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摘要：±800kV特高压直流输电线路能有效促进我国经济的发展，同时也有利于西电东送战略布局中远距离的传输。文章对特高压直流输电线路雷击的暂态识别进行阐述，对产生的故障进行了分析，并提出了相关建议。
关键词：特高压；直流输电线路；雷击；暂态识别；电力故障 文献标识码：A
中图分类号：TM733 文章编号：1009-2374（2016）28-0130-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.065
±800kV特高压直流输电线路的发展对我国的经济发展有着重要的作用，同时也对西电东送战略布局中远距离的传输有着十分重要的意义。但由于我国地域广阔，特别是偏远地区人口稀少、地理条件较为复杂、天气变幻莫测、输电线路距离较长、线路分布比较广泛及在高原环境下发生雷电的活动极其不规律，直流输电线路特别容易受到雷击。当发生了雷击输电线路时，会产生极其不稳定的脉冲波，对于研究雷击的暂态识别和故障分析有着重要的意义，必须正确地区分雷击造成输电线路是非故障性的、故障性的还是普通的短路现象等特性，只有正确且快速地做出识别和分析故障，才会对保护行波及暂态识别具有重要的意义。当±800kV特高压直流输电线路受到雷击时，如果在未发生故障的同时，极线上的电压行波在围绕着直流分量产生上下交替的变化，电压的行波在经过多次的折反射后，将迅速衰减为零，这个特征可以作为判断和识别雷击干扰的特征。雷击直流输电线路时产生的电压行波将会产生一定的变化，当雷击时造成了直流输电线路故障的情况下，电压行波会被突然的断开，这个过程相当于闭合电路状态，故障发生后，电压将会迅速地衰减；当雷击时未造成直流输电线路故障的情况下，电压行波会产生一定的波变换，数值与初始相等。根据这两种特性造成故障的方法可以进行识别，据此特征构造故障行波的识别方法。
1 ±800kV特高压直流输电线路雷击的暂态识别
1.1 雷电放电的主要原理
雷电对直流输电线路放电的过程与传统的交流输电线路有所不同，由于直流输电线路分为正、负极两极，其正、负极有着相反的极性，而雷电放电过程产生的电流基本上都是负极性，根据同极性相互排斥、异极性相互吸引的极性原理，雷电放电产生的负极性电流通常会向直流输电线路正负极中的正极放电，导致直流输电线路正负极电流不一致，这个过程将会对线路产生一定的影响，甚至会出现故障，但故障并不是单方面的，包括雷击导致的未发生故障和发生故障的现象。
1.2 雷击未发生故障的暂态特征
当雷击±800kV特高压直流输电线路未发生故障时，其雷击的地方所呈现出来的线路波阻抗始终是连续的，雷击点的波形是不存在折反射现象的，较高频率的雷击波在直流输电线路的两个端点的折反射一定程度上造成了线模与轴线之间存在一定的电压差，在暂态电压中有着丰富的高频分量，高频段上有着比较明显的暂态电压，这种未发生故障的高频雷击波能量随着时间在逐渐消耗，波的幅值也在逐渐衰减，且雷电波的频率越高其衰减的速度就越快。由于雷击直流输电线路时产生的雷电波的低频分量比较小，其在线路中的折反射现象的暂态电压低频分量也比较小。因此，雷击特高压直流输电线路未发生故障时，其雷电波的暂态电压低频分量较小，在线路上的折反射逐渐在衰减，线路两端的雷电波呈现出的电压变化也是一致的。通过这种雷击暂态识别的方法，就可以简便地分析和判断出是否在雷击时直流输电线路发生了故障。
1.3 雷击发生故障的暂态特征
