输电线路灾害机理研究进展

李磊

摘 要：在输电线路的运行过程中，由于其地域跨度较大，容易受到恶劣环境的影响，造成输电线路发生故障。能够对输电线路造成影响的因素包括雷击灾害、覆冰灾害以及台风灾害等，只有对这些自然灾害造成输电线路故障的机理进行深入的研究，才能有效地提高输电线路故障防治水平，保证线路的正常运行。本文将对输电线路灾害的机理进行分析，总结自然灾害造成输电线路故障机理研究进展，为提高输电线路故障防治水平提供有价值的参考。

关键词：输电线路；灾害机理；研究进展

中图分类号：TM75 文献标志码：A

0 引言

在电力系统中，输电线路能够将发电站、变电站以及负荷点连接在一起，是电力输送过程中的关键环节。由于输电线路大部分处于野外环境中，经常会受到恶劣气候条件的影响，包括雷击、覆冰以及台风等，受到这些自然灾害的影响，输电线路容易出现故障，影响电力系统的正常运行。因此，我们必须对输电线路灾害机理进行深入的研究，并根据这些灾害机理采取有效的防治措施，降低自然灾害对输电线路的影响，提高电力系统的安全性与可靠性。

1 雷击灾害

1.1 雷击灾害原因及危害

输电线路雷击灾害的原因是雷电在击中输电线路的塔杆后，会形成放电通道，雷电过电压会造成输电线路的绝缘被击穿。雷电灾害是影响输电线路安全的主要因素，放电过程中会释放较高的能量，形成几百万伏的电压，瞬间电流强度则高达几千安，并且产生大量的机械效应、热效应以及电磁效应。输电线路被击中后，冲击电流会产生高幅值冲击电压波，造成设备的绝缘性能被破坏，并且同时造成进驻导线等物体被高温熔断，带来巨大的损失。由于输电线路的跨度较大，受到雷击后的故障点无法快速确定，线路故障处理难度较大。

1.2 雷击灾害机理研究进展

在雷击灾害中，直击雷是造成输电线路跳闸的主要原因。直击雷可分为两种形式，分别为反击与绕击，目前雷电绕击是引发输电线路雷击事故的主要原因。

1.2.1 雷电屏蔽试验

输电线路受到雷击后，就会造成雷电屏蔽失效，导致跳闸，这种现象在山区更加突出，所以，我们需要对此采取有效的屏蔽措施。在进行雷电屏蔽试验时，可以采用模拟实验与仿真试验两种试验，其中模拟试验是雷电防护研究的主要方式。在研究过程中，我们可以采用各种比例的线路模型来完成空间绕击屏蔽模拟试验，对影响绕击的各类因素进行分析，例如导线的电压、接地方式、对地电阻、输电线路地形、保护角以及非垂直落雷等。在进行研究时，为了提高线路防雷性评估的科学性，可以进行仿真试验，但是，在进行这类试验时必须重点考虑长间隙放电机理与雷击物理过程，如果不同雷击过程描述所采用的模型和方法不同，就会造成结果存在较大差异。

1.2.2 雷击故障的识别

在对输电线路进行防雷设计的过程中，必须准确识别出雷电过电压类型，才能做好线路防雷设计。因此，我们需要对反击故障与绕击故障进行快速准确的识别，对输电线路的耐雷性能进行评价，发现线路中最薄弱的环节采取有效的防护措施。目前采用的雷击故障识别方法主要有基于小波变换的特高压直流输电线路雷电绕击与反击故障的识别方法，以及通过构造形态谱特征量，建立雷电过电压的智能分类器进行识别。

1.3 雷击灾害机理研究趋势

首先，随着雷电观测技术的发展，人们逐渐掌握了雷电的特征参数以及活动规律等，在未来的雷电观测中，为了能够为雷电预警提供更加准确的数据，需要不断提高对弱信号的检测能力以及测量精度等。其次，高能射线和逃逸电子的观测改变了我们对雷电放电机理的认识，高能射线和逃逸电子机理以及其在雷电中的作用值得我们深入研究。再次，雷击相关接地领域的研究也是未来雷击灾害机理研究的重点内容，其中包括接地装置冲击特性，土壤特性的时频变特性以及接地体结构设计等，土壤时频变特性是研究的热点，综合考虑土壤的非线性时频变特性，有利于建立接地装置暂态计算模型。第四，目前我们对雷电的起始，先导梯级发展以及连接过程的认识相对有限，需要进行参数观测、机理分析和理论建模等方面的研究。第五，对上行雷的研究不断升温，对高层结构上行雷的观测与分析以及超、特高压线路上行先导观测与参数获取等将会受到更多的关注。

