輸電線路雷擊故障快速定位裝置研制及試驗分析

張子一　費雅嬈

摘要：現(xiàn)如今，各國對輸電線路雷擊故障快速定位的研究多停留在在線監(jiān)測方面，對于雷擊跳閘后故障桿塔的快速定位、查找等方面研究不足。本文基于“缺陷放大”的思路，利用低熔點合金熔點低及導電性能好的特點，研制了輸電線路雷擊故障快速定位裝置，通過Matlab軟件計算并形成雙指數(shù)函數(shù)模型的雷電流波形圖，據(jù)此對定位裝置進行電流沖擊試驗，驗證了定位裝置的有效性。

關(guān)鍵詞：輸電線路;桿塔;雷擊故障;快速定位裝置;電流沖擊;熔融

引言

雷電是影響電網(wǎng)運行安全性和可靠性的重要因素，由于我國雷電現(xiàn)象較為頻繁，導致的電網(wǎng)雷擊故障頻發(fā)，嚴重危害電網(wǎng)供電的穩(wěn)定性。近年來，電力系統(tǒng)中低壓配電網(wǎng)遭受雷擊而產(chǎn)生故障的事例時有發(fā)生。當配電臺區(qū)遭受雷擊時，由于一次系統(tǒng)中通常安裝有避雷器，因此可以將雷電流導入地下，以確保一次系統(tǒng)的安全。但二次系統(tǒng)中設備的精度要求高、耐壓值較低，所以二次設備在發(fā)生雷擊時通常會發(fā)生損壞，導致二次系統(tǒng)無法正常運行。智能電網(wǎng)作為新時代電網(wǎng)的發(fā)展方向，近年來得到了廣泛的研究與應用。而因智能電網(wǎng)自身具有靈活性和交互性，一些新的防雷保護技術(shù)開始出現(xiàn)，并取得了較多的研究成果，如動態(tài)防雷技術(shù)等。在這些技術(shù)中，人工智能（ArtificialIntelligence，AI）技術(shù)經(jīng)過多年的發(fā)展已被證明具有良好的工程應用性能，因此被大量應用于電力系統(tǒng)狀態(tài)監(jiān)測領域。

1雷擊對于輸電線路的危害

雷擊故障是輸電線路損壞的主要原因，如果110kV輸電線路受到雷擊，路線會首先出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象、設備會因雷擊而遭到破壞，不僅如此，還有可能會對周邊居民的生命財產(chǎn)安全帶來巨大的威脅。經(jīng)過多項故障事故的分析來看，雷擊種類的差異會帶來線路不同的故障問題，舉例而言，多相故障一般就是雷電直擊導致的，但是單相故障的誘因則是雷電繞擊。假如將輸電線路的運用環(huán)境放在山林之中，在這種交通極不便利的地方，如若發(fā)生雷擊現(xiàn)象，將非常影響線路的巡視，對于之后的故障處理也是極為不利的。并且，雷擊發(fā)生之時一般都是伴隨著狂風暴雨出現(xiàn)的，這會對周邊樹木產(chǎn)生毀滅性影響，如果處理不當，就會帶來巨大的生命財產(chǎn)損失。

2定位裝置工作原理及制作

定位裝置由導電部分和熔融部分構(gòu)成。導電部分由鍍鋅扁鋼制成，能保障桿塔可靠接地，一旦線路發(fā)生過電流故障，過電流可通過導電部分流向大地;同時導電部分能對熔融部分起到支撐作用，在熔融部分熔化時，保證熔液從熔出口流出。熔融部分為低熔點合金由低熔點金屬Bi、Sn、Pb、Cd按照一定比例制成，低熔點合金熔點為70℃，當輸電線路遭受雷擊過電流故障時，過電流經(jīng)桿塔—定位裝置—引流板—接地引下線流向大地，使得桿塔與接地引下線之間的低熔點合金熔化流出，從而實現(xiàn)快速定位。

3線路與設備雷擊性能評估

實現(xiàn)雷擊故障的預測需要依靠智能防雷系統(tǒng)的感知、分析和預測功能相互協(xié)調(diào)和配合，將實時數(shù)據(jù)與歷史數(shù)據(jù)作為神經(jīng)網(wǎng)絡的訓練和分析數(shù)據(jù)。并依據(jù)網(wǎng)絡的拓撲關(guān)系搭建神經(jīng)網(wǎng)絡結(jié)構(gòu)，建立基于神經(jīng)網(wǎng)絡的雷擊故障預測模型。