当雷击±800kV特高压直流输电线路发生故障时，其雷击的地方所呈现出来的线路波阻抗不是呈连续的，雷击点的波形有着明显的折反射现象，雷击时雷电波电压远远大于线路的闪络电压，直至造成短路故障的现象。发生短路故障的暂态电压分量包括雷电波和接地短路两种形态，在雷电波高频段的开始部分，雷电波非常活跃，各段的雷电波含量都比较高。而当雷击发生短路现象后，雷电波被瞬间截断，具有高频能量的雷电波在快速衰减，具有中低频段能量的雷电波也在快速衰减，逐渐转化成为普通短路故障的特征。雷击发生故障与普通的短路故障有着明显的不同，在高频段上雷电波的作用比较明显，暂态电压情况下的高频段上的能量也明显比普通短路故障时要高出很多，随着雷电流在不断减小，高频的能量也会不断减小。通过这种分析和判断方法，就可以判断在雷击直流输电线路时发生的是雷击故障还是普通的短路故障。
1.4 普通短路故障的暂态特征
±800kV特高压直流输电线路发生接地普通短路故障时，与雷击故障导致的短路现象有着明显的不同，因没有了雷电波的作用，故其暂态电压所呈现出来的高频分量能量远远低于雷击时发生故障的情况，线路中的高频分量以更快的速度在衰减，具有中低频段能量的雷电波也以更快的速度在衰减，逐渐转化成为普通短路故障的特征，这点与雷击发生故障时比较相似。通过这种暂态识别的方法，就可以简便地分析和判断出直流输电线路发生故障是雷击故障还是普通接地短路故障的区别，从而可以更好地进行维修和保养。
2 ±800kV特高压直流输电线路雷击的故障分析
2.1 雷击未发生故障的特征分析
当雷击发生未对±800kV特高压直流输电线路造成故障时，在雷击輸电线路点处相当于叠加了未知的一个电流源，由于没有发生线路故障，在雷击输电线路点处并没有形成一定的故障电流通道。例如，在±800kV特高压直流输电线路采取雷击电磁的暂态仿真模拟，设定频率为20kHz，在离线路一端整流保护的安装处300公里，发生雷击但没有出现故障。根据分析可以得到，在保护的安装处发现极短时间电压各极发生着交替变化，雷电波的干扰对电压暂态状态下的分量相对稳态，雷电波电压分量逐渐降低至相对稳态的状态，没有发生短路的情形。雷击输电线路分为反击和绕击，但其在雷击未发生故障时两种雷击方式有着不同之处，雷电反击未发生故障时，特高压直流输电线路受到雷电波的干扰，呈现出了比较相似的变化电压；而雷电绕击未发生故障时，雷电波的干扰下呈现出比较相反的变化电压。通过分析得知，±800kV特高压直流输电线路受雷击未发生故障时，由于没有产生一定的故障电流，电压扰动分量在雷电波的影响下呈现的状态较小，电压波形的暂态分量在交替变化下迅速衰减到原有的状态，进而可以很直观地进行故障的分析。 2.2 雷击发生故障的特征分析
当雷击发生对±800kV特高压直流输电线路造成故障时，这个过程中一般可以分三个阶段进行：第一个阶段就是特高压直流输电线路遭到雷电袭击的过程，也就是雷电流输入直流输电线路正极的阶段；第二个阶段就是输电线路两端形成暂态电压的过程；第三个阶段就是输电线路两端形成的电压差超出了一定的耐受电压范围时，雷击的过程就会使线路发生故障，这也就一定程度与普通短路故障特征相一致。例如，在±800kV特高压直流输电线路采取雷击电磁的暂态仿真模拟，在离线路一端整流保护的安装处300公里，发生雷击出现故障，根据分析可以得到，电压波形与雷击没有发生故障时有着不同的地方，在保护的安装处发现故障极电压极短时间内承受着雷电作用，这和雷击没有发生故障时也有着比较相似的雷电波形，由于对电磁耦合的作用，雷击主要对直流输电线路的正极产生影响，雷电压的波形幅值在下降的同时，在线路的正负极产生了大量的频率不同的电压暂态分量，故障极电压与健全极电压呈现出不同性。雷击的反击和绕击故障相比呈现的波形变化基本上有着一致的趋势，只有反击故障产生的电压比绕击故障产生的电压幅值高的区别。
2.3 普通短路故障的特征分析
