雷击高压输电线路对邻近输气管道的电磁影响

陈华明

【摘 要】目前，随着我国社会经济的迅猛发展，国内的能源需求量也随之增大，比如天然气的使用，为了将天然气输送到各大城市，输气管道的敷设是必不可少的，但由于地理位置的限制，输气管道的敷设不可避免的与架设高压输电线路的走廊相冲突，因此，高压输电线路与输气管道近距离平行运行或交叉运行的情况越来越多。高耸的架空输电线路易于遭受雷击，当高压输电线路遭受雷击时，雷电流会沿着输电线路向两侧传播，并且在其周围产生强电磁场，电磁耦合效应会在线路走廊附近的输气金属管道上产生较高的感应电压，一旦感应电压值超过输气管道绝缘层的耐压冲击水平，管道的绝缘层就会被击穿，阴极保护设备损坏，严重时会造成管道漏气甚至爆炸等重大事故，危及人员安全。另一方面，雷电流会沿雷击点两侧的杆塔流入大地，造成大地电位上升，从而对输气管道产生阻性耦合作用。输气管道涂层的主要功能是防腐，其绝缘耐压水平并不会太高，当涂层被损坏后，金属管道会被进一步腐蚀。因此研究高压输电线路对邻近输气管道的电磁影响是非常有必要的。

【关键词】雷击高压；输电线路；邻近输气管道；电磁影响

引言

为研究雷击高压输电线路对邻近输气管道的电磁干扰问题，以220kV同塔双回输电线路下方并行输气管道为例，利用电磁暂态仿真软件ATP建立包含输电线路、杆塔、绝缘子、输气管道及其防护层的等效时域模型。综合考虑了雷击位置、雷电流幅值、水平间距、土壤电阻率、呼称高度、管径等因素对高压输电线路附近输气管道交流干扰的影响。

1我国雷击特高压输电线路现状

特高压线路在实际运行的过程中，由于工作的电压较高、杆塔和导线的高度较高，一旦出现雷电问题，将会导致非常严重的后果，因此在实际研究的过程中，需要对雷击特高压输电线路的雷电屏蔽性能展开数值模拟，确定雷击特高压输电线路中影响雷电性能的因素，进而制定相应的防雷措施，这种方式能够提升雷击特高压输电线路在实际应用中的雷电防护水平，进而保证我国雷击特高压输电线路的正常运行。在对雷击特高压输电线路雷电屏蔽性能展开评估的过程中，需要使用现场测验、模拟测验、理论分析以及建立仿真模型等手段，保证最终研究结果的有效性，目前应用的主要方法包括规程法、电气几何模型法以及先导模型法等。

在20世纪60年代之前，由于电力系统的电压较低，主要出现的雷电灾害为雷击塔杆以及避雷线产生反击过电压等，面对这种情况，人们在实际性能评估中，主要采用现场测验以及统计分析结果等方式进行。这种方法在实际应用过程中，使用方便，能应用在低压和单回线路的防雷设计中，但是并不能将各个线路的结构特点反应出来，因此不能确定导致线路雷电屏蔽失效的原因。电气几何模型能够将现场实际情况与理论相互结合，在此基础上建立相应的分析模型，该模型在实际应用的过程中，能够对杆塔保护地区以及地形等因素展开研究，利用EGM对50m以下的雷击特高压输电线路性能屏蔽影响因素展开研究。

2雷击高压输电线路对邻近输气管道的电磁影响

2.1雷电流的影响

为研究雷电流对输气管道上产生的电磁感应电压的影响，保持线路及杆塔的参数不变，只改变雷电流幅值，利用电磁暂态仿真软件ATP对雷电流为10、50、100、150kA时输气管道上产生的电磁感应电压进行仿真计算，因雷电流对雷击点位置处的输气管道段影响最大，所以选取0号杆塔附近的管道段进行仿真计算，当雷电流为10kA时，电磁感应电压为104.77kV，当雷电流上升到150kA时，输气管道上产生的瞬间感应电压达到1317.2kV，当雷电流从10kA到150kA时，输气管道上产生的感应电压从几百kV上升到几千kV，由此可知雷电流的大小对输气管道交流干扰的影响很大，当雷电流过大时，雷击点位置附近的输气管道可能会被瞬间击穿，引起火灾甚至爆炸事故的发生。当雷电流变大时，它在输电线路传输过程中产生的交变磁场也就越大，平行与输电线路敷设的输气管道上产生的瞬时感应电压就越大，对输气管道的交流干扰也就越明显。