2 台风灾害

2.1 台风灾害原因及危害

在台风放生时，输电线路受到强风的影响主要体现在以下几个方面：首先，受到台风的影响，导线与地线会出现舞动现象，严重时会造成断线或倒塌故障。其次，在强风的作用下，输电线路中的导线与铁塔之间，导线与导线之间的空气间隙距离会减小，如果间隙距离的电气强度无法承受系统最高运行电压，就可能会出现击穿放电，就是风偏闪络故障。输电线路在发生风偏后，会造成闪络、跳闸、停运等故障，尤其是500kV及以上电压等级的输电线路，如果线路中出现风偏闪络故障，就会影响电力系统的正常运行，无法保证电力的正常供应。输电线路的风偏现象不仅会造成电气破坏，而且会导致铁塔、绝缘子串、金具、以及横担等设施受到机械破坏，严重时会引发输电线路中的铁塔倒塌等事故。与输电线路受到其他自然灾害的影响而发生跳闸故障相比，风偏现象引起的跳闸复合成功率不高，如果出现风偏跳闸故障，就会有很大概率造成输电线路无法正常运行，严重影响输电线路的正常运行，需要采取安装阻尼线、防振锤、护线条以及分裂根数等方式来提升输电线路的抗风偏性能。

2.2 台风灾害研究进展

风偏跳闸严重地威胁到电网的安全运行，我们可以通过安装防振锤、阻尼线、护线条、分裂根数等措施来增强线路的抗风偏能力。对于风偏的研究，主要集中在风偏角计算及预测、风速风压不均匀系数、风向与导线轴向夹角以及风压高度变化系数等对风偏角的影响。首先，风偏静态特性研究。风偏静态特性通常不考虑动态载荷对风偏的瞬时影响，研究时只考虑在静态平衡状态下的风偏状态。其次，风偏动态特性研究。风偏动态特性则需要考虑到载荷对风偏的瞬时影响，这种研究更加贴近输电线路的实际运行状态，但获取相关气象动态数据的难度较大。

2.3 台风灾害机理研究趋势

在我国大部分的输电线路设计中，最大风速最小值的规定没有考虑到瞬时风速对其造成的影响，是造成输电线路抵御台风能力较差的主要原因。目前我国最新的设计规范已经修订了与风偏设计相关的参数，但是，这些参数仍然需要根据线路实际的运行状态进行不断的优化。与此同时，我们还需要强化对气象资料的观测以及收集工作，积极应用风偏在线监测技术，不断积累线路运行资料，通过运行资料为相关参数确定合理的取值范围，为输电线路风偏设计提供有价值的参考。此外，还要对输电线路中发生的风偏闪络故障进行统计与分析，从这些故障中发现线路中存在的问题，并找出故障发生规律，制定针对性的改善措施，有效地减少线路风偏闪络故障的发生，保证线路运行的安全性。

结语

總而言之，在电力系统中，输电线路是最重要的组成部分，在其运行过程中，经常会受到雷击、覆冰以及台风等自然灾害的影响，造成导线与设备出现故障或损坏，不但影响线路的正常运行，而且会带来严重的经济损失。因此，我们需要对输电线路灾害机理进行深入的研究，并根据灾害机理制定针对性的输电线路灾害防治方法，有效地降低自然灾害对输电线路的影响，提高输电线路的安全性与稳定性。

参考文献

[1]朱永灿，黄新波，贾建援，等.输电导线覆冰生长及影响因素数值分析模型[J].西安交通大学学报，2015，49（7）：120-125.

[2]黄新波，刘磊，宋栓军，等.输电线路塔线体系动力学研究[J].机械强度，2015，179（3）：567-571.

[3]胡毅，刘凯，吴田，等.输电线路运行安全影响因素分析及防治措施[J].高电压技术，2014，40（11）：3491-3499.