当雷击发生对±800kV特高压直流输电线路造成故障或者发生了普通短路故障时，故障出现的地方会产生一定的故障电流，将会使电压保护的安装处所测量的电压发生急速下降，从而使故障极的电压波形出现了过零现象。例如，在±800kV特高压直流输电线路发生普通的接地短路故障时，在离线路一端整流保护的安装处300公里发生正极普通故障，根据分析可以得到，普通的短路故障会与雷击发生故障有所不同，在没有雷电流产生的作用下，虽然也有同雷击故障相似的正负极引起的交替发生变化暂态分量，但其电压的暂态分量幅值和含量都不如雷击发生故障时那么明显。从以上的三种形态分析可以得出，在雷击发生故障和普通故障的情况下，由于发生的故障电流有入地通道，在电压保护的安装处通过测量会得到故障极的电压波形都呈现出波形急速下降并与线轴出现相交合的特征。发生故障极的电压将逐渐背离正常状态下的稳态轴线，与轴线电压的相关度较小；而健全极的电压却一直稳定在正常轴线上，与轴线电压的相关度较大，从而可以根据正常与故障电压与其轴线相关度进行对雷击未发生故障、发生故障或普通故障进行有效的分析和识别，进一步判断出故障极。雷击发生故障与普通短路故障相比较，雷电在线路上产生的波形状态都会有变化比较明显的电压暂态分量，而普通短路故障不会呈现出这一点。
3 结语
综上所述，通过对特高压直流输电线路雷击暂态识别与故障分析得知，对于雷击发生短路故障或者普通短路故障，故障极的形态波呈现出被截断的特征，线路故障极的电压形态波呈现出逐渐下降的趋势，而线路健全极的电压形态波在一段时间内会逐渐呈现上升的趋势，两极的形态波的电压分量极性正好相反；对于雷击没有发生故障时，电压的形态波呈现出没有被截断的特征，故障极与健全极的电压形态波变化是一致的，两极的形态波的电压分量的极性正好相同。因此，±800kV特高压直流輸电线路在受到雷击而没有发生故障或者普通短路故障时，其线路极线上的电压波会发生交替的变化，与其相关联的轴线电压是一致的，这种特征可以作为识别雷击线路干扰的判断依据；雷击发生故障时，其线路极线上的电压波会有大量的高频率分量存在，也会迅速进行衰减。这种识别和分析雷电波的方法具有很高的可靠性，操作简单、直观清晰，为雷击暂态识别和故障分析提供可靠的依据。
作者简介：王维（1989-），男，吉林吉林人，中国南方电网超高压输电公司昆明局助理工程师，研究方向：输电线路。
（责任编辑：秦逊玉）
关键词：特高压；直流输电线路；雷击；暂态识别；电力故障 文献标识码：A
中图分类号：TM733 文章编号：1009-2374（2016）28-0130-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.28.065
±800kV特高压直流输电线路的发展对我国的经济发展有着重要的作用，同时也对西电东送战略布局中远距离的传输有着十分重要的意义。但由于我国地域广阔，特别是偏远地区人口稀少、地理条件较为复杂、天气变幻莫测、输电线路距离较长、线路分布比较广泛及在高原环境下发生雷电的活动极其不规律，直流输电线路特别容易受到雷击。当发生了雷击输电线路时，会产生极其不稳定的脉冲波，对于研究雷击的暂态识别和故障分析有着重要的意义，必须正确地区分雷击造成输电线路是非故障性的、故障性的还是普通的短路现象等特性，只有正确且快速地做出识别和分析故障，才会对保护行波及暂态识别具有重要的意义。当±800kV特高压直流输电线路受到雷击时，如果在未发生故障的同时，极线上的电压行波在围绕着直流分量产生上下交替的变化，电压的行波在经过多次的折反射后，将迅速衰减为零，这个特征可以作为判断和识别雷击干扰的特征。雷击直流输电线路时产生的电压行波将会产生一定的变化，当雷击时造成了直流输电线路故障的情况下，电压行波会被突然的断开，这个过程相当于闭合电路状态，故障发生后，电压将会迅速地衰减；当雷击时未造成直流输电线路故障的情况下，电压行波会产生一定的波变换，数值与初始相等。根据这两种特性造成故障的方法可以进行识别，据此特征构造故障行波的识别方法。
1 ±800kV特高压直流输电线路雷击的暂态识别
1.1 雷电放电的主要原理
