输电线路雷击故障快速定位装置研制及试验分析

张子一　费雅娆

摘要：现如今，各国对输电线路雷击故障快速定位的研究多停留在在线监测方面，对于雷击跳闸后故障杆塔的快速定位、查找等方面研究不足。本文基于“缺陷放大”的思路，利用低熔点合金熔点低及导电性能好的特点，研制了输电线路雷击故障快速定位装置，通过Matlab软件计算并形成双指数函数模型的雷电流波形图，据此对定位装置进行电流冲击试验，验证了定位装置的有效性。

关键词：输电线路;杆塔;雷击故障;快速定位装置;电流冲击;熔融

引言

雷电是影响电网运行安全性和可靠性的重要因素，由于我国雷电现象较为频繁，导致的电网雷击故障频发，严重危害电网供电的稳定性。近年来，电力系统中低压配电网遭受雷击而产生故障的事例时有发生。当配电台区遭受雷击时，由于一次系统中通常安装有避雷器，因此可以将雷电流导入地下，以确保一次系统的安全。但二次系统中设备的精度要求高、耐压值较低，所以二次设备在发生雷击时通常会发生损坏，导致二次系统无法正常运行。智能电网作为新时代电网的发展方向，近年来得到了广泛的研究与应用。而因智能电网自身具有灵活性和交互性，一些新的防雷保护技术开始出现，并取得了较多的研究成果，如动态防雷技术等。在这些技术中，人工智能（ArtificialIntelligence，AI）技术经过多年的发展已被证明具有良好的工程应用性能，因此被大量应用于电力系统状态监测领域。

1雷击对于输电线路的危害

雷击故障是输电线路损坏的主要原因，如果110kV输电线路受到雷击，路线会首先出现跳闸现象、设备会因雷击而遭到破坏，不仅如此，还有可能会对周边居民的生命财产安全带来巨大的威胁。经过多项故障事故的分析来看，雷击种类的差异会带来线路不同的故障问题，举例而言，多相故障一般就是雷电直击导致的，但是单相故障的诱因则是雷电绕击。假如将输电线路的运用环境放在山林之中，在这种交通极不便利的地方，如若发生雷击现象，将非常影响线路的巡视，对于之后的故障处理也是极为不利的。并且，雷击发生之时一般都是伴随着狂风暴雨出现的，这会对周边树木产生毁灭性影响，如果处理不当，就会带来巨大的生命财产损失。

2定位装置工作原理及制作

定位装置由导电部分和熔融部分构成。导电部分由镀锌扁钢制成，能保障杆塔可靠接地，一旦线路发生过电流故障，过电流可通过导电部分流向大地;同时导电部分能对熔融部分起到支撑作用，在熔融部分熔化时，保证熔液从熔出口流出。熔融部分为低熔点合金由低熔点金属Bi、Sn、Pb、Cd按照一定比例制成，低熔点合金熔点为70℃，当输电线路遭受雷击过电流故障时，过电流经杆塔—定位装置—引流板—接地引下线流向大地，使得杆塔与接地引下线之间的低熔点合金熔化流出，从而实现快速定位。

3线路与设备雷击性能评估

实现雷击故障的预测需要依靠智能防雷系统的感知、分析和预测功能相互协调和配合，将实时数据与历史数据作为神经网络的训练和分析数据。并依据网络的拓扑关系搭建神经网络结构，建立基于神经网络的雷击故障预测模型。

4输电线路的防雷保护措施

4.1更换新型绝缘子

当对线路进行绝缘能力剖析时，绝缘子是其中一个无法回避的话题，它不仅影响线路的绝缘性能，还左右着其抗雷击能力。故而，在为线路择取合适的绝缘子时，必须要依据实际情况展开择取，对质量问题一定要严格把关，扎实推进运营管理工作，必须要将一切有问题的绝缘子阻隔在工程之外。针对那些已然工作多年或者已经老化的绝缘子，不但要对低值以下的绝缘子展开检查，还要做到必要的更换。如果该地区经常会出现雷击，那么绝缘子就必须要采取一定程度的强化处理，最典型的做法就是在数量上进行扩充。通过对大量实例的分析可以发现，这种措施确实在一定程度上优化了输电线路的抗雷击水平和绝缘性能，进而实现将跳闸事故率降到最低。就当前情况来看，110kV输电线路中使用的都是合成绝缘子，这种合成物质具有极高的强度、较轻的重量、清洁无污染等优势，并且它在维修层面上也是极为便利的，不过还是有一定的缺陷就是，当雷击现象频发时，极易出现跳闸，这一点还需要进一步的技术攻关。

4.2降低杆塔接地电阻

进行雷电防护的主要措施就是降低杆塔接地电阻，具体来讲就是要借助减小杆塔的冲击接地电阻，来提升抗雷能力，进而完成输电线路的抗雷能力。从原理上来分析，该技术就是在硬件上优化接地电极的外形和改变埋入深度等，来对接地电阻值进行修改。

（1）水平外延接地：这种措施一般只是针对特定的情况，也就是在该区域有水平放射的情况，一旦使用到水平放射技术，就会极大的提升施工的成本，这不但可以减小接地电阻，还能够切实减小冲击接地电阻。

（2）深埋式接地极：当線路所在位置地下深处土质电阻率非常低时，一般使用的都是深埋式接地极，这样做的好处就是可以有效的防雷。在埋设接地极的过程中，必须要科学的择取埋设位置，并进行合理的参数设定，比如可以优先择取地下水比较高的地方、设置对口的地底接地设备等。

（3）填充降阻剂：有这样一种情况，那就是在输电线周围找到了低电阻率物质，这时技术人员就可以充分发挥它的价值了。在使用过程中，十分有必要进行全面的考虑，进一步确定该物质是否具有低电阻率、较小的流失率、良好的经济价值、施工便捷等特性。假如施工现场周围没有这种物质，那么技术人员可以人为的添加降阻剂，这样做的目的也是使其具有较强的降阻特性。

4.3架设耦合地线

架设耦合地线措施从操作上来看，就是在输电线的导线下面，多加一根用于接地的线路，以此来完善输电线路抗雷击的能力，同时避免输电线路出现反击跳闸的现象。一般情况下，这种措施的使用只是针对接地电阻比较高的输电线路。借助耦合地线，一来，能够加强导线与地线两者的耦合效应，如此一来，当出现雷击现象时，线路上就能够发出更强的感应电压了，以此缓解绝缘子串自身受到的冲击电压;二来，能够减小杆塔的分流系数，当前接地电阻的数值达到一定界限之后，来自雷电的电流会由接地装置来散流，以此来控制塔顶的电位不突破一定上限。还有一点值得注意的是，在输电线两边的耦合地线，能够加强地线的屏蔽性能，这将能够有效地避免雷电绕击事故的产生。在铺设耦合地线时，有很多技术环节都需要注意一下，比如要精准设置杆塔结构、控制强度、考察实际的地形地貌等，目的就是将耦合地线与地面之间的距离进行精准校核，做好它和导线之间的相关配合工作，进而使得耦合地线架设科学合理符合实际。

结语

本文基于“缺陷放大”的思路，利用低熔点合金的熔点低及导电性能好的特点，对传统杆塔与接地引下线引流板之间的连接点进行改进，研制了输电线路雷击故障快速定位装置。通过雷电流冲击试验验，验证了该定位装置的有效性。

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