直流输电系统的防雷保护

直流输电系统的防雷保护

栾荣荣

（国网临汾供电公司山西临汾041000）

摘要：直流输电系统承担着我国大部分的输电任务，但是在输电过程中会遇到雷电的攻击，对我国输电造成很大的损失，所以对于直流输电系统的防雷保护显得尤为重要。文章直流输电系统和雷击闪络的概念特征以及耐雷性进行阐述，并结合我国直流输电的雷击故障运行经验来谈谈直流输电系统的防雷保护措施。

关键词：直流输电；交流输电；防雷

人们生活水平的提升，使各种家电进入家庭，进入新时期，不论是国家建设，还是人民生活，均离不开电力，整体用电量不断增加，输电线路负荷不断加重，给供电单位提出更高的要求，只有全面提升输送电力装机容量，才能达到电压标准，满足人们日益增长用电需求。供电过程中，直流电输送非常关键，对技术要求标准较高，运行时需要不断做好维护与保养，才能保证供电用电安全稳定，为人们提供优质电源。做好直流输电系统防护非常重要，对行业来说是一个值得研讨的重点课题。

一、直流输电的概念

经济快速发展，推动了各行业不断进步，特别是随着我国对实体加工业的重视程度提高，加工生产能力不断得到提升，能源需求量越来越多，对能源体系建设提出更高的要求。电力是当前应用最为普遍的能源，广泛应用到社会各个行业，存在于人们日常工作与生活，电力安全关系到国计民生，只有不断提升技术能力，推动安全管理，才能有效维护电力良好运行，推动经济建设与发展。电力运行过程中，技术多元化，其中直流输电系统运行情况对整个电力系统影响较大，因为直流输电设备工作环境恶劣，常年露天运行，受自然因素影响大，常常会导致各类故障，影响正常供电用电，故障率较高。文章通过对故障发生原因的分析，进一步提出针对性强的预防、改进措施与方法，以此消除故障缺陷，保证供电，维护用电安全。

直流输电是将通过整流器的交流电转换成直流电输送到各个受电端，然后再通过逆变器将直流电转换成交流电输送至交流电网的一种输电方式。它具有调节速度快、运行可靠、线路投资少等优点，主要是应用于大范围远距离的输电。

二、直流输电系统的运行特征

直流输电和交流输电是输电系统中的两大输电方式，相比于交流输电系统，直流输电系统的运行特征主要有技术性能和经济性两个方面[1]。

1.直流输电系统的技术性能

（1）功率运输的特征

稳定问题是实现电力系统安全性的最主要问题，为了实现输电的稳定，一般都采取静补和串补、调相机等方法，有时也会采用提高输电电压的方法。但是在直流输电系统中，没有功角和相位，所以只要直流输电系统的技术指标合格，就可以实现电力的稳定传输。这是直流输电系统运行相比较交流输电系统最大的特征。

（2）调节作用

当系统发生故障，直流输电会在最快的时间进行响应和调节，以提高系统的稳定性。

（3）恢复能力

直流输电系统在发生直流单极故障的时候只需要不到0.35秒的时间即可恢复。而交流输电系统则需要0.6～1秒的时间恢复。

（4）功率控制

在进行直流输电的时候，可以实现全自动控制，而交流输电系统则需要工作人员进行人工调控。

2.直流输电系统的经济性

直流输电系统中，它具有输电线路成本投入低的特点，因为在进行大范围大功率长距离的输电过程时，输电线路中不需要架设中间开关站进行调节，线损也相对较小，所以输电线路投入较低。

三、直流输电系统中雷击闪络概念及特性

直流输电系统雷击闪络主要是指一些固体的绝缘子周围的电介质被雷击穿后，固体表面发生放电的现象。直流输电系统的雷击闪络由于雷击线路中的绝缘闪络后，发生接地故障，直流输电系统的自动控制系统就会进行保护，将整流侧上的触发角西东160度左右，使得整流站转变成逆变站，故障电流下降到零，在一段时间后，直到故障点息弧，然后再重新启动直流输电系统恢复正常的输电。