雷电对直流输电线路放电的过程与传统的交流输电线路有所不同，由于直流输电线路分为正、负极两极，其正、负极有着相反的极性，而雷电放电过程产生的电流基本上都是负极性，根据同极性相互排斥、异极性相互吸引的极性原理，雷电放电产生的负极性电流通常会向直流输电线路正负极中的正极放电，导致直流输电线路正负极电流不一致，这个过程将会对线路产生一定的影响，甚至会出现故障，但故障并不是单方面的，包括雷击导致的未发生故障和发生故障的现象。
1.2 雷击未发生故障的暂态特征
当雷击±800kV特高压直流输电线路未发生故障时，其雷击的地方所呈现出来的线路波阻抗始终是连续的，雷击点的波形是不存在折反射现象的，较高频率的雷击波在直流输电线路的两个端点的折反射一定程度上造成了线模与轴线之间存在一定的电压差，在暂态电压中有着丰富的高频分量，高频段上有着比较明显的暂态电压，这种未发生故障的高频雷击波能量随着时间在逐渐消耗，波的幅值也在逐渐衰减，且雷电波的频率越高其衰减的速度就越快。由于雷击直流输电线路时产生的雷电波的低频分量比较小，其在线路中的折反射现象的暂态电压低频分量也比较小。因此，雷击特高压直流输电线路未发生故障时，其雷电波的暂态电压低频分量较小，在线路上的折反射逐渐在衰减，线路两端的雷电波呈现出的电压变化也是一致的。通过这种雷击暂态识别的方法，就可以简便地分析和判断出是否在雷击时直流输电线路发生了故障。
1.3 雷击发生故障的暂态特征
当雷击±800kV特高压直流输电线路发生故障时，其雷击的地方所呈现出来的线路波阻抗不是呈连续的，雷击点的波形有着明显的折反射现象，雷击时雷电波电压远远大于线路的闪络电压，直至造成短路故障的现象。发生短路故障的暂态电压分量包括雷电波和接地短路两种形态，在雷电波高频段的开始部分，雷电波非常活跃，各段的雷电波含量都比较高。而当雷击发生短路现象后，雷电波被瞬间截断，具有高频能量的雷电波在快速衰减，具有中低频段能量的雷电波也在快速衰减，逐渐转化成为普通短路故障的特征。雷击发生故障与普通的短路故障有着明显的不同，在高频段上雷电波的作用比较明显，暂态电压情况下的高频段上的能量也明显比普通短路故障时要高出很多，随着雷电流在不断减小，高频的能量也会不断减小。通过这种分析和判断方法，就可以判断在雷击直流输电线路时发生的是雷击故障还是普通的短路故障。
1.4 普通短路故障的暂态特征
±800kV特高压直流输电线路发生接地普通短路故障时，与雷击故障导致的短路现象有着明显的不同，因没有了雷电波的作用，故其暂态电压所呈现出来的高频分量能量远远低于雷击时发生故障的情况，线路中的高频分量以更快的速度在衰减，具有中低频段能量的雷电波也以更快的速度在衰减，逐渐转化成为普通短路故障的特征，这点与雷击发生故障时比较相似。通过这种暂态识别的方法，就可以简便地分析和判断出直流输电线路发生故障是雷击故障还是普通接地短路故障的区别，从而可以更好地进行维修和保养。
2 ±800kV特高压直流输电线路雷击的故障分析
2.1 雷击未发生故障的特征分析
当雷击发生未对±800kV特高压直流输电线路造成故障时，在雷击輸电线路点处相当于叠加了未知的一个电流源，由于没有发生线路故障，在雷击输电线路点处并没有形成一定的故障电流通道。例如，在±800kV特高压直流输电线路采取雷击电磁的暂态仿真模拟，设定频率为20kHz，在离线路一端整流保护的安装处300公里，发生雷击但没有出现故障。根据分析可以得到，在保护的安装处发现极短时间电压各极发生着交替变化，雷电波的干扰对电压暂态状态下的分量相对稳态，雷电波电压分量逐渐降低至相对稳态的状态，没有发生短路的情形。雷击输电线路分为反击和绕击，但其在雷击未发生故障时两种雷击方式有着不同之处，雷电反击未发生故障时，特高压直流输电线路受到雷电波的干扰，呈现出了比较相似的变化电压；而雷电绕击未发生故障时，雷电波的干扰下呈现出比较相反的变化电压。通过分析得知，±800kV特高压直流输电线路受雷击未发生故障时，由于没有产生一定的故障电流，电压扰动分量在雷电波的影响下呈现的状态较小，电压波形的暂态分量在交替变化下迅速衰减到原有的状态，进而可以很直观地进行故障的分析。 2.2 雷击发生故障的特征分析
