李 特，周象賢，池 偉，胡文堂，毛航銀，王振國(guó)

（1．國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院，杭州 310014;2．國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司，杭州 310007）

0 引言

多重雷在自然界非常普遍，統(tǒng)計(jì)顯示接近一半的雷電活動(dòng)包含多次回?fù)暨^程[1-3]。多重雷對(duì)站內(nèi)設(shè)備、線路設(shè)備均存在危害。線路遭受雷擊產(chǎn)生單相接地故障時(shí)，兩側(cè)站內(nèi)開關(guān)跳開故障相，在等待重合過程中如果線路跳閘相再次遭受雷擊，此時(shí)雷電入侵波在開關(guān)斷口處將發(fā)生全反射，斷口承受的過電壓幅值將增加到侵入波電壓的2倍，大大高于斷口雷電沖擊絕緣水平，導(dǎo)致開關(guān)斷口外絕緣或內(nèi)絕緣擊穿[4-5]。線路雷擊跳閘后存在潛供電流，斷路器分閘至重合閘期間，如果線路故障相在故障點(diǎn)附近遭受多次后續(xù)回?fù)?，將?dǎo)致短路點(diǎn)潛供電弧無法完全熄滅、絕緣強(qiáng)度無法恢復(fù)，導(dǎo)致重合閘失敗[6]。此外避雷器在遭受多重雷作用時(shí)，閥片溫度逐次升高，引發(fā)伏安特性變化，相同雷電流下殘壓升高，導(dǎo)致避雷器吸收能量增加，短時(shí)間吸收多重雷過程中多次雷電流脈沖能量導(dǎo)致熱崩潰[7-8]。

上述設(shè)備故障與多重雷的后續(xù)回?fù)舸螖?shù)、各次后續(xù)回?fù)綦娏鞣?、后續(xù)回?fù)糸g隔、回?fù)粽w持續(xù)時(shí)間等參數(shù)有關(guān)。為了開展多重雷害評(píng)估、提出應(yīng)對(duì)措施，需要首先掌握目標(biāo)線路區(qū)域多重雷的參數(shù)。目前雷電參數(shù)可以從雷電定位系統(tǒng)得到，然而雷電定位的位置信息與實(shí)際回?fù)粑恢每赡艽嬖谝欢ㄆ?，部分位置偏差可達(dá)數(shù)千米[9-10]，因此在統(tǒng)計(jì)目標(biāo)線路多重雷特性時(shí)必須考慮線路走廊寬度。以往的雷電參數(shù)統(tǒng)計(jì)中會(huì)設(shè)置一定的走廊寬度[11]，但對(duì)于多重雷擊數(shù)據(jù)而言，走廊寬度引起的統(tǒng)計(jì)結(jié)果變化幅度、對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果準(zhǔn)確性的影響尚無研究。

因此，本文以±800 kV 賓金線為例，開展線路不同走廊寬度下的多重雷參數(shù)統(tǒng)計(jì)，分析走廊寬度對(duì)后續(xù)回?fù)舸螖?shù)、各次后續(xù)回?fù)綦娏鞣?、后續(xù)回?fù)糸g隔、回?fù)粽w持續(xù)時(shí)間等參數(shù)的影響，并給出線路走廊寬度選擇建議。

1 數(shù)據(jù)來源

統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)來源于浙江省雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)，由分布在湖州、舟山、椒江、仙居、泰順、臨安等地的14 個(gè)雷電自動(dòng)探測(cè)站組成，實(shí)現(xiàn)對(duì)全省電網(wǎng)區(qū)域的高精度覆蓋，利用雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)可以完整記錄各次地閃回?fù)舻碾娏鞣蹬c時(shí)間。

多重雷參數(shù)統(tǒng)計(jì)對(duì)象為±800 kV 賓金線浙江段，如圖1 所示。 線路走廊寬度分別取兩側(cè)各2．5 km，5 km，7．5 km 及10 km，以獲得走廊寬度對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的影響。統(tǒng)計(jì)時(shí)間段為2014—2017年每年的6—9 月。利用雷電監(jiān)測(cè)系統(tǒng)獲取的地閃數(shù)據(jù)，對(duì)多重雷后續(xù)回?fù)舸螖?shù)、地閃放電持續(xù)時(shí)間、各次后續(xù)回?fù)魰r(shí)間間隔、后續(xù)回?fù)舻睦纂娏鞣颠M(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。

