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1、架空输电线路雷电绕击与反击的识别摘要：输电线路是电力系统的重要组成部分。运行经验表明，由雷击引起的 线路跳闸在线路故障总数中占较大比例，因此加强输电线路的雷电防护对保证电 力系统安全稳定运行有重要意义。雷电绕击和反击所采取的防护手段不同：反击 主要靠提高线路绝缘水平、降低杆塔接地电阻来提高耐雷水平，而绕击主要靠改 进线路保护角等方式来降低绕击率。对雷击故障类型进行辨识可以为防雷设计提 供依据，有针对性地采取防雷措施，可提高线路防雷水平。目前，已有学者针对 雷击故障识别开展了相关研究，取得了一定成果。关键词：架空输电线路，雷电，绕击引言：雷击对输电线路的威胁包括直击、绕击、反击等，基于此，本文重
2、点 分析了架空输电线路雷电绕击与反击的识别。一、雷电绕击、反击输电线路雷击事故由雷电流绕击线路或反击造成。由于引起线路绕击、反击 机理不同,其防护措施也完全不同。绕击与雷电流幅值及避雷线保护角有关反击 与杆塔地网电阻及雷电流幅值、雷电流最大陡度有关。而输电线路雷电绕击与反 击事故的鉴别问题,成为了电力系统研究的焦点问题。当前，判别绕击方法为：若绝缘子裙底有沟槽的一面烧伤比裙面无沟槽的 一面更严重,则认为雷击放电由导线向横担闪络。基杆塔的顶相闪络或相邻两 基杆塔的顶相闪络；相邻两基杆塔同一相绝缘子发生闪络。杆塔接地电阻小， 即耐雷水平高的线路发生多相闪络。山区线路或山头高杆塔线路发生一基中相 或
3、底相闪络。雷击线路闪络，若线路两侧的变电站母线避雷器均未动作,则可认 为绕击引起（若线路一侧或两侧避雷器动作,则一般为强大雷电流造成反击冲击波 传至变电站所致）。由于人为因素影响及绝缘闪络痕迹的复杂性、多样性,就造成了判定的偏差 率大。因此迫切需一种科学、可靠、简便、直观的检测方法。二、输电线路雷击电磁暂态仿真1、输电线路电磁暂态仿真模型。本文所使用的雷电监测系统在杆塔四个塔 脚装设 Rogowski 线圈，通过专门模块连接，以获得总入地电流。非接触式过电 压传感器安装在靠近绝缘子的横担上，用于测量绝缘子串电位差。基于EMTP-ATP软件，建立110kV输电线路仿真模型，模拟了雷电反击及绕 击
4、时绝缘子串两端电位差与杆塔入地电流。考虑到输电线路频变特性，线路采用 Jmarti频变模型。为模拟雷电波在输电线路中的传播特性，模型中设置7基 110JG3干字型转角塔，档距350m，采用LGJ-240钢芯铝绞线，全线架设2回GJ- 50避雷线。线路首端与电源相连，末端通过匹配阻抗接地，以消除线路末端的折 反射效应。绝缘子采用压控开关模型，当绝缘子两端电位差超过其冲击闪络电压 的50%时，绝缘子闪络。雷电流选用2.6/50.让双指数波，雷电通道波阻抗为 300Q。杆塔采用多波阻抗模型模拟雷电波在杆塔传播时的折反射影响。此外， 在模拟计算中，雷击点设置在线路中央杆塔和距其2个档距外杆塔。2、雷电
5、反击仿真。对被击杆塔绝缘子串两端的过电压波形和杆塔入地电流 进行仿真计算，无闪络与闪络情况下，幅值分别为30kA、60kA，雷电流为负极性。发生反击时，三相电压急剧增加，绝缘子导线侧电位比杆塔侧高；杆塔入地 电流在短时间内迅速增加。当绝缘子串发生闪络时，闪络相绝缘子串两端电位差 降为 0，未故障相与故障相耦合干扰，产生短时高频振荡。绝缘子串闪络后，杆 塔入地电流突然下降，这是由于雷电流向导线泄放导致杆塔入地电流分流造成的。雷击点距设为本基杆塔2个档距，雷电流为负极性，幅值为30kA、60kA，对 应绝缘子未闪络及闪络情况。在过电压波传到本基杆塔前，绝缘子串从导线侧到杆塔侧的工频电压。雷电 波侵
