架空配电线路感应雷过电压防护研究

架空配电线路感应雷过电压防护研究

陈宇新

佛山市南海多宝电力电器安装有限公司，广东 佛山， 528200

摘要：架空配线电路作为电网传输电能的重要构成，在电力系统作业中发挥着重要作用。随着系统的发展，电网结构越发的复杂，同时系统容量增加，伴随雷电天气容易出现雷击事故，造成系统故障，影响电网的有效运行。本文基于此对架空配电线路出现的感应雷过电压进行分析，针对当前的防护技术提出对应的防护措施，意在保障供电可靠性，推动电网长足发展。

关键词：架空配电箱；感应雷过电压；防护研究

引言：电力行业不断发展，我国现代化发展做出了贡献。国民经济的提升，使得配电网进一步覆盖客户，供电量不断的增长，使得社会发展更加依赖配电网。日常存在的雷击跳闸问题成为电力企业难以解决的问题，雷电的冲击会产生高强度电磁脉冲现象，对电力系统造成严重的破坏，对线路造成影响，对此分析感应过电压，为配电线路防雷工程提供参考，为电力系统防雷工作完善提供指导。

一、雷电放电过程以及感应雷过电压形成机理

雷电通常伴随着降雨天气，也存在雨雪天气出现雷电的现象。在所有类型的闪电中，云对地闪电会造成雷击点周围的绝缘水平较低的配电线路出现闪络，对线路的运行造成影响。

（一）雷电放电过程

雷电放电过程中存在于云层内部，是基于极性相反的电荷产生的现象。对于配电线影响较为严重的情况，被称为地闪。自然界中的雷电现象含有大量的负电荷，并且放电分成三个阶段；首先是先导放电，是云中积累大量负极性电荷，当电场强度超出临界场，产生云地之间的放电通道；主放电阶段是负电荷持续传播后，通道愈发接近地面时，电场强度进一步增大，导致地面聚集大量的正电荷，并向天空发展。当这种电流与先导放电相遇后，形成中和现象，称为主放电现象，也称为回击；等到主放电阶段结束后，剩余的电荷会通过通道继续移动，产生余晖放电，电流较小时间较短，可以忽视。因惠及电流的电磁脉冲强度最大，对线路的危害也最大。为了探究累积对配电线路的影响，选择回击电流作为研究对象。

（二）感应雷过电压的形成机理

当处于下行先导时，通道与云地之间形成电场，当线路位于此时，静电感应作用，吸引正电荷接近先导通道，而线路的负电荷相反运动，线路两侧正负电荷持续运动。但是由于先行下导产生的放电速度较慢，也影响电荷聚集速度，使得电流较小，产生的电场与负电荷放电产生的电场相互平衡抵消，使得导线能够保持地电位；主放电则是下行通道负电荷与正电荷中和，削弱电场并向线路量测传播电压，因速度过快形成较大的电压波，也就是感应雷过电压的静电分量。雷电流冲击处于主放电阶段，于通道周围产生磁场，经过导线与大地回路，产生感应电势，为电磁感应分量。

二、配电线路感应雷过电压模型与计算

因配电线路本身的电压较低，造成绝缘水平不高，面对雷雨天气，极易受到雷电的影响。线路感应雷过电压的仿真计算已经有较为完备的理论，通过不同模型计算，可以获得具体参数。设置雷电放电线路与雷击点的位置，具体如图一所示。点A为距离雷击点最近的原点，雷击点平行于线路，并朝向点B靠拢，x轴的方向水平前进。

图一 线路与雷击位置

使用Bergeron模型作为计算应用的模型，依据图二展示的关系，电压关系应为： ；其中U_indA（t）和U_indB（t）作为线路感应雷过电压，从A、B两点出发，Z作为线路的特性阻抗。根据图二模型搭建感应雷过电压线路的仿真模型，对其进行仿真计算。