圖1 ±800 kV 賓金線線路走廊浙江段

2 走廊寬度對(duì)回?fù)魠?shù)統(tǒng)計(jì)的影響

2.1 后續(xù)回?fù)舸螖?shù)

不同線路走廊寬度下，對(duì)觀測(cè)到的含不同回?fù)舸螖?shù)的主放電數(shù)量進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表1。

表1 不同走廊寬度下多重回?fù)舸螖?shù)分布統(tǒng)計(jì)結(jié)果

由表1 可知，不同走廊半徑下，統(tǒng)計(jì)得到的最大后續(xù)回?fù)舸螖?shù)稍有差異，走廊半徑2．5 km時(shí)最大后續(xù)回?fù)舸螖?shù)為13 次，而走廊半徑為5～10 km 時(shí)，最大后續(xù)回?fù)舸螖?shù)均為14 次。

對(duì)表1 中含不同后續(xù)回?fù)舸螖?shù)的主放電數(shù)量占比進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果如圖2 所示，對(duì)含有后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹娬急?、平均回?fù)舸螖?shù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果見表2。其中含有i 次后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹娬急萊h、平均回?fù)舸螖?shù)Ra分別按式（1）、式（2）進(jìn)行計(jì)算。

式中：Fi為含有i 次后續(xù)回?fù)舻闹鞣烹姶螖?shù)；n為最大的后續(xù)回?fù)舸螖?shù)。

由圖2 可知，不同走廊寬度下不同次數(shù)后續(xù)回?fù)魧?duì)應(yīng)主放電數(shù)量占比分布接近，但單回?fù)粽急扔兴町悺Ｓ杀? 可知，走廊半徑為2．5 km 和5 km 時(shí)，多重雷占比、平均后續(xù)回?fù)舸螖?shù)接近，并大于走廊半徑為7．5 km 和10 km 的情況。隨著走廊寬度增加，統(tǒng)計(jì)區(qū)域覆蓋面積增加，不同的區(qū)域雷電活動(dòng)參數(shù)有所不同[12]，導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)所得雷電活動(dòng)與線路附近的雷電活動(dòng)特性產(chǎn)生差異。

圖2 不同走廊寬度下不同后續(xù)回?fù)糁鞣烹娬急?/p>

表2 ±800 kV 賓金線不同走廊寬度下多重雷占比及雷電主放電平均后續(xù)回?fù)舸螖?shù)

后續(xù)回?fù)舸螖?shù)的分布與多重雷的能量相關(guān)，并影響避雷器的防護(hù)性能。從獲取多重雷后續(xù)回?fù)舸螖?shù)信息考慮，采用2．5～5 km 半徑進(jìn)行統(tǒng)計(jì)較為合適。

2.2 地閃持續(xù)時(shí)間

本文地閃持續(xù)時(shí)間取主放電時(shí)間至最后一次回?fù)魰r(shí)間的時(shí)間差。不同走廊寬度下的地閃放電持續(xù)時(shí)間分布如圖3 所示。

圖3 不同走廊寬度下地閃放電持續(xù)時(shí)間分布

由圖3 可知，不同走廊寬度下統(tǒng)計(jì)得到的放電持續(xù)時(shí)間分布基本一致，走廊半徑為2．5 km和5 km 時(shí)， 最大放電持續(xù)時(shí)間落于900～1000 ms，走廊半徑為7．5 km 和10 km 時(shí)，最大放電持續(xù)時(shí)間落于1 000～1 100 ms，需要注意的是1 000～1 100 ms 內(nèi)的主放電概率極小。

針對(duì)多重雷造成線路跳閘重合失敗、站內(nèi)開關(guān)爆炸故障進(jìn)行分析、提出應(yīng)對(duì)措施時(shí)，需要考慮重合閘時(shí)間和最大放電持續(xù)時(shí)間之間的配合。針對(duì)多重雷造成避雷器故障問題，需要考慮放電持續(xù)時(shí)間的分布，為多重雷過程中避雷器的散熱過程提供參考。從圖3 統(tǒng)計(jì)結(jié)果而言，不同走廊半徑下，放電持續(xù)時(shí)間分布接近、最大放電持續(xù)時(shí)間接近，因此走廊寬度對(duì)放電持續(xù)時(shí)間的統(tǒng)計(jì)影響不顯著。

