中国能源建设集团广东省电力设计研究院有限公司510663
摘要：现阶段，要想对输电线路的抗雷性能进行很好、准确的评估，可以通过采用规程法、电气几何模型和先导发展模型。根据规定，线路旁路率的计算简单方便，适合工程；电气几何模型将雷电放电特性与线路的结构尺寸联系起来，这对于传统经验方法而言，有了重大进步；先导发展模型以更详细的方式考虑遇到上行链路和下行链路的发展的过程，并且对该过程进行初步的定量描述。与雷击物理过程更加接近，是未来研究输电线路绕击的重要发展方向。
关键词：绕击；输电线路；规程法；电气几何模型；先导发展模型
1.规程法
目前，我国输电线路防雷设计的主要依据是过电压保护规定。根据相关经验，旁击速率，即击中概率，以及防雷线对导体外导体的保护角度，塔的高度和沿线的地质条件可以根据近似公式[1]计算：
（对平原线路）
（对山区线路）
式中，——绕击率，是指雷击线中规避的比例；——保护角（o）；——杆塔高度（m）。
从上面的公式可以看出，山脉的绕行率约为平原线的3倍，换言之就是保护角度增加了8倍。
设置为线路旁路跳闸速率，可通过以下公式计算：
（flash/100km/a）
式中，——每年每100公里线路的雷击次数（按照40天的雷电日）（1/100km/a）；——雷电流幅度超过防雷等级的概率；——建弧率。
2.电气几何模型（EGM）
电气几何模型EGM（ElectricGeometryMethod）是一种几何分析的模型计算方法，是把线路的尺寸、结构等因素与雷电放电时的特点进行结合的方法。这种计算模型的原理就是当雷云发展到地面的先导排放通道的头部到达被击中物体的临界击穿距离——在撞击距离之前，命中点未定义，并且它在首先到达的对象的范围内，即，放射到对象。电气几何模型的突破是提出击球距离的概念，并通过击球距离描述每个导体和地面对闪电飞行员的闪电导向能力。因此，可以根据传输线的几何参数计算不同部位对雷电的吸引概率，并且概率与几何结构参数直接相关。当雷电流增加时，行程距离也增加，并且导线的闪电范围减小。电线完全屏蔽，雷电飞行员不会撞到电线，而是撞到闪电线或地面。根据上述原理，当导线被雷击时，雷电导线落在导线的雷电接收范围内，导致线路屏蔽失效。
图1显示了用于传输线屏蔽保护计算的电气几何模型的几何绘图分析。雷电流的闪电导向位置是曲线，弧段和分别以地线和导线为中心。具有导线冲击作为半径的弧线，是具有平行地面和地面撞击高度的直线。弧段是屏蔽弧段，位于上方的雷击将击中屏蔽线（闪电线）。电弧是传输线的外露弧，位于上方的避雷针将缠绕在电线上。位于直线上的雷击将撞击地面。随着雷电流的增加，行程距离逐渐增大，并且每个弧段（线段）的尺寸也相应地改变，并且线被击中的暴露的弧段越来越小。当雷电流增加到一定值时，与两点会出现重合。此时，相应的雷电流是可以绕过的最大雷电流，击距是最大击距，完全屏蔽掉了导线的位置。根据上述概念，如果，对绕击率的计算应按照下列公式进行：的计算如下：
图1输电线路雷电绕击的EGM示意图
绕击率（shieldingfailurerate）：
绕击闪络概率（shieldingfailureflashoverrate）：（per100km）
其中，——地闪密度（flash/km2/a）；——可以规避的最小雷电流约为2~3kA；——可发生绕击的最大雷电流（kA）；——导线的暴露距离（m）；——可发生绕击的临界雷电流（kA）；——雷电流大小的概率密度函数。
3.先导发展模型
长间隙排放研究使人们能够认真了解排放的发展过程和规律。观察负极性和棒间隙下的放电过程，破裂过程主要包括上杆连续导向的启动和发展以及导杆在接地棒上的引发和发展。飞行上下之间的相对运动和最终过渡。根据实验研究，Rizk提出了LeaderProgressionModel（LPM），用于传输线上的雷击。该模型认为：{56%：雷击是由下行的雷电飞行员和结构上产生的上游飞行的碰撞引起的，并引入了吸引半径和侧距的两个参数。这两个参数是雷电流大小和结构高度的函数。
在先导发展模型中，下行链路领导者总是垂直向下发展，并且从地面对象产生的上行链路领导者总是朝着向下领导者的头部移动；当下行链路导频报头的高度低于上行链路导频并且没有发生最终转换时，确定下行链路导频将不满足上行链路导频；上下行先导间的速度比取为1。当上导向器和下导向器或下降导向头与地面物体表面之间的平均场强达到500kV/m时，产生最终跳跃并作为确定最终过渡的基础。
图2输电线路屏蔽失效计算图解
Rizk认为，输电线路因为雷电绕击失效而产生雷击故障主要发生在档距而不是杆塔上。所以，如下图2中相似的水平导体结构对输电线路雷电绕击失效进行分析。
可以按照下列公式计算出线路屏蔽无效和闪络的次数：
4三种计算方法的分析
按照规程法计算线路旁击率，简单方便，适用于工程，并经实践检验。符合常规线路对于防雷屏蔽的设计要求，但也存在着诸多弊端。这是因为规程法主要是根据运行的经验以及综合的平均法来得出计算公式，而根据这一个公式没有较好的针对性，不能结合传输线路的实际情况及特性，对屏蔽失效等情况进行很好地解读。
电气几何模型比传统的经验方法向前迈出了一大步。但是电气几何模型也存在它的不足。经典的电气几何模型没有考虑放电的分散和其他因素对击距的影响，而是只站在先导对于避雷线、导线以及地面的击距是相等的情况下考虑，这显然是不合理的。
先导发展模型更接近雷击的物理过程，并且详细考虑了遇到上行链路和下行链路的发展的过程，并且最初定量地描述了该过程。这是研究输电线路雷击的一个重大进步。
结束语
采用规程法对线路旁击率进行计算简单方便，适用于工程；电气几何模型将雷电放电特性与线路的结构尺寸联系起来，这是传统经验方法的重大进步；先导发展模型以更详细的方式考虑遇到上行链路和下行链路的发展的过程，并且对该过程进行初步的定量描述。与雷击物理过程更加接近，是未来研究输电线路绕击的重要发展方向。
参考文献：
[1]交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[M].北京：中国电力出版社.1997.