4輸電線路的防雷保護措施

4.1更換新型絕緣子

當對線路進行絕緣能力剖析時，絕緣子是其中一個無法回避的話題，它不僅影響線路的絕緣性能，還左右著其抗雷擊能力。故而，在為線路擇取合適的絕緣子時，必須要依據(jù)實際情況展開擇取，對質(zhì)量問題一定要嚴格把關(guān)，扎實推進運營管理工作，必須要將一切有問題的絕緣子阻隔在工程之外。針對那些已然工作多年或者已經(jīng)老化的絕緣子，不但要對低值以下的絕緣子展開檢查，還要做到必要的更換。如果該地區(qū)經(jīng)常會出現(xiàn)雷擊，那么絕緣子就必須要采取一定程度的強化處理，最典型的做法就是在數(shù)量上進行擴充。通過對大量實例的分析可以發(fā)現(xiàn)，這種措施確實在一定程度上優(yōu)化了輸電線路的抗雷擊水平和絕緣性能，進而實現(xiàn)將跳閘事故率降到最低。就當前情況來看，110kV輸電線路中使用的都是合成絕緣子，這種合成物質(zhì)具有極高的強度、較輕的重量、清潔無污染等優(yōu)勢，并且它在維修層面上也是極為便利的，不過還是有一定的缺陷就是，當雷擊現(xiàn)象頻發(fā)時，極易出現(xiàn)跳閘，這一點還需要進一步的技術(shù)攻關(guān)。

4.2降低桿塔接地電阻

進行雷電防護的主要措施就是降低桿塔接地電阻，具體來講就是要借助減小桿塔的沖擊接地電阻，來提升抗雷能力，進而完成輸電線路的抗雷能力。從原理上來分析，該技術(shù)就是在硬件上優(yōu)化接地電極的外形和改變埋入深度等，來對接地電阻值進行修改。

（1）水平外延接地：這種措施一般只是針對特定的情況，也就是在該區(qū)域有水平放射的情況，一旦使用到水平放射技術(shù)，就會極大的提升施工的成本，這不但可以減小接地電阻，還能夠切實減小沖擊接地電阻。

（2）深埋式接地極：當線路所在位置地下深處土質(zhì)電阻率非常低時，一般使用的都是深埋式接地極，這樣做的好處就是可以有效的防雷。在埋設接地極的過程中，必須要科學的擇取埋設位置，并進行合理的參數(shù)設定，比如可以優(yōu)先擇取地下水比較高的地方、設置對口的地底接地設備等。

（3）填充降阻劑：有這樣一種情況，那就是在輸電線周圍找到了低電阻率物質(zhì)，這時技術(shù)人員就可以充分發(fā)揮它的價值了。在使用過程中，十分有必要進行全面的考慮，進一步確定該物質(zhì)是否具有低電阻率、較小的流失率、良好的經(jīng)濟價值、施工便捷等特性。假如施工現(xiàn)場周圍沒有這種物質(zhì)，那么技術(shù)人員可以人為的添加降阻劑，這樣做的目的也是使其具有較強的降阻特性。

4.3架設耦合地線

架設耦合地線措施從操作上來看，就是在輸電線的導線下面，多加一根用于接地的線路，以此來完善輸電線路抗雷擊的能力，同時避免輸電線路出現(xiàn)反擊跳閘的現(xiàn)象。一般情況下，這種措施的使用只是針對接地電阻比較高的輸電線路。借助耦合地線，一來，能夠加強導線與地線兩者的耦合效應，如此一來，當出現(xiàn)雷擊現(xiàn)象時，線路上就能夠發(fā)出更強的感應電壓了，以此緩解絕緣子串自身受到的沖擊電壓;二來，能夠減小桿塔的分流系數(shù)，當前接地電阻的數(shù)值達到一定界限之后，來自雷電的電流會由接地裝置來散流，以此來控制塔頂?shù)碾娢徊煌黄埔欢ㄉ舷?。還有一點值得注意的是，在輸電線兩邊的耦合地線，能夠加強地線的屏蔽性能，這將能夠有效地避免雷電繞擊事故的產(chǎn)生。在鋪設耦合地線時，有很多技術(shù)環(huán)節(jié)都需要注意一下，比如要精準設置桿塔結(jié)構(gòu)、控制強度、考察實際的地形地貌等，目的就是將耦合地線與地面之間的距離進行精準校核，做好它和導線之間的相關(guān)配合工作，進而使得耦合地線架設科學合理符合實際。

結(jié)語

本文基于“缺陷放大”的思路，利用低熔點合金的熔點低及導電性能好的特點，對傳統(tǒng)桿塔與接地引下線引流板之間的連接點進行改進，研制了輸電線路雷擊故障快速定位裝置。通過雷電流沖擊試驗驗，驗證了該定位裝置的有效性。

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