2.3 后續(xù)回?fù)糸g隔

不同走廊半徑下，各次序后續(xù)回?fù)襞c前一次后續(xù)回?fù)舻臅r(shí)間間隔算術(shù)均值見圖4，各次序后續(xù)回?fù)魰r(shí)間間隔中小于20 ms 的占比和大于100 ms 部分占比見圖5。

圖4 不同走廊半徑下各次序后續(xù)回?fù)魰r(shí)間間隔算術(shù)均值

由圖4 可知，不同走廊半徑下，統(tǒng)計(jì)所得各次序后續(xù)回?fù)魰r(shí)間間隔算術(shù)均值接近。由圖5 可知，不同走廊半徑下，統(tǒng)計(jì)所得各次序后續(xù)回?fù)魰r(shí)間間隔的主體部分一致，小于20 ms 部分占比均小于15%，大于100 ms 部分占比主體分布于25%～40%。

后續(xù)回?fù)魰r(shí)間間隔的分布對(duì)多重雷作用于避雷器時(shí)的散熱過程以及線路雷擊跳閘后的去游離過程有影響。從本節(jié)可知，不同的走廊半徑對(duì)后續(xù)回?fù)魰r(shí)間間隔分布的統(tǒng)計(jì)結(jié)果影響不顯著。

圖5 不同走廊半徑下各次序需回?fù)魰r(shí)間間隔分布

2.4 后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度

利用后續(xù)回?fù)襞c主放電雷電流幅值比值k 作為判斷后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度的參數(shù)。不同走廊半徑下，各次序后續(xù)回?fù)鬹 值的幾何均值如圖6 所示，k值大于1，即后續(xù)回?fù)綦娏鞣党^主放電電流幅值的占比見圖7。

圖6 不同走廊半徑下各次序后續(xù)回?fù)艋負(fù)魪?qiáng)度幾何均值

由圖6 可知，走廊半徑為5～10 km 時(shí)，不同次序后續(xù)回?fù)鬹 值幾何均值變化規(guī)律接近，回?fù)舸涡蛟酱髃 值越小。統(tǒng)計(jì)半徑為2．5 km 時(shí)，回?fù)舸涡?-12 處k 值均值大于次序6-7 處。

圖7 不同走廊半徑下各次序后續(xù)回?fù)艋負(fù)魪?qiáng)度k＞1 占比

由文獻(xiàn)[2，13]可知，隨著雷電后續(xù)回?fù)舸涡蛟黾樱鄳?yīng)回?fù)魪?qiáng)度均值逐步減小，判斷走廊半徑2．5 km 的統(tǒng)計(jì)結(jié)果在回?fù)舸涡?-10 范圍出現(xiàn)了偏差，而其他走廊寬度下的統(tǒng)計(jì)與文獻(xiàn)[2，13]規(guī)律相同。結(jié)合表1 可知，走廊半徑為2．5 km 時(shí)回?fù)舸涡虼笥? 的雷電數(shù)據(jù)較少，樣本量較少可能導(dǎo)致統(tǒng)計(jì)結(jié)果出現(xiàn)偏差。

由圖7 可知，5～10 km 走廊半徑下各次序后續(xù)回?fù)鬹＞1 的比例規(guī)律接近，走廊半徑為2．5 km時(shí)，從后續(xù)回?fù)舸涡? 開始，k＞1 的回?fù)粽急染鶠?，而走廊半徑為5～10 km 時(shí)相應(yīng)數(shù)值要延后至次序11-12。 相應(yīng)結(jié)果同樣是由于走廊半徑2．5 km 下獲得樣本中相應(yīng)次序放電記錄較少，導(dǎo)致結(jié)果出現(xiàn)偏差。

后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度的分布特征與多重雷的能量相關(guān)，后續(xù)回?fù)舴荡笥谥鞣烹姷那闆r可能導(dǎo)致線路出現(xiàn)小電流繞擊后大電流沿放電通道產(chǎn)生后續(xù)能量注入的情況，對(duì)線路避雷器的吸收能量分析十分重要?；诒竟?jié)結(jié)果，考慮到本次統(tǒng)計(jì)的數(shù)據(jù)時(shí)間跨度較大，建議沿線路多重雷參數(shù)的統(tǒng)計(jì)應(yīng)取5 km 或者更大。

