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        微地形和輸電線路繞擊故障關(guān)系的研究

        2016-12-01 06:32:07高月明
        中國新技術(shù)新產(chǎn)品 2016年21期
        關(guān)鍵詞:故障研究

        高月明

        (國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司,四川 成都 610000)

        微地形和輸電線路繞擊故障關(guān)系的研究

        高月明

        (國網(wǎng)四川省電力公司檢修公司,四川 成都 610000)

        在輸電線路運(yùn)行的過程中,導(dǎo)致其出現(xiàn)跳閘故障的因素相當(dāng)多,其中最主要的一個(gè)因素就是微地形對(duì)其的影響,因?yàn)檩旊娋€路的鋪設(shè)中,會(huì)面臨多種復(fù)雜的地形,不同的地形在繞擊性能方面的影響也是不盡相同的,要想實(shí)現(xiàn)對(duì)微地形在輸電線路繞擊性能中的影響,就需要在實(shí)際的研究中,將具體的輸電線路和相應(yīng)的微地形進(jìn)行綜合分析,然后對(duì)具體的影響情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì),這樣就可以發(fā)現(xiàn)其中存在的規(guī)律以及特點(diǎn),從而明確微地形和輸電線路繞擊故障之間的關(guān)系。以便后期更好的進(jìn)行輸電線路的規(guī)劃設(shè)計(jì),盡可能地降低因?yàn)檫@一原因造成的輸電線繞擊故障。

        微地形;輸電線路;繞擊;故障;關(guān)系

        根據(jù)相關(guān)統(tǒng)計(jì),雷電災(zāi)害是當(dāng)前比較嚴(yán)重的自然災(zāi)害,是10種自然災(zāi)害之一,關(guān)于因?yàn)槔讚粼驅(qū)е碌妮旊娋€路的跳閘問題,最重要的一個(gè)因素就是落地雷對(duì)輸電線路的影響。微地形具體是指大地中一個(gè)狹小的范圍,而在輸電線路中,微地形則是指總輸電線路中的某一部分或者某一個(gè)節(jié)點(diǎn),微地形和微氣候是相互影響的,不同的微地形能夠形成不同的微氣候,下面具體對(duì)微地形和輸電線路繞擊故障之間的關(guān)系進(jìn)行具體分析研究。

        一、目前對(duì)輸電線路繞擊故障研究的現(xiàn)狀

        當(dāng)前在對(duì)輸電線路的繞擊性能的研究中,主要是從以下幾個(gè)方面進(jìn)行的:首先,對(duì)于繞擊跳閘率的計(jì)算,需要綜合對(duì)風(fēng)偏、地面傾角以及保護(hù)角等各方面的因素,然后利用電氣幾何模型進(jìn)行計(jì)算;其次,通過對(duì)雷電繞擊出現(xiàn)的物理過程的模仿,研究輸電線路的雷電繞擊性能;再次,通過對(duì)微地形的研究,將雷區(qū)分布以及地閃密度和雷擊故障進(jìn)行綜合分析考慮,研究這幾方面中存在的關(guān)系;最后,為了找到輸電線路發(fā)生雷擊故障的規(guī)律和特點(diǎn),需要將以往發(fā)生雷擊事件的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。從目前的研究現(xiàn)狀來說,僅僅都是按照相應(yīng)額經(jīng)驗(yàn)就行的研究,并沒有針對(duì)具體的地形進(jìn)行研究,明確其與輸電線路繞擊故障之間的關(guān)系,這樣得出的結(jié)論精確度不高,同時(shí)也不利于未來輸電線路的發(fā)展。

        二、微地形對(duì)輸電線路雷擊的影響

        對(duì)輸電線路的雷電繞擊耐電性能影響最大的一個(gè)原因就是微地形,通常情況下,相關(guān)工作人員對(duì)輸電線路規(guī)劃設(shè)計(jì)中的微地形的了解,只能通過平斷面圖以及輸電線路路徑了解,這種方式不能明確的反映出兩者之間額相對(duì)位置,而輸電線路路徑圖,如果不是專業(yè)的人士,那么要想讀懂路徑圖還是有一定的難度的,因?yàn)檩旊娋€路路徑圖屬于二維投影平面圖。Google Earth軟件是谷歌公司研究的地理信息系統(tǒng)的軟件,能夠?qū)⑷虻牡貓D進(jìn)行定時(shí)地更新,在查閱的過程中,用戶還可以將其進(jìn)行旋轉(zhuǎn),從不同角度觀察目的地周邊的環(huán)境,在觀察的同時(shí)還能夠明確經(jīng)緯度等相應(yīng)的地理信息參數(shù)。另外,這種軟件提供的相應(yīng)的圖像資料,其分辨率是相當(dāng)高的,這樣就更有利于對(duì)輸電線路附近地形特點(diǎn)的觀察。

