕过避雷线直接击在导线上，便会加大雷电流并向两侧传输，从而引发跳闸事故。它与雷电流幅值有关。雷电反击是指雷电击中杆塔，进而产生极大地冲击电流，这时杆塔和避雷线便会将之分化，当杆塔引入部分电流至地下时，受其地网电阻的影响，会出现电流降压现象，影响线路运输[1]。它与雷电流幅值、杆塔电阻等有关。

1.2特点

负极性状态的雷云携带着大量负电荷，若是出现雷电绕击，正极绝缘子受负电荷的影响闪络率会增高。若杆塔或避雷线被雷电反击时，其波阻抗与地网地阻会进行拦截，电压高的部位的闪络率便会增加。若雷电负极性越强，正极绝缘能力便会越弱，一旦被雷击中，便会影响电流幅值而引发线路故障。由于800kV直流输电线路运行时其电压保持恒定，因此，绕击与反击闪络率与雷电流幅值有关。

绕击与反击原理、特点不同，故其识别、防护方法有异。据实际的800kV直流输电线路运行表明，雷电绕击与反击是导致线路跳闸的主要因素。近年来，输电线路发生雷击事故的频率有所增高，加大了雷电绕击与反击的识别难度，致使无法及时采取针对性措施加以防护。

2识别800kV直流输电线路雷电绕击与反击的方法

800kV特高压直流输电线路具有输送容量大、损耗小、不易老化且可远距离输电的应用优势，可发挥优化配置电力资源的作用，促进西部开发等项目建设。但由于800kV直流输电线路多建于地形环境比较复杂、差异较大的地区，如山地、丘陵、平原等，且结构比较繁杂，线路长且分布广而复杂，加上气象变化多端，雷电活动频率高，因而导致线路极易受到雷击，严重影响着运行的安全可靠性。在正确识别800kV直流输电线路雷电绕击与反击前，需要结合雷电绕击与反击的原理与特点开展识别工作，以便为防雷措施的实施提供保障。

据雷电绕击实际发生现象来看，除传统的人工判断识别方法外，800kV直流输电线路雷电绕击的识别方法还有：电磁暂态仿真模拟法、磁带法、电气几何模型法、改进电气集合模型法、先导发展模型法等。其中，在对800kV特高压直流输电线路的高杆塔、大跨越杆塔的雷电绕击进行评估时，若是选用电气几何模型则会出现完全屏蔽的情况，进而影响实际的识别效果。

第一，电磁暂态仿真模拟法。首先，建立800kV特高压直流输电线路雷击电磁暂态仿真模型，对出现雷电绕击与反击过程产生的负极性雷电流进行计算。其中，差值与入地电流值是识别绕击与反击的关键。当雷电击中杆塔时，绝缘子会发生串电位情形，此时两侧差值大于0、入地电流值小于0。当雷电击中导线时，此时差值小于0、入地电流大于0。若二者同时被击中，绝缘子串点位会快速变为0。在仿真过程中可以利用雷电监测技术和系统监测雷电绕击与反击的闪络情况，统计闪络率。例如，可以应用贝杰龙法的ATP-EMTP软件进行仿真，通过计算机建立相应的代数、常微分方程等，再对各节点的电流电压及消耗功率进行计算，统计和形成雷电流波形以便分析线路耐雷性能。在构建暂态仿真模型前，可根据受雷击后的800kV直流输电线路的暂态特征分析其是否出现故障，以便为后续工作做准备。具体如下：当未出现故障时，雷击部位的线路波阻抗应仍保持连续，暂态电压低频分量偏小，且波形没有发生折反射现象，同时输电线路两端的电压变化相同。而出现故障的暂态特征则与之相反。

第二，可以结合800kV特高压直流输电线路雷电绕击与反击的零模电压变化情况进行判断。当由雷电绕击引起正极闪络时，零模电压呈现单调变化;当雷电反击引起正极闪络时，首次雷击、导体反击两个过程中零模电压呈现正负交替变化。但最终二者均会呈单极接地的特点。当确定为雷击故障后，便可通过对零模电压值以及雷电流极性等参数进行计算，最终得到模极大值，当该值大于1则为雷电绕击，此时产生的零模电压极性处于相同特征;小于1则为雷电反击，此时极性呈现相反特征。若雷电流极性保持恒定时，可以根据雷电流的流向来识别雷电绕击与反击。当雷电流从导线流向杆塔时，便可判断定为雷电绕击;从杆塔流向导线则是反击。但一旦极性发生改变，这种方法便不适用。

第三，磁带法。该方法具有性价比高、安装简便、便于推广、检查误差小等优势，可以在800kV直流输电线路雷电绕击与反击是的识别中发挥重要作用。首先，利用磁带法来精确测量雷电流幅值、最大陡度，并找出峰值，以便根据数据进行有效识别。其次，可以在绝缘子、杆塔角等位置安装质量高性能好的磁带测量装置，记录好实时参数及特征。并借助GPRS技术传输雷电流参数，再对这些参数进行比较与分析。最后，比较流过绝缘子串杆塔塔端、塔角等位置的幅值参数，若是二者之比大于一，则可判定为雷电绕击;若二者之比小于一，则可判定为雷电反击[2]。而为降低磁带法的测量误差，可以借助多次测量取平均值法、公示比较法等来减小误差，同时要注意磁头的清洁。

第四，可根据800kV直流输电线路经雷击后的闪络情况给其它设备带来的影响进行判断。如在出现闪络时，若线路两端的变电站母线和避雷器未发生变动，则可初步判定为是雷电绕击。若出现变动，则可判定实施雷电反击影响变电站的稳定性。

综上，800kV直流输电线路雷电绕击与反击的识别具体步骤为：一要观察电压变化率，当超过整定值时，应用录波装置记录其电压行波波形，同时采集好相关数据。二要将存在耦合关系的电压进行解耦，即采取相模变换方式最终获得模极大值。三要借助双端法测量行波距。四要分析和判断是否出现故障及故障的特征。五是若存在雷击故障时，需计算零模电压模极大值，据此进行雷电绕击与反击的判定识别，具体如上述。六要记录好线路故障的具体位置及类型，以便为后续的维护处理等工作提供依据。目前，我国特高压直流输电建设与发展较晚，但工程进度较快，建设规模不断扩大。因此，为增强800kV直流输电线路运行的安全可靠性，防止出现雷击闪络与跳闸并减少雷击事故，还要加强对特高压直流输电线路雷电绕击与反击的防护。对于绕击，需要调整好避雷线的保护角，安装耦合地线，亦或在架空地线上端和杆塔塔顶安装横向防绕击短避雷针及可控放电避雷针，以便将小幅值雷电流引到地线上，降低故障发生风险。对于反击，在杆塔地网建设时应确保避免出现虚焊状况，并适当降低接地地阻等。在雷电绕击与反击造成的故障处理上，需结合故障类型实施相应的解决措施。

结论：800kV特高压直流输电线路具有重要的优化电力资源配置的作用，因此，为满足经济电流密度和输电可行性的需要，还应结合当地地形气候特点等正确识别该线路的雷电绕击与反击，并采取相应措施有效避雷，以提高线路运行和电网的可靠性，从而促进社会效益和经济效益的提升。

参考文献：

[1]谭启德，潘超，陈铁，等.特高压直流输电线路雷电绕击影响因素研究[J].电瓷避雷器，2019（02）：157-162.

[2]李阳林，徐宁，李帆，等.特高压直流输电线路雷击故障原因分析与防范[J].中国电力，2018，51（01）：59-63.