（山西省电力公司检修分公司山西省太原市030031）
摘要：在本文之中，主要是针对了超(特)高压输电线路耐雷性能计算方法做出了全面的分析研究，并且在这个基础上提出了下文之中的一些内容，希望能够给与同行业工作的人员提供一定价值的参考。
关键词：超(特)高压；输电线路；耐雷性能；分析
1导言
超(特)高压输电线路结构尺寸大,线路及杆塔高度大幅度地提高。受高等级线路运行电压等因素影响,输电线路的引雷能力增大,导致输电线路被雷电击中的概率大大提高,所以,对超(特)高压输电线路进行防雷研究是超(特)高压输电线路设计的一项重要工作。由于超(特)高压输电线路结构尺寸增加,线路、杆塔波阻抗分布、计算及雷电暂态响应特性更为复杂,为了更进一步研究超(特)高压输电线路的反击耐雷性能,必须重新建立符合超(特)高压输电线路特点的反击耐雷性能研究模型。
2超(特)高压输电线路反击耐雷性能计算方法
2.1行波法
行波法将杆塔的各段视为线路段,并将线路段视为分布参数,把分布参数的线段化成集中参数模型,然后再用集中参数电路的节点分析方法求出杆塔各节点电压,得出绝缘子串的电位差随时间的变化过程,并与其伏秒特性进行比较,判断绝缘子串是否闪络。计算过程反映了雷电波在杆塔上的传播过程,以及反射波对杆塔各节点电位的影响。行波法是从线路的贝杰龙数学模型得到的,所以又称为贝杰龙法。利用行波法分析线路反击耐雷性能时,杆塔波阻抗的正确选取非常重要,选择不当将产生较大误差,我国规程推荐的铁塔波阻抗为150Ω,杆塔电感为0.5μH/m,相应的波速为300m/μs。国内外实测的波阻抗和波速一般小于上述值,不同形状的铁塔的波阻抗和波速也不相同,日本甚至对一个铁塔的不同部位采用不同的波阻抗。
2.2蒙特卡洛法
蒙特卡洛法又称统计模拟法或统计试验法,它利用数学方法产生各种不同分布的随机变量抽样序列来模拟给定问题的概率统计模型,然后给出问题数值解的渐进统计估计值。其原理是由计算机产生代表雷电流幅值、波前长度等统计量,计算线路耐雷性,验算和确定线路绝缘水平,校验防雷措施的性能。1962年,我国利用概率论方法,提出了考虑雷电流幅值和陡度2个随机变量的线路雷击跳闸率计算方法。用这种分析法计算危险参数曲线和跳闸率,与某一固定陡度计算耐雷水平和跳闸率相比,更符合实际,尤其适用于高杆塔线路和超高压线路。由于防雷计算中很多参数的变化是随机的,用蒙特卡洛法的优点是可以产生随机参数来模拟实际雷电流、雷击部位、线电压等,缺点是雷击中部位的闪络判据难找。
2.3故障树法
故障树法囊括了送电线路雷击跳闸这个故障命题中的基本事件、自然事件、控制事件和必然事件等全部可能性因果关系。故障树法分析解决定性问题是显而易见的,且考虑因素较为全面,但一个显著的缺点就是不能进行定量计算,对待任何情况下的跳闸都只能作为定性问题来解决。
3超(特)高压输电线路绕击耐雷性能计算方法
3.1经典电气几何模型
电气几何模型(electricgeometrymethod,EGM)是将雷电的放电特性与线路的结构尺寸联系起来而建立的一种几何分析计算模型,其基本原理为：由雷云向地面发展的先导放电通道头部到达被击物体的临界击穿距离(以下简称击距)以前,击中点是不确定的,先到达哪个物体的击距之内,即向该物体放电。击距仅同雷电流幅值有关,而与其他因素无关;先导对杆塔、避雷线、导线的击距相等。
3.2改进电气几何模型