        通過對(duì)某地區(qū)輸電線路遭遇雷擊跳閘事故的統(tǒng)計(jì),發(fā)現(xiàn)在20次雷擊中,其中由于繞擊造成的故障就有18次,這種故障在總雷擊次數(shù)中占80%。從這一數(shù)據(jù)就能夠看出繞擊事故是當(dāng)前影響輸電線路雷擊跳閘的主要因素,而通過進(jìn)一步地研究,雷電繞擊事故中,其中有13次都是發(fā)生在山區(qū)地區(qū),占總繞擊次數(shù)的72.2%,由此就可以看出,雷電繞擊事故在山區(qū)發(fā)生的概率更大,這主要是由于山區(qū)地區(qū)的地形比較復(fù)雜,并且在輸電線路的鋪設(shè)中,經(jīng)常需要跨越一些山谷,這種情況下,一些暴露在外的輸電線路段就會(huì)容易受到雷擊,另外5次雷電繞擊事故是發(fā)生在平原地區(qū),占了總雷電繞擊事故的27.8%,而在平原地區(qū)發(fā)生雷電繞擊事故,主要是受到農(nóng)村水塘的影響,因?yàn)檗r(nóng)村水塘在午后容易產(chǎn)生熱爆地形雷。根據(jù)相關(guān)的調(diào)查,山區(qū)地區(qū)更容易形成微氣象環(huán)境,這就是雷電繞擊事故在這一地區(qū)頻率較高的原因。最后,桿塔的位置和雷電繞擊也有一定的關(guān)系。在某公司輸電線路一定時(shí)期內(nèi),發(fā)生雷擊事件的次數(shù)一共14次,這些線路中,桿塔在山頂?shù)?78基,其中有十基桿塔都出現(xiàn)過雷擊事件,占了山頂總桿塔數(shù)量的26.45%,而在山腰的桿塔有588基,但是遭遇過雷擊的僅僅只有3基,只占了山腰總桿塔數(shù)量的5.1%。最后,在平原地區(qū)的桿塔一共有1510基,其中有5基發(fā)生過雷擊事件,占平原總桿數(shù)的7.23%,通過上述的分析和計(jì)算可以得出,位于山頂?shù)臈U塔更容易出現(xiàn)雷擊的問題。

        三、不同地形條件下的雷電繞擊跳閘率研究

        地形對(duì)輸電線路雷電繞擊事故造成的影響,大概可以以下幾種情形:輸電線路跨越山谷、輸電線路跨越水塘、輸電線路位于山脊頂部以及輸電線路途徑山坡外側(cè),下面就對(duì)這幾個(gè)方面進(jìn)行具體地分析:

        1.輸電線路跨越山谷

        雷電繞擊問題,在輸電線路跨越山谷的時(shí)候發(fā)生的概率比較大,重要是由于地面和導(dǎo)線之間的高差比較大,這種情況下線路的暴露面就會(huì)比較多,地面以及避雷線無法對(duì)輸電線路實(shí)施有效的保護(hù),從而雷電繞擊事故出現(xiàn)的就會(huì)比較頻繁。根據(jù)相關(guān)的理論研究顯示,當(dāng)輸電線路跨越山谷的時(shí)候,雷電先導(dǎo)和谷底地面之間的作用力機(jī)會(huì)減小,這種情況下,雷電先導(dǎo)會(huì)產(chǎn)生一定的入射角,這種情況下的輸電線路更容易造成雷電繞擊。另外,位于山谷風(fēng)道上的輸電線路,因?yàn)榧撅L(fēng)氣候的影響,經(jīng)常會(huì)有固定的雷云從谷口穿越,這種情況下,一旦有風(fēng)作為助力,將其推向山谷,必定會(huì)將山谷變成雷區(qū),這種情況下,輸電線路受到雷擊的概率就會(huì)大大增加。

        2.山坡外側(cè)輸電線路

        當(dāng)輸電線路經(jīng)過山坡外側(cè)的時(shí)候,大地以及地線作為導(dǎo)線,能夠起到有效的屏蔽作用,屏蔽作用的大小直接影響著雷電繞擊事件發(fā)生的概率。當(dāng)輸電線路經(jīng)過山坡外側(cè)的時(shí)候,山坡的外側(cè)得不到屏蔽,這種情況下,對(duì)于外側(cè)線路的保護(hù)就會(huì)急劇減小,同時(shí)繞擊率就會(huì)變大,最終造成繞擊概率的增大。另外,桿塔之間的檔距也是造成輸電線路繞擊范圍增加的一個(gè)最主要的原因,一旦之間的間距達(dá)到一定的程度,就會(huì)增加雷電繞擊事件的概率。