图二 线路Bergeron模型

（一）感应雷过电压仿真计算

设置初始条件为1000m，高度为10m，设置雷电流幅值为30kA，回击速度在107m/s，线路按照A-C点，参考图一。经过仿真计算后，分析不同距离产生的感应雷过电压幅值的具体参数，结果表明线路A点0m位置产生的电压复制最大。为了对结果进行验证，通过公式计算，并将结果与仿真结果相互对比。电压幅值计算公式为 ；依据公式将具体路线获得的感应雷过电压幅值代入，获得的数据为5.939kV,与实际参数之间的误差较小^[1]。

依据电压沿线分布的实际情况，按照不同的时间段，分别取5μs、10μs...40μs，根据同一时间线路获取点A处产生的过电压幅值，并且幅值跟随距离增大产生变化，呈现减小的趋势，距离增大达到一定程度后，出现了过电压反向现象。

（二）线路感应雷过电压幅值与雷击点之间的关系

雷击点在线路上不同的位置，对于感应雷过电压也产生影响。对不同位置的雷击点进行仿真计算，可以获取不同雷击点的实际电压幅值。经过试验对比，可以获得的信息是，线路距离雷击点较近时，产生的感应雷过电压幅值参数最大，并且随着线路周围雷击点的距离变换大小，也就是说距离雷击点与线路中点最近的位置，产生的电压幅值最大，需要对其加强防雷措施研究。

三、感应雷过电压防护技术对比分析

针对上述对感应雷过电压的仿真计算，可以采取安装避雷器等设备，来对配电线路进行防雷改造，提升线路的防雷性能。但是基于80%的配电线路故障都源于雷击，并且主网防雷等级较高，不会受到电压影响。因此，在为配电线路设置雷电防护系统时，不能简单的照搬以往的经验，需要针对当地的实际雷电情况，选择最佳的杆塔与方案，保证技术方案与防雷功能相匹配。

针对某地存在的雷电情况，可以看出在S地区雷电现象多集中于西部区域，并且在东西部存在较为频繁的雷电活动，在设置雷电保护方案时，将该地区作为雷电防护区域。对当地的雷电导致的线路跳闸次数进行统计，大概在140次左右，占据整体跳闸次数的42%。面对这种情况，35-110kV的输电线路都将受到影响，因此需要加强线路的防雷保护。对导致雷电跳闸的因素进行分析，得知当地的雷击与落雷密度大区域，并且出现的雷电活动次数较为频繁，当地处于高海拔地区，更容易引发雷雨天气。线路的绝缘水平低下，雷击后的线路产生的感应雷过电压已经远远超出线路本身的耐雷水平。同时，避雷器等设置存在老旧和被破坏的现象，降低对线路的保护，甚至会引发爆炸^[2]。

基于此采取的防雷措施，需要对不同的措施进行比对。尽管避雷器是最佳方案，但是其保护范围过小，安装存在接地电阻与接线等问题，不利于人员后期维护。绝缘子分为多种类型，能够根据不同的性能对输电线路进行保护，实际保护能力也存在差异。导弧绝缘子能够产生低于绝缘子串的放电电压，从而保护绝缘子串不受影响，保护线路的安全。绝缘横担作为线路支撑的绝缘部件，占据的空间小，安装便捷。在进行雷击跳闸率测试中有良好的应用效果。运行效率甚至能够高达20年以上，结合造价比与实用性进行比对，可以判定绝缘横担更适用于雷电防护。对于现阶段的方案，绝缘横担是优先选择，未来的因素影响，还需要结合不同因素进行多次对比，才能获得更准确的结果。

结论：综上所述，为了便于理解感应雷过电压形成，对其形成机理进行介绍。并对雷击点与线路不同位置产生的电压幅值进行计算。对具体采用的防护设施进行对比分析，为配电线路选择最佳的防雷方案。由于本文是针对某地区开展的研究，存在一定不足。对于方案是否适用于全国尚未可知，对于雷电防护技术依旧有待提升和研究，为电力系统稳定运行作出保障。

参考文献：

[1]汪敏.10 kV架空配电线路雷电防护措施研究[J].电工材料,2020(04):28-30.

[2]陈炜炜. 架空配电线路感应雷过电压计算与防护技术研究[D].昆明理工大学,2019.