输电线路雷击仿真模型分析

摘 要 为提高输电线路对雷击的防护能力，本文主要对雷击仿真模型进行了分析。文章首先从环境、线路以及避雷三方面出发，总结了输电线路雷击原因。其次，建立了雷电、线路，以及杆塔与绝缘仿真模型，希望能够为有关人员提供参考，达到提高输电线路运行安全性的目的。

关键词 输电线路;雷击;仿真模型

前言

近些年来，我国电力领域发展速度不断加快，输电线路的覆盖规模不断加大，运行维护难度同样有所提升。雷击风险，属于输电线路运行过程中存在的主要风险，如未对其进行预防，容易导致线路发生故障，严重甚至会对居民的生命与财产安全造成损失。建立输电线路雷击仿真模型，能够为上述问题的解决奠定基础，因此有必要对其进行研究。

1输电线路雷击原因

（1）环境因素。环境因素是导致输电线路发生雷击风险的主要原因之一，雷击的发生，则是导致线路出现故障的重要诱发因素。通常情况下，输电线路故障的大小以及严重程度，与线路所在当地雷电的活动强度与次数存在密切联系。例如：部分输电线路运行区域处于郊区，周围存在大量工厂（如：水泥、煤矿等），工厂运行的过程，将排放大量废气、废水，造成环境污染，导致输电线路周围大气中存在大量粉尘以及颗粒物。发生雷击后，上述污染物会成为导体，加重雷击的危害，导致线路故障扩大化。

（2）线路因素。耐雷效果，属于电力领域用于评价输电线路性能的主要因素之一，指的是线路能够承受的雷击的程度。影响该因素的指标，存在较多种。电阻值、线路高度，以及绝缘子串情况，均为重要指标。为预防雷击，输电线路建设的过程中，通常会采取避雷措施。但部分工程考虑到经济因素，对上述措施重视程度不足，避雷线架设效果差，或未架设避雷线，则雷击故障的发生率将明显提升。

（3）避雷因素。实践经验显示，输电线路发生雷击风险时，雷击的部位一般处于避雷线以及杆塔两大区域，其中杆塔顶部发生这一风险的概率最高。发生雷击后，电流将沿杆塔进入大地，导致绝缘子闪络等现象出现，最终致使过电压等故障发生。上述故障出现后，线路将出现跳闸，导致用户难以正常使用电力资源。

2输电线路雷击仿真模型

（1）雷电模型。建立雷电模型，能够帮助电力领域的工作人员了解雷电特性，从而根据其特性，拟定雷击预防方案[1]。实践经验显示，雷击的过程中，往往伴随着放电，而放电的过程，通常具有不确定性，且具有随机性。在建立雷电模型的过程中，需要充分考虑到上述问题。另外，由于输电线路运行环境较为复杂，部分区域地形起伏较大，地质环境同样存在差异，因此，在实际建立雷电模型的过程中，对数据的测量通常存在误差，数据具有分散性强的特点。考虑到上述问题，本文主要建立了雷电流AT中的Heidler模拟模型，这一模型的建立标准，以2.6/50μs为主，属于直流标准，模型中的雷电流幅值为120kV。模型建立完成后，需要对其进行描述，为了减小分析难度以及工作负担，需要尽可能保证对描述所用的数学表达式简单可靠，便于對输电线路雷击特征进行定量分析。

（2）线路模型。在ATP中，工作人员可利用相应功能，对架空线路进行模拟，且能够模拟出电力系统中各个元件的运行状态。本文主要针对输电线路的雷击问题，建立了三种模型，分别为Semlyem、Noda以及Jmarti。三种模型具有其各自的优势与缺陷，且适用性不同。本文在分析不同模型特征的基础上，采用Jmarti模型对雷击状态下的架空线路运行情况进行了模拟。模型建立时，应将波阻抗设置为常数，即300Ω。

（3）杆塔与绝缘模型。①杆塔模型。建立杆塔与绝缘模型，同样有助于实现对雷击问题的分析。作为电力系统的重要组成部分，除输电线路外，杆塔的材料以及结构，同样会对系统的运行情况产生影响[2]。因此，建立杆塔模型过程中，需要重视上述两项问题。为提高模型建立的精准性，本文主要采用仿真软件，对杆塔模型进行了选择，具体选择的类型包括两种，第一种强调利用集中电感，对雷击的过程进行模拟。这一模型的特点在于，会忽略杆塔的波过程。第二种强调从高度入手，选择高度较大的杆塔，对其结构进行分析，将杆塔本身视为一个参数，且该参数具有均匀的特点，选择完成后，需要取一个波阻抗，进行模拟分析。对上述两种模型进行对比可以发现，后者具有分析精确度高的优势。该模型具有上述优势的原因，与其考虑到了杆塔的波过程存在联系。电力系统中的杆塔，波阻抗数值并非完全固定，将波过程纳入到模型建立的过程中，能够更加准确的反映输电线路的雷击特征。本文建立杆塔模型所选输电线路以35kV线路为主，属供电线路，模拟计算的过程中，可以采用等效抗阻对杆塔进行替代，将其分别设置为5Ω～15Ω，将杆塔高度设置为20m，便可得到最终模型。②绝缘模型。本文所建立的绝缘模型，为绝缘子串模型。在输电线路运行的过程中，一旦发生雷击，线路的绝缘子串运行状态必然受到影响，部分情况下，容易出现闪络问题。在该现象出现后，接地现象便会发生，线路则会出现雷电侵入波。在建立仿真模型时，应充分认识到该问题，并确定闪络发生时的电压，确保所建立的模型能够准确模拟雷击发生时输电电路绝缘子串的状态。

3结束语

综上所述，本文对输电线路雷击仿真模型的研究，为电力领域提供了参考，有助于全面预防雷击，并在雷击发生后，尽可能减小电力领域与电力用户的损失。未来，有关人员应积极将该模型应用到输电线路的运行维护过程中，在提高运维水平的基础上，改善线路运行环境，确保电力系统能够稳定、安全的运行。

参考文献

[1] 张明旭，康淑丰，霍亚男.基于EMTP的220kV输电线路反击模型建立及典型案例分析[J].黑龙江科技信息，2018（34）：98，102.

[2] 范冕，万磊，戴敏.1000kV/500kV特、超高压同塔4回交流输电线路雷电性能仿真分析[J].高电压技术，2017，39（3）：584-591.

作者简介

郭永哲（1993-），男，浙江宁波人;学历：本科，职称：助理工程师;现就职单位：国网上海市电力公司市南供电公司，研究方向：输电线路。