        3.山脊頂部輸電線路

        山脊頂部輸電線路以及桿塔處于最高的位置,同時(shí)本身也是最高的物體,這種情況下,就極容易吸引雷電,更嚴(yán)重的雷云還有可能與其平齊,甚至在其底部;另外,當(dāng)輸電線路途徑山脊頂部的時(shí)候,兩邊都是下坡,這種情況下,輸電線路暴露的面積顯著增大,山體的屏蔽作用得不到有效的發(fā)揮,因此就會(huì)使外側(cè)對(duì)于輸電線路的保護(hù)性能減小,與此同時(shí)雷電繞擊區(qū)就會(huì)明顯變大,從容導(dǎo)致繞擊概率的增加,最終導(dǎo)致輸電線路受到繞擊的概率增加,這些都是當(dāng)輸電線路經(jīng)過山脊頂部,雷電繞擊率提高的根本原因。

        4.輸電線路跨越水塘

        當(dāng)在輸電線路設(shè)計(jì)的時(shí)候,其中如果有部分輸電線路段需要經(jīng)過農(nóng)田水塘,那么勢必會(huì)導(dǎo)致該地區(qū)受到雷電繞擊次數(shù)的增加,這主要是由于農(nóng)田水塘周邊的土壤本身久比較潮濕,同時(shí)電荷相對(duì)也比較充分,這種情況下,即使雷電的電荷比較小,也有可能引起雷擊事件,這主要是由于在午后,如果農(nóng)田水塘的的穩(wěn)定比較高,就容易產(chǎn)生熱爆地形雷,這種雷云的面積通常情況下都不會(huì)太大,同時(shí)出現(xiàn)的實(shí)踐相對(duì)也比較短。但是如果輸電線路中存在架空的部分,那么,隨著桿塔高度的不斷上升,地面對(duì)于雷電的屏蔽作用就會(huì)逐漸減小,相應(yīng)的繞擊范圍則會(huì)增加,同時(shí)由于繞擊導(dǎo)致的跳閘概率也會(huì)變大。因?yàn)楫?dāng)導(dǎo)線不斷的升高以后,暴露在外面的面積就會(huì)逐漸變大,一旦出現(xiàn)雷電現(xiàn)象,就極有可能導(dǎo)致雷擊事故的發(fā)生。如果出現(xiàn)這種問題,一般情況下具體位置都在桿塔前后一個(gè)檔距的范圍內(nèi),在發(fā)生雷電繞擊事件的時(shí)候,可以沿著檔距將相應(yīng)的繞擊區(qū)域分成3個(gè)部分:第一個(gè)屬于安全區(qū),位于桿塔附近,這一地區(qū)之所以安全,主要是由于受到桿塔的保護(hù)。第二部分是危險(xiǎn)區(qū),這一部分僅次于安全區(qū)域,繞擊率相對(duì)較高。第三部分為正常區(qū),這一部分由于距離桿塔比較遠(yuǎn),所以具體的繞擊概率不會(huì)因?yàn)闂U塔受到影響。

        結(jié)論

        綜上所述可以看出,如果輸電線路經(jīng)過山坡外側(cè)、跨越山谷以及山脊頂部,就會(huì)因?yàn)楦叨葐栴},減弱山體的屏蔽能力,這樣就會(huì)導(dǎo)致雷電繞擊事件的增加;如果輸電線路跨越山谷,山崖吸引雷電,導(dǎo)致雷電繞擊概率就會(huì)增加;另外,位于山頂?shù)臈U塔容易受到雷擊現(xiàn)象;最后,經(jīng)過農(nóng)田水塘的輸電線路中雷電繞擊概率之所以高,主要是因?yàn)闊岜匦卫椎男纬珊陀绊?。要先更有效地避免這些問題的出現(xiàn),必須在設(shè)計(jì)輸電線路的時(shí)候,采取科學(xué)、合理的態(tài)度和方法,這樣才能盡可能地減少雷電對(duì)正常輸電線路的影響。

        [1]李慧,田東閣,王平,等.微地形和輸電線路繞擊故障關(guān)系的研究[J].電瓷避雷器,2014(3):73-83.

        [2]林峰,林韓,廖福旺,等.統(tǒng)計(jì)分析輸電線路雷害與微地形關(guān)系的新方法[J].高電壓技術(shù),2009(6):1362-1369.

        [3]馬御棠,曹曉斌,王磊,等.雷電參數(shù)與地形結(jié)合的輸電線路繞擊閃絡(luò)率計(jì)算[J].電瓷避雷器,2015(1):79-86.

        TM726

        A

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