Eriksson针对经典电气几何模型计算方法的不足,提出了一个改进的电气几何模型。Eriksson的模型主要考虑了结构物高度对输电线路雷电绕击的影响,并引入了吸引距离的基本概念。Eriksson的改进模型认为：当下行雷电先导进入结构物的吸引半径时,结构物上产生的上行先导将对下行雷电先导进行拦截而发生雷击，吸引半径与雷电流幅值和结构物高度直接相关。下行雷电先导可从不同的角度靠近结构物,但是一旦超出结构物的吸引半径,雷电先导将直接击向地面。
Eriksson的改进电气几何模型同经典电气几何模型的区别之处主要在于：考虑了结构物高度对其引雷效果的影响，使分析更接近实际。但该方法也存在一些不完善之处,如:如何准确说明吸引距离同击距2个概念的区别，其分析计算结果同线路的实际运行结果是否吻合，吸引距离同结构物高度的关系是否准确等,都有待于实践的进一步检验。
3.3输电线路雷电绕击的先导发展模型
DelleraL和GarbagnatiE基于自然雷电放电过程和长空气间隙放电过程的相似性,提出了输电线路雷电绕击的先导发展模型。Rizk在实验研究的基础上,进一步对输电线路雷电绕击的先导发展模型进行更为系统的描述,阐述了输电线路雷电绕击导线的整个过程,并对该过程进行了初步定量描述。该模型认为：雷击是由于下行雷电先导和产生于结构物上的上行先导的相遇而发生的,并引入侧面距离和屏蔽失效2个参数,这2个参数都是雷电流幅值和结构物高度的函数。
3.4输电线路绕击概率模型
研究人员在输电线路绕击模拟试验研究的基础上,考虑了雷电绕击分散性,提出了输电线路的雷电绕击概率模型。模拟试验采用ZM1-39型杆塔,比例尺为143：1和20：1。模拟试验根据雷电放电与长空气间隙放电物理过程的相似性,采用棒-板间隙结构模拟雷击过程的最后阶段,利用长棒上电极来模拟接近最后跃变的雷电下行先导;当放电间隙尺寸较小时,模拟试验会夸大棒形物和线形物的引雷能力,而当间隙尺寸大于1m时,棒形物和线形物的引雷能力与运行观测所推算的击距系数比较接近。从试验结果可知,定位于输电线路旁同一位置的下行雷先导,将随机击中地线、导线和大地;绕击概率与下行先导在空间的定位位置有关,可分别用绕击概率空间分布曲线来表达。每一绕击概率空间分布曲线可以分为2段,当上电极定位于曲线的上段时,放电主要对地线或导线两者之一发生,而当上电极定位于曲线的下段时,放电主要对导线或大地两者之一发生。
该模型可以计算任意结构参数的输电线路旁定位空间的绕击概率分布情况,较好地说明了经典电气几何法难以解释的现场事故原因。但是,该模型是建立在实验室模拟试验的基础上,雷击与长间隙放电的物理过程还是存在不同之处：物理过程的不同;表征双方的参数在量上的不同,这是由空间尺度不同引起的。实验室内长间隙放电中先导发展不充分,故存在一个比例尺寸的问题。因此,用长间隙放电来模拟雷击放电,缺乏明确的统一比例,而且流注转变为先导具有统计性,如何划分其界限还有待深入研究。
4结论
对于同一条输电线路的耐雷性能分析,不同的方法计算结果差别较大,究其根本原因是雷击放电具有随机性和分散性。目前对雷击线路物理过程的描述还不够清晰,许多模型都是建立在一定的假设和模拟实验基础上,与实际情况有一定的区别,因此,今后的研究工作应该放在雷击线路的传播过程和机理上,得出更合理的计算模型和方法。
参考文献：
[1]李建标.雷电先导分形模型及线路耐雷性能评估方法的研究[D].重庆大学,2012.12（24）120-124
[2]伏进.特高压直流输电线路耐雷性能分析方法研究[D].重庆大学,2009.12（24）114-117
[3]王婷婷.超/特高压输电线路雷电屏蔽性能方法研究[D].重庆大学,2013.12（24）158-162
[4]徐开仁.±800kV特高压直流输电线路综合耐雷性能研究[D].广西大学,2013.12（24）108-114