四、直流输电系统的耐雷性

1.耐雷指标

在交流输电系统中，从两侧的断路器跳开来切断发生故障的电流，断路器的设备会对断闸的次数有要求，当跳闸或断闸次数超过一定的数量后，工作人员需要对断路器的性能进行停电检修。因此，雷击跳闸率就成为了交流输电系统中的耐雷指标[2]。另外由于发生绝缘闪络时电弧的作用，会烧坏线路的绝缘子，这也是交流输电系统控制雷击跳闸率的因素之一。但是直流输电系统则是以整流侧的移相来切断故障电流的，对于控制整流侧没有次数上的要求，所以直流输电系统中不用雷击闪络率来作为耐雷指标。在发生绝缘闪络时，直流系统中的短路电流也比较大，会烧坏绝缘子，故障发生后工作人员需要进行故障点的寻找，更换绝缘子，因此直流输电系统中的雷击闪络率不能过高。

2.雷击闪络危害

相比较交流系统，直流系统在发生雷击闪络的危害性小得多。但因为不管是交流系统还是直流系统，在发生闪络后都必须进行维修，寻找故障点，所以维修的工作量是差不多的。关于直流输电系统中的特高压直流，因为特高压直流的输电容量一般都要远大于±500kV，所以当它发生雷击闪络后会对两侧的交流网形成干扰[3]。

五、直流输电系统的防雷保护措施

直流输电系统是我国电力系统中不可缺少的部分，但是在直流输电系统进行输电的过程中，经常会遭到雷电的攻击，造成巨大的经济损失，所以对直流输电系统进行防雷保护措施是非常关键的一个任务。对于防雷措施，主要从以下两个方面进行：

1.对高压直流系统的防雷保护

（1）减少绕击闪络率

减少绕击闪络率主要是减小避雷线的保护角。如果避雷线采用负角度的保护角，它不会因为两根避雷线之间的距离太大而产生中相绕击问题，所以在高压直流线路安装避雷线的时候要尽可能地采取小的保护角，或者根据不同地形条件来确定避雷线的保护角。

（2）减少反击闪络率

减少反击闪络率主要是减小接地电阻和增加线路的绝缘性。由于电磁环境的要求，高压直流系统的绝缘子要比较长，而且导线极的间距比较大，使得线路的绝缘水平较高。而对于一些特殊的双回高压直流系统线路，因为导线和横担之间的距离不会受到其他因素的影响，所以一般杆塔设计较小。

2.对换流站的防雷保护

（1）对直击雷的防护

根据我国换流站的保护措施，主要有避雷针、避雷线，但在大多数情况下都是采用避雷针混合避雷线的方法[4]。正确的设计和安装避雷针、避雷线的换流站，对于提高对直击雷的防护效果是非常有利的。但是在直流换流站的布置上则就相对比较复杂。

（2）对侵入波的防护

在高压直流换流站中，雷电过压区可分为换流站交流侧、换流区段、换流站直流开关场区段三个区域。

高压直流的换流站在设备上的雷电过电压通常来自于雷电的侵入波，是从直流输电线路以及接地极传进的。交流侧产生过电压的原因和交流输电相同，因此可以参照交流系统中的防雷设计。因为在换流站有很多的交流滤波器以及电容器组，他们对过电压产生阻尼作用，使过电压比常规交流变电站要小。直流侧设备上的雷电过电压则是经过直流线路传进的。直流输电系统上的雷电侵入波，由避雷器限制传递到雷电过电压，再由避雷器进行限制。对于接地极线路的侵入波，一般由冲击吸收电容器进行限制，它对于陡冲击波的限制效果是非常大的。在进行中性母线的防雷设计时应该要注意单极金属返回的运行模式下的侵入波过电压。在进行避雷器安装时，根据具体情况进行仿真计算确定。

六、结语

在进行直流输电的时候，要特别注意进行防电保护，采取多种方式综合预防的办法，严格按照防雷标准和防雷程序进行防雷，并且要运用现代化的防护设备，最大程度上确保直流输电系统的安全。

参考文献：

[1]张翠霞，葛栋，殷禹.直流输电系统的防雷保护[J].高电压技术，2008，10：2070-2074.

[2]高小刚.直流输电线路防雷保护特性研究[D].长沙理工大学，2012.

[3]王磊，黄文，朱小兰.浅谈电力系统防雷措施[J].大家，2011，19：122.

[4]牛灵慧.电力系统防雷措施研究[J].河南城建学院学报，2011，01：61-65.