6、入时，电压迅速上升，但幅度较低，绝缘子导线侧对地电位高于杆塔侧。三 相电压波形在波尾处振荡较大，这是因线路分为若干小段，杆塔采用多波阻抗模 型，过电压波在线路和杆塔传播中发生多次折反射造成。当2个档距外杆塔C相 绝缘子串发生闪络时，雷电流直接注入导线，导线电位绝对值急剧上升，过电压 波通过导线传输到本基杆塔，本基杆塔 C 相绝缘子串导线侧电位绝对值迅速增加 绝缘子串两端的电位差反向，闪络相过电压幅值远高于未闪络相。雷电暂态过程 结束时，C相绝缘子电位差近似于0。3、雷电绕击仿真。对雷击点位于本基杆塔和 2 个档距外杆塔进行仿真计算， 负极性雷击，幅值为3kA、9kA，分别对应于绝缘子串未闪络与
7、闪络情况。雷电击中本基杆塔A相导线，A相绝缘子上电压骤升，B、C相与A相过电压 耦合，电压升高，出现短时高频振荡，绝缘子串导线侧电位低于杆塔侧。A相绝 缘子串闪络后，电位差降至 0，表现为接地故障。闪络后，雷电流直接注入杆塔， 杆塔入地电流比闪络前耦合电流大幅增加，但入地电流方向不变。此外，当雷击 点位于 2 个档距外时，本基杆塔获得的波形与雷击点位于本基杆塔时相似。三、仿真中的若干问题1、感应过电压。在主放电过程中，放电通道周围的空间会产生一个强脉冲 磁场，磁场中的输电导线会感应出与雷电流极性相反的过电压。本文未对这一过 程进行仿真，但不影响识别标准的准确性，其原因为：1）感应过电压对导线电
8、位有影响：当感应分量绝对值大于耦合分量绝对值时， 导线电位为正。此时，杆塔有负雷电流流过其电位为负；当负耦合分量影响大于 正感应分量或无感应分量时，导线电位为负，然而，此时流经杆塔的雷电流幅值 高，使杆塔侧电位远低于导体侧，且方向保持不变。可见，感应过电压不影响电 位差方向，也就是说，它对识别判据无影响。2）国外学者普遍认为，雷击杆塔时，导线上的静电感应电压相对较小，可忽 略不计。国内学者提出，雷击杆塔时，雷电流直接通过架空线及杆塔，雷电流对 导线上感应电压的影响通过导线间耦合反映出来，若将雷电通道中电流的电磁感 应电压分量包括在内，将导致重复计算雷电能量。因此，在模拟中忽略感应过电 压符合实
9、际情况。2、行波传输中的折反射。在输电线路仿真模型中，多基杆塔将线路分为多 段，杆塔采用多波阻抗模型，雷电波会在节点处多次折反射，导致导线电压及杆 塔电流波形发生振荡。本文提出的方向判据基于波形和时间轴所包围的区域，波 形的振荡会影响区域的极性。为避免折反射波影响，计算面积时只取波前的前 1.5s，仿真结果表明了该方法的可行性及有效性。3、冲击电晕。雷电冲击波的幅值高，会在导线上产生强烈的冲击电晕，导 致雷电波传播中波形畸变及幅值衰减，考虑到本文提出的方向特征量只与波形和 时间轴所包围的区域面积有关，而不关注波形形态细节，所以冲击电晕不影响所 提方法的最终识别效果。四、结论1 、当绕击或反击时
10、，绝缘子串电位差方向不同，结合杆塔入地电流的极性， 能在在不受雷电流极性影响下判别绕击和反击。2、本基杆塔绝缘子串闪络时，绝缘子串电位差迅速降至 0。当雷电暂态过程 结束时，相邻杆塔绝缘子串电位差也降至 0。因此，可判断闪络是发生在本基杆 塔还是相邻杆塔。相邻杆塔反击闪络前后，本基杆塔同相绝缘子两端的电位差方 向发生变化，能用来判断相邻杆塔是否发生反击闪络。3 、本文提出的方法引入了两组特征信号：绝缘子串电位差、杆塔入地电流， 共同反映了雷击物理过程，物理概念清晰直观，大量电磁暂态仿真表明，该方法 能正确识别故障和无故障情况下的绕击及反击，且不受故障工况影响。参考文献：1戴斌架空输电线路雷电过电压识别J.高电压技术，2015(03).2杜林架空输电线路雷电绕击与反击的识别J.高电压技术，2014(09).
架空输电线路雷电绕击与反击的识别