2.2水平间距的影响

当220kV同塔双回输电线路与输气管道之间的水平间距发生变化时，保持线路及杆塔参数不变，利用电磁仿真软件ATP分别仿真计算出水平间距为30、60、90、120m时输气管道上产生的感应电压，随着水平间距的不断增大，输气管道上产生的雷电感应电压随之减小。随着水平距离的增大，雷电流所产生的交变磁场对输气管道的电磁影响减弱，所以输气管道上产生的感应过电压也随之减小。因此在高压输电线路架设与输气管道敷设时，要尽量避免高压输电线路与输气管道相距太近，增大两者之间的距离，不仅会使输电线路正常运行时对输气管道的交流干扰减小，也会使输电线路在发生接地故障或遭受雷击时对平行敷设的输气管道的电磁影响减弱，避免雷击点处的管道被瞬时的高电压击穿。

2.3土壤电阻率的影响

为研究敷设输气管道地段的土壤电阻率对输气管道交流干扰的影响，以与220kV同塔双回输电线路平行运行3km的输气管道为例，保证线路及杆塔参数不变，只改变土壤电阻率的大小，取土壤电阻率为200、400、600、800Ω/m，利用电磁暂态仿真软件ATP对100kA雷电流击中杆塔时输气管道上产生的感应电压进行仿真计算随着敷设输气管道地段的土壤电阻率增大，输气管道上产生的感应电压也随之增大。土壤电阻率的变化对输气管道交流干扰的影响并不太明显。

2.4管徑大小的影响

为研究输气管道的管径对输气管道上产生电磁感应电压的影响，文中对4种不同管径的输气管道进行了研究分析，以与220kV同塔双回输电线路平行运行3km的输气管道为例，保持线路及杆塔参数不变，利用电磁暂态仿真软件ATP分别对10、50、100、150kA的雷电流击中杆塔时输气管道上产生的电磁感应电压进行仿真计算，随着输气管道管径的增大，输气管道上产生的感应电压随之减小。在雷电流为100kA时，输气管道的外径从1219mm变成338mm，输气管道上产生的感应电压只增加了66.98kV，相对来说，输气管道的管径对输气管道交流干扰的影响并不明显。

2.5呼称高度的影响

为研究呼称高度对输气管道上产生的感应电压的影响，以与220kV同塔双回输电线路平行运行3km的输气管道为例，保持线路参数不变，只改变呼称的高度，取Δy为-3、0、3、6、9m，利用电磁暂态仿真软件ATP对100kA的雷电流击中杆塔时输气管道上产生的感应电压进行仿真计算，仿真结果见，在其他条件不变的情况下，随着呼称高度的增加，输气管道上产生的感应电压随之减小。当呼称高度增大时，雷电流产生的交变磁场对输气管道上的电磁影响减弱，因此输气管道上的感应电压减小。但总体来看，呼称高度的变化对输气管道的交流干扰影响并不是很大，在输气管道建设中，适当增大呼称高度，有利于输气管道的腐蚀防护。

结语

随着呼称高度的增大，输气管道上产生的电磁感应电压随之减小，但总体来说对输气管道的交流干扰影响并不明显。

参考文献：

[1]文艺.特高压交流输电线路绕击耐雷性能及其防雷措施研究[D].西华大学，2017.

[2]敬海兵.1000kV特高压交流输电线路防雷问题研究[D].西华大学，2017.

[3]贺恒鑫.超/特高压输电线路雷电屏蔽性能三维先导仿真模型研究[D].华中科技大学，2017.

（作者身份证号码：420984199008054413）