2.5 統(tǒng)計(jì)走廊半徑的選擇

對(duì)前文走廊半徑對(duì)雷電多重回?fù)艚y(tǒng)計(jì)參數(shù)的影響進(jìn)行總結(jié)。 不同走廊半徑下，回?fù)舫掷m(xù)時(shí)間、回?fù)糸g隔統(tǒng)計(jì)結(jié)果一致。對(duì)于后續(xù)回?fù)舸螖?shù)方面，走廊半徑對(duì)統(tǒng)計(jì)結(jié)果影響體現(xiàn)在：

（1）2．5 km 走廊半徑下的最大后續(xù)回?fù)舸螖?shù)偏小。

（2）2．5～5 km 走廊半徑下多重雷占比、平均后續(xù)回?fù)舸螖?shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果大于7．5～10 km 走廊半徑下對(duì)應(yīng)結(jié)果。

走廊半徑對(duì)后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度統(tǒng)計(jì)結(jié)果的影響體主要體現(xiàn)為2．5 km 走廊半徑下8 次及以上后續(xù)回?fù)糁谢負(fù)魪?qiáng)度k＞1 的占比偏小。

單純從雷電參數(shù)統(tǒng)計(jì)角度而言，希望可以盡量準(zhǔn)確得到最大后續(xù)回?fù)舸螖?shù)、各次后續(xù)回?fù)舸螖?shù)的占比以及平均后續(xù)回?fù)舸螖?shù)、后續(xù)回?fù)魪?qiáng)度分布等各項(xiàng)參數(shù)，考慮到7．5～10 km 下的平均回?fù)舸螖?shù)等參數(shù)可能由于區(qū)域的擴(kuò)大而與線路真實(shí)情況產(chǎn)生差異，2．5 km 下最大回?fù)舸螖?shù)偏小，建議選取5 km 作為統(tǒng)計(jì)參數(shù)。

從雷電防護(hù)角度考慮，更關(guān)心多重雷能量情況，多重雷能量與回?fù)舸螖?shù)、回?fù)魪?qiáng)度相關(guān)，如關(guān)注含7 次及以下后續(xù)回?fù)舻亩嘀乩讌?shù)，選取2．5～5 km 作為統(tǒng)計(jì)線路走廊半徑結(jié)果接近，如關(guān)注含7 次以上多重雷參數(shù)，建議選取5 km 作為統(tǒng)計(jì)走廊半徑。

3 結(jié)論

本文采用2．5 km，5 km，7．5 km，10 km 4 種線路走廊半徑，利用2014—2017 年的雷電監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)對(duì)±800 kV 賓金線雷電多重回?fù)魠?shù)進(jìn)行了統(tǒng)計(jì)，分析了走廊半徑對(duì)多重雷參數(shù)統(tǒng)計(jì)結(jié)果的影響，并分析了走廊半徑的建議取值，在當(dāng)前統(tǒng)計(jì)時(shí)間長(zhǎng)度和線路長(zhǎng)度下，得到以下主要結(jié)論：

（1）不同線路走廊半徑下不同次數(shù)后續(xù)回?fù)舻姆烹姳壤咏?，但走廊半徑?．5 km 和5 km時(shí)統(tǒng)計(jì)得到的平均后續(xù)回?fù)舸螖?shù)、多重雷占比大于統(tǒng)計(jì)半徑為7．5 km 和10 km 的情況。

（2）不同線路走廊半徑下，統(tǒng)計(jì)得到的多重雷持續(xù)時(shí)間、后續(xù)回?fù)魰r(shí)間間隔分布規(guī)律接近。

（3）走廊半徑為2．5 km 時(shí)，統(tǒng)計(jì)所得8～10 次后續(xù)回?fù)糁谢負(fù)魪?qiáng)度大于1 的比例偏少。

（4）當(dāng)關(guān)注線路走廊內(nèi)含7 次及以下后續(xù)回?fù)舻亩嘀乩捉y(tǒng)計(jì)特征時(shí)，統(tǒng)計(jì)走廊半徑可采用2．5 km 或5 km，當(dāng)關(guān)注線路走廊內(nèi)含7 次以上后續(xù)回?fù)舳嘀乩捉y(tǒng)計(jì)參數(shù)時(shí)，建議走廊半徑采用5 km。