当雷击发生对±800kV特高压直流输电线路造成故障时，这个过程中一般可以分三个阶段进行：第一个阶段就是特高压直流输电线路遭到雷电袭击的过程，也就是雷电流输入直流输电线路正极的阶段；第二个阶段就是输电线路两端形成暂态电压的过程；第三个阶段就是输电线路两端形成的电压差超出了一定的耐受电压范围时，雷击的过程就会使线路发生故障，这也就一定程度与普通短路故障特征相一致。例如，在±800kV特高压直流输电线路采取雷击电磁的暂态仿真模拟，在离线路一端整流保护的安装处300公里，发生雷击出现故障，根据分析可以得到，电压波形与雷击没有发生故障时有着不同的地方，在保护的安装处发现故障极电压极短时间内承受着雷电作用，这和雷击没有发生故障时也有着比较相似的雷电波形，由于对电磁耦合的作用，雷击主要对直流输电线路的正极产生影响，雷电压的波形幅值在下降的同时，在线路的正负极产生了大量的频率不同的电压暂态分量，故障极电压与健全极电压呈现出不同性。雷击的反击和绕击故障相比呈现的波形变化基本上有着一致的趋势，只有反击故障产生的电压比绕击故障产生的电压幅值高的区别。
2.3 普通短路故障的特征分析
当雷击发生对±800kV特高压直流输电线路造成故障或者发生了普通短路故障时，故障出现的地方会产生一定的故障电流，将会使电压保护的安装处所测量的电压发生急速下降，从而使故障极的电压波形出现了过零现象。例如，在±800kV特高压直流输电线路发生普通的接地短路故障时，在离线路一端整流保护的安装处300公里发生正极普通故障，根据分析可以得到，普通的短路故障会与雷击发生故障有所不同，在没有雷电流产生的作用下，虽然也有同雷击故障相似的正负极引起的交替发生变化暂态分量，但其电压的暂态分量幅值和含量都不如雷击发生故障时那么明显。从以上的三种形态分析可以得出，在雷击发生故障和普通故障的情况下，由于发生的故障电流有入地通道，在电压保护的安装处通过测量会得到故障极的电压波形都呈现出波形急速下降并与线轴出现相交合的特征。发生故障极的电压将逐渐背离正常状态下的稳态轴线，与轴线电压的相关度较小；而健全极的电压却一直稳定在正常轴线上，与轴线电压的相关度较大，从而可以根据正常与故障电压与其轴线相关度进行对雷击未发生故障、发生故障或普通故障进行有效的分析和识别，进一步判断出故障极。雷击发生故障与普通短路故障相比较，雷电在线路上产生的波形状态都会有变化比较明显的电压暂态分量，而普通短路故障不会呈现出这一点。
3 结语
综上所述，通过对特高压直流输电线路雷击暂态识别与故障分析得知，对于雷击发生短路故障或者普通短路故障，故障极的形态波呈现出被截断的特征，线路故障极的电压形态波呈现出逐渐下降的趋势，而线路健全极的电压形态波在一段时间内会逐渐呈现上升的趋势，两极的形态波的电压分量极性正好相反；对于雷击没有发生故障时，电压的形态波呈现出没有被截断的特征，故障极与健全极的电压形态波变化是一致的，两极的形态波的电压分量的极性正好相同。因此，±800kV特高压直流輸电线路在受到雷击而没有发生故障或者普通短路故障时，其线路极线上的电压波会发生交替的变化，与其相关联的轴线电压是一致的，这种特征可以作为识别雷击线路干扰的判断依据；雷击发生故障时，其线路极线上的电压波会有大量的高频率分量存在，也会迅速进行衰减。这种识别和分析雷电波的方法具有很高的可靠性，操作简单、直观清晰，为雷击暂态识别和故障分析提供可靠的依据。
作者简介：王维（1989-），男，吉林吉林人，中国南方电网超高压输电公司昆明局助理工程师，研究方向：输电线路。
（责任编辑：秦逊玉）