雷击行波对输电线路的影响及其保护措施
摘要:电力线路往往面临着各种自然灾害，而导致故障出现，其中雷电行波就是较为常见的线路故障导致者之一，而且电力企业对供电线路的稳定性和安全性要求逐渐提高，所以要防止雷电行波对输电线路造成影响，就要先掌握超高压、高压输电线路上雷电冲击发生的位置和频次等信息，这样有助于提高对输电线路的防雷保护及系统运行水平。本文主要研究了雷击行波对输电线路的影响极其相关的保护措施。
关键词：雷击行波；输电线路；故障分析；保护措施
通常情况下，雷击就会引发暂态行波的产生,所以可以利用行波测距技术来对电力线路上的雷电冲击问题进行监测,并对输电线上雷击点位置进行精确定位，以便检修人员及时进行检修，提高故障检修效率。但是，目前国内正在使用的行波测距设备还无法准确区分出电力输电线路上的非故障性雷击、故障性雷击以及普通短路故障。因此，研究输电线路直击雷的暂态行波特性,有助于找到与普通短路故障区分开来的有效方式，具有十分重要的研究价值。
1 雷电冲击行波特征和短路行波特征
输电线路遇到雷电冲击或者发生短路故障时,就会在故障点处产生暂态行波，该暂态行波会向故障点两侧母线方向运动。暂态行波在电力线路上传递的过程中，如果到达两个不同阻抗线路的连接点或者有集中参数的节点时,就会发生折射、反射现象，具体过程如图1所示。当输电线路遇到雷电冲击或者发生短路故障时,就会在故障点附近出现暂态行波的折射和反射现象，在一定的时间范围内,电力线路故障监测系统就会在母线处检测到故障点产生的初始行波、故障点反射行波和母线的反射行波信号。故障发生在近端母线位置时,故障点的反射波就会先到达母线端;故障发生在远母线端时,另一端母线的反射波会先到达。由于线路上发生的非故障性雷击不会引起电力线路故障,雷击点的线路波阻抗是连续的,行波在雷击点没有折反射,故测量信号中不会有故障点的反射行波。
图1 行波网格图
2 雷电行波对输电线路的影响
行波测距装置通过检测的电力线路中的电流行波信号呈现不同特征 ,电流信号各频段的能量分布也不同 ,来对非故障性雷击、 故障性雷击和普通短路故障,进行较为精确的识别，具体的故障识别步骤如下:
（1）电力线路故障诊断。利用双端行波测距装置 ,在同步采样的条件下,通过比较初始行波到达M、N端母线的时刻tM、tN的先后 ,判断出离扰动点近的一端母线。分析近端母线处测得的电流行波信号,比较行波波头极性的方法 ,判定测距装置检测到的第2个行波的波头是对端母线反射的行波还是故障点的反射行波。如果是母线的反射行波，那么电力线路发生的就是非故障性雷击,将此雷击记录下来，并报给故障诊断系统，以供检修人员查询;如果是故障点处的反射行波,那么就可以断定是电力线路某处发生了短路等其他故障,诊断系统就会自动切换到短路故障诊断模式，具体诊断步骤如（2）所述。
（2）故障性雷击和普通短路故障智能诊断。利用4层小波包分解技术对测得的故障电流信号进行小波分解，进而对故障信号的小波包能量谱进行进一步分析，如果该故障信号属于0~3125Hz范围内的低频段，能量K小于所设定正常门槛值K0，就可以判定该线路发生的是故障性雷击,将此雷击记录下来，并报给故障诊断系统，以供检修人员查询;如果能量K大于所设定正常门槛值K0,就可以判定线路发生普通短路故障,将此雷击记录下来，并报给故障诊断系统，以供检修人员查询。考虑到雷击的不确定性,不同雷击时低频段能量的K变化相对较大,而对于系统的短路故障,其低频段能量的K较为稳定,故K0的值应取偏大些,本文取K0=0.17,大量仿真表明该门槛值比较合适。此外,数据分析表明选取2ms的信号数据进行分析是合适的。若信号时间窗选择得太长,由于高频段分量衰减较快,低频段能量的K增加,将会导致识别出错。
3输电线路的防雷保护措施
（1）架设避雷装置
避雷针的作用以及避雷的基本原理是：当发生雷电天气时，将雷电吸引到避雷针的上面，并同时将电流导入至大地中，从而避免设备受到雷电流的损害．对设备起到良好的保护作用。在进行避雷针的架设工作时，需要注意的是：必须使变电站内的所有设备都处在避雷针的保护范围内。另外，还要充分的考虑到雷电击到避雷针上时的容易引起的反击事故，并在预先加强相关的防范工作。
（2）做好进线防护
在变电站的防雷工作中做好进线防护是十分重要的一步。这是由于，当输电线路遭受到雷击时会产生过电压，从而便会有行波导线向变电站运动，由于雷电对线路的冲击压一般会远远的大于变电站内设备运行的正常耐压值，因此，必须将避雷线安装在比较接近变电站进线处位置。如果不进行这样的防雷措施，如果输电线路遭受雷击，则必然会使线路遭到严重的破坏。
（3）做好防雷接地工作
根据工作接地的相关安全中的要求， 变电站内必须敷设接地网。小变电站通常使用的是独立避雷针，而对于大变电站中的独立避雷针与配电装置带电部分，两者在空气中的最短途径必须大于或等于5米
（4）采取防雷感应措施
随着科学技术的发展以及电力技术的不断进步，用电量的大量增加对变电站的防雷保护工作也提出了更高的要求，现在的变电站一般都具有比较完善的雷击防护系统，因此，户外设备直接遭受到霄击而被损坏的可能性被大大的降低了。但是，由于雷电击到防护系统时产生的放电以及电磁脉冲会对设备产生严重的电磁干扰，从而必然的影响烈设备的正常运行。因此，还必须对防雷感应现象采取必要的防范措施。比较常用的方法主要有：多分支接地引线、改善汇流系统的结构、在信号线接入处使用光耦元件、采用屏蔽电缆等等。
参考文献
[1]董杏丽,葛耀中,董新洲.行波保护中雷电干扰问题的对策[J].中国电机工程报,2002,22 (9) :74-78.
[2]赵文光,陈家宏,张勤,等.新的雷电综合定位系统的定位计算[J].高电压技术,1999,25 (4):66-68.
[3]段建东,张保会,周艺.超高速暂态方向继电器的研究[J].中国电机工程学报,2005,25(4):7-12.
[6]覃剑.输电线路单端行波故障测距的研究[J].电网技术,2005 ,29 (15):65-70.
[7]董新洲,葛耀中,徐丙垠.利用暂态电流行波的输电线路故障测距研究[J].中国电机工程学报,1999,19 (4):76-80.
[8]吴昊,肖先勇,沈睿佼.小波能量谱和神经网络法识别雷击与短路故障 [J].高电压技术,2007,33 (10) :64-68.
