架空输电线路雷电电气几何模型的优化分析

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1、架空输电线路雷电电气几何模型的优化分析摘要：绕击率的计算是架空输电线路防雷性能评估中的重要内容。本文采用电气几何模型（EGM）计算雷电绕击率，重点阐述了计算模型中关键因素的处理方法，指出其他处理方法的优缺点，并给出优化措施。计算结果与实际线路运行情况的对比表明，该推荐方法可以较为准确的计算架空输电线路的绕击率。关键词：架空输电线路；绕击；电气几何模型中图分类号：TM862文献标识码：A引言国内外运行经验表明，雷电是造成架空输电线路跳闸的主要原因。国际大电网会议公布的美国、前苏联等12个国家的电压275kV～500kV总长为32700km。输电线路连续三年的运

2、行资料反映，雷击故障占60%。日本电力系统事故中由雷击输电线路造成的占50%。我国输电线路故障中，雷击也占很大比例，如2003年我国110kV～500kV线路雷击闪络跳闸占线路总跳闸的35.12%。因此，加强架空输电线路防雷设计尤为重要。8在架空输电线路雷电闪络率计算中，一般分为绕击率计算和反击率计算。绕击率的计算模型主要有两种：电气几何模型（EGM）和先导传播模型（LPM）。LPM计算所采用的参数存在争议，计算结果也有较大的差异。目前，我国绕击率的计算以EGM为主。同时，雷电是一种复杂的自然现象。防雷设计中许多参数都具有不确定性。例如雷电流的波形，幅值分散

3、性很大；不同的地质条件的杆塔接地电阻，差异很大，同时随着时间的推移而发生变化；地域的雷电日或者落雷密度也是在统计意义上的平均值。这些因素都增加了防雷设计中的不确定性。在雷击闪络率的计算中，必须考虑这些因素。因此，防雷设计中应将理论计算与运行经验结合起来，提出防雷的有效措施，以减少雷击跳闸率，提高线路运行的可靠性。1电气几何模型电气几何模型的基本原理为：由雷云向地面发展的先导头部到达距被击物体临界击穿距离（简称击距）的位置以前，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；击距同雷电流幅值有关。本文重点论述电气几何模型中对计算结果影响较大或存在争

4、议因素的处理方法。1.1导线电压导线由于自身具有一定的电压，尤其在超高压、特高压线路中，导线本身电压可能很高，在击距计算中必须考虑。中国电力科学院根据负极长间隙放电电压与击距的关系，指出导线击距公式为：8（1）Vdc为导线工作电压，对于负电压取正值，正电压取负值。这是根据大部分雷电均为负极性得到的。1.2屏蔽率计算以往的电气几何模型中，屏蔽率的计算是以暴露弧长在地面的投影来计算的，这样当采用负保护角时，绕击率便为零。从日本特高压输电线路运行中拍摄到的雷击照片得知，有雷电先导侧向击中导线的情况发生。从雷电的先导模型可知，雷电的发展是个相当复杂的过程，暴露在雷电

5、发展范围的物体都有可能被雷电击中。采用暴露弧长比计算屏蔽率更加近似物理模型。因此，推荐采用暴露弧长比计算屏蔽率。1.3同塔双回或多回绕击率计算对于同塔双回或者多回输电线路绕击率的计算，目前有两种不同的考虑方法：（1）分别作出各个导线和地线的击距圆，以暴露导线总的暴露弧长与地线和导线弧长和的比值作为绕击率。8（2）不考虑导线间互相的屏蔽效应，分别以每根导线和地线之间的几何位置关系，计算绕击闪络率，取最大值作为线路的绕击闪络率。这种方法主要是基于以下两个事实：①只要一根导线发生绕击闪络，即认为整个线路发生绕击闪络，导线间的互相屏蔽作用对整个线路的绕击闪络率影响很

6、小；②这种处理方式得到的绕击率与第一种方法比较相差不大，但是实现起来要简单的多。推荐第二种方法。1.4雷电入射角国内有些学者认为在计算雷电绕击率时，要考虑雷电的入射角，并推荐入射角度分布函数。这种处理方式存在以下问题：（1）根据雷电先导模型的研究成果，雷电通道在向下发展过程中其发展方向具有一定的随机性，从统计的规律来看，雷电通道总是趋于沿电场最大的方向发展。因此，雷电入射角概念本身并没有物理过程上的依据。（2）来源自参考文献[2]。这篇文章是针对日本西海岸冬季雷电观测数据的分析，有两个特殊之处：①观测对象不仅只针对输电线路杆塔，还有微波通信塔，起重机等。在文

7、章结论中，作者也指出目前得到的结果多针对高建筑物，是否适用于输电线路，尚无法给出肯定意见。②由于观测点靠近海洋，云层多在几百米左右，雷电多由高塔的上行先导产生。对于我国大部分地区的雷电，不符合这个特点。基于以上分析，在雷电绕击中考虑雷电入射角的观点是错误的。至少在观测数据比较少的情况下，没有必要做这样的处理。1.5后继雷电流AnderonR.B.和Eriksson在《Lightingparametersfor8engineeringapplication》指出：雷电在发展中经常存在，沿同一通道多次击中地面物体的情况，而且后继的雷电流的大小与先导雷电流无关，存

8、在后继雷电流超过先导雷电流的情况。因此，IEEEst