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山区500kV紧凑型交流输电线路绕击耐雷性能研究

摘要

本研究聚焦山区500kV紧凑型交流输电线路的绕击耐雷性能。通过分析山区特殊的地形地貌、气象条件对雷电活动的影响，结合紧凑型输电线路的结构特点，深入探讨绕击发生机理。运用电磁暂态仿真软件构建线路模型，模拟不同雷电参数下的绕击过程，并结合现场试验数据，分析绕击跳闸率等关键指标。研究结果为优化山区500kV紧凑型输电线路防雷措施、提升线路运行可靠性提供理论依据与技术支持。

一、引言

随着我国电力需求的持续增长，500kV紧凑型交流输电线路因其能有效提高输电走廊利用率、增大传输容量等优势，在山区电网建设中得到广泛应用。然而，山区复杂的地形地貌和多变的气象条件，使得雷电活动频繁且特性复杂，输电线路遭受雷击的概率大幅增加。绕击作为导致输电线路跳闸的重要原因之一，严重威胁着山区500kV紧凑型输电线路的安全稳定运行。因此，深入研究山区500kV紧凑型交流输电线路绕击耐雷性能，对保障山区电网可靠供电具有重要的现实意义。

二、山区雷电活动与紧凑型线路特点分析

2.1山区雷电活动特性

山区地形起伏较大，山峰高耸，易形成独特的局地气象条件，使得雷电活动相较于平原地区更为频繁。研究表明，山区的雷暴日数通常高于周边平原地区[1]。同时，山区的地形地貌会改变雷电的发展路径和落雷分布。例如，高耸的山峰容易吸引雷电，成为雷电活动的高发区域；山谷地区由于气流的特殊运动，也可能增加雷电发生的概率。此外，山区复杂的气象条件，如强对流天气、湿度变化等，也会对雷电参数产生影响，导致山区雷电的雷电流幅值、陡度等参数具有更大的分散性。

2.2500kV紧凑型输电线路结构特点

500kV紧凑型输电线路通过优化导线排列方式，减小了相间距离，增加了单位走廊的输电容量。其通常采用同塔多回、紧凑型杆塔结构，导线呈三角或垂直排列，且相导线采用多分裂形式。这种结构特点虽然提高了线路的输电效率，但也使得线路的电场分布更加复杂，绝缘子串承受的工作电压更高，降低了线路的绝缘裕度。同时，紧凑型线路较小的相间距离和避雷线保护角，使得线路在遭受雷击时，更容易发生绕击现象。

三、绕击发生机理与影响因素

3.1绕击发生机理

绕击是指雷电绕过避雷线直接击中导线的现象。当雷电先导临近线路时，其头部的电场与线路及避雷线产生的电场相互作用。如果避雷线对导线的屏蔽作用不足，雷电先导就可能突破避雷线的屏蔽范围，击中导线。在山区，由于地形的影响，雷电先导的发展路径会发生扭曲，使得避雷线的屏蔽效果进一步降低，从而增加了绕击发生的概率。

3.2绕击影响因素

地形因素：山区的坡度、坡向等地形因素会改变雷电先导与线路之间的相对位置关系。当线路位于山坡上时，避雷线对导线的屏蔽效果会随着坡度的增加而减弱，绕击概率增大。此外，山谷地形中，气流的特殊运动可能导致雷电先导的发展方向发生偏移，增加绕击的可能性。

气象因素：雷暴天气中的风速、风向等气象条件对雷电先导的发展具有重要影响。强风可能使雷电先导发生偏移，改变其与线路的相对位置，降低避雷线的屏蔽效果。同时，湿度、温度等气象参数也会影响空气的电气性能，进而影响雷电的发展和绕击的发生。

线路结构参数：避雷线保护角、导线高度、相间距离等线路结构参数直接影响线路的绕击性能。较小的避雷线保护角和较低的导线高度有利于提高避雷线的屏蔽效果，降低绕击概率；而相间距离过小则会使线路电场分布更加复杂，增加绕击的风险。

四、研究方法

4.1电磁暂态仿真

运用电磁暂态仿真软件（如ATP-EMTP、PSCAD/EMTDC等），根据山区500kV紧凑型输电线路的实际参数，构建精确的线路模型。模型包括导线、避雷线、杆塔、绝缘子串等元件，并考虑土壤电阻率、地形地貌等因素的影响。通过设置不同的雷电参数（如雷电流幅值、波形、入射角等），模拟雷电绕击线路的过程，分析线路的过电压、过电流特性以及绝缘子串的闪络情况，计算绕击跳闸率。

4.2现场试验

在山区选择具有代表性的500kV紧凑型输电线路区段，安装雷电监测装置，如雷电定位系统、线路绝缘子泄漏电流监测装置等，实时监测线路的雷电活动情况。通过对现场试验数据的分析，获取实际运行中线路的绕击次数、绕击跳闸次数等关键数据，验证仿真结果的准确性，并为进一步优化仿真模型提供依据。

五、仿真与试验结果分析

5.1仿真结果分析

通过电磁暂态仿真，得到不同雷电参数下山区500kV紧凑型输电线路的绕击过电压、过电流波形及绕击跳闸率。结果表明，随着雷电流幅值的增大，线路的绕击过电压和过电流显著增加，绕击跳闸率也随之升高。当雷电流幅值达到一定值时，绝缘子串极易发生闪络，导致线路跳闸。同时，仿真结果还显示，避雷线保护角的减小能有效降低绕击跳闸率，在一定范围内，保护角每减小1