摘要：如何全面的提高输电线路耐雷水平一直是电力行业的研究重点，在雷雨季节，雷电感应过电压在输电线路运行过程中频繁出现，对线路的安全稳定运行造成了巨大的影响。为了全面提高输电线路的运营性能，在输电线路设计建设过程中，对于感应过电压要进行充分的考虑。在这篇文章里，我们将通过对雷电感应过电压的相关概念的了解，分析架空线路感应雷过电压的机理，并结合仿真计算，研究其对输电线路耐雷水平造成的影响。
关键词：感应过电压；输电线路；耐雷水平
前言：随着我国交流高压电网的电压等级的不断升高，国标规程中的感应过电压的计算公式在交流高电压等级输电时，已不能正确反映实际感应过电压情况，需研究符合实际情况的感应过电压的计算方法，以作为防雷计算和防雷设计的依据。在一些工程设计中认为线路防雷不用考虑雷电感应过电压，但是随着我国输电线路的增多和雷电观测数据的丰富，输电线路设计也越来越重视感应过电压带来的影响。
1.输电线路感应雷过电压概念及防雷水平的衡量标准
输电线路感应雷过电压，指的是当雷闪发生在架空电力线路附近不远处时，虽然雷电没有直接击中线路，但会在导线上感应出大量的和雷云极性相反的束缚电荷，这就形成了雷电过电压。架空线路作为电能输送的重要通道，其范围广、长度大，在雷雨季节，极易受到雷击，是造成线路故障发生的重要原因，为了降低雷害，有必要对线路进行防雷，目前主要是通过架设避雷线和安装接地装置等。在衡量线路防雷水平时，通常采用线路耐雷水平和雷击跳闸率这两个参数。其中耐雷水平指的是线路遭受直接雷击尚不致引起绝缘闪络的最大雷电流值（kA）。雷击跳闸率是指折合为标准条件下雷击引起的线路跳闸次数。
2.感应过电压的产生
交流高压输电遇到雷电天气时，大地与云层呈现正负电荷分布。当发生地闪时，由于电磁感应作用，输电线路上将产生感应电压。雷电流的主放电阶段开始之前，负极性的雷电流沿着先导通道从云层向大地运动，此时，交流输电线路受到静电感应的影响，线路电场强度Ex分布，导线中电子向着先导通道两端流动，经交流输电线路的对地电导和变压器中性点流入大地，而先导通道中则形成了束缚电荷。
雷电流的主放电阶段，交流输电线路上将产生很高的感应过电压，感应过电压主要由静电分量和感应电磁分量两部分组成。在雷电的主放电阶段，先导通道上的束缚电荷被释放，并向着输电线路两端方向流动，这部分属于感应过电压的静电分量。与此同时，强大的雷电流将会在周围的空间产生很强大的磁场，由于电磁感应的作用，交流输电线路上也会感应出很高的过电压，这部分属于感应过电压的电磁分量。大多数情况下认为放电通道与交流输电线路垂直，此种情况下，电磁分量部分占比为静电分量的五分之一。
3.雷击导线附近大地时的感应电压
在对雷击导线附近大地造成的感应过电压进行计算分析时，需要建立两个模型，分别是雷击通道模型和电磁场对架空线的耦合模型，在研究过程中，鉴于雷电通道高度远远大于架空导线高度，且雷电发展速度远小于光速，所以可以假设雷电通道是垂直于架空线路的。通过对雷电通道的分析，我们可以认识到，雷电通道在空间中形成的总电场中除了包括电磁感应电场Emi外，还包括静电感应电场Eei。利用洛仑兹定理我们可以推导出静电感应电势的计算公式，并进一步得出矢量磁势，通过结合应用麦克斯韦方程及法拉弟定律。在研究分析过程中，关于雷击产生的电磁场对架空线路感应出电压的耦合模型，目前应用最广泛的是丘德休理模型，它具有鲜明的代表性。
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导线上的感应电压只与雷电流函数、导线与雷击点间距离、导线的高度这三个因素有关。在我国相关的过电压规程中对于有避雷线屏蔽作用下的感应过电压公式就是上述公式的简化。避雷线与架空导线间耦合系数大的，线路上产生的静电感应电压较低，而耦合系数小的，静电感应电压反而要高。架空导线上产生的感应过电压，实际上就是雷电流对于线路的整体影响，在实际分析过程中，不应对耦合感应过电压和雷击通道中电流电荷引起的感应过电压进行重复考虑。
4.感应过电压对于输电线路的危害及防范措施
通过对雷电击中输电线路附近大地及架设杆塔感应过电压的计算方法进行分析，我们了解了影响感应过电压高低的重要因素。在实际运行过程中，感应雷过电压的幅值往往能够达到500—600kV，对于线路及电气设备的绝缘性能危害极大，尤其对于35kV及以下的系统的危害是最大的，是雷雨季节造成事故发生的主要因素。感应过电压的频繁发生，考验着输电线路的耐雷水平，在充分了解了感应过电压的产生机理后，就能够有针对性的在输电线路上设置防雷保护，目前在设计建设过程中，防治感应过电压的措施主要有以下几种：
4.1可靠的绝缘
结合实际应用环境，恰当的选择杆塔及绝缘子，在满足应用需求的条件下，保证绝缘强度，尤其是高杆塔，由于其等值电感较大，造成雷击时感应过电压较大，相应增大了绕击率，所以绝缘子片数要足够。
4.2降低杆塔接地电阻
一般情况下，降低杆塔的接地电阻，是提高输电线路耐雷水平的重要措施，在土壤电阻率较低的地方，通过采用与导线平行的地中伸长地线，由于其与输电线路间的耦合作用，能够降低绝缘子串上的电压，相应提高了耐雷水平。
4.3架设避雷线
避雷线是应用最为广泛的基本防雷手段，其目的是防止直击雷，其对雷电流的分流作用还能够降低流入杆塔的雷电流，且其与输电线路存在耦合作用，能够在一定程度上降低线路上的感应过电压。
在防范雷害方面，输电线路上采用的措施还有采用不平衡绝缘、经消弧线圈接地、架设耦合地线及装设重合闸等，而在感应雷方面，主要的方法都是通过增大与架空线路间的耦合系数，来降低静电感应过电压。
结束语
在上面文章里，我们简单的了解了感应过电压的概念及两个防雷水平的衡量标准，通过分别对雷击发生在地面和杆塔上时，在线路上产生的感应过电压的计算方式进行分析，总结得出了相关的主要影响因素。并针对感应过电压的产生机理提出一些防范措施。感应过电压是对于线路的耐雷水平的严峻考验，这就要求设计人员在架空线路设计选型时，对雷电对线路的影响进行充分考虑，设置恰当足够的防雷保护设施，提高线路的耐雷水平，降低雷害事故的发生率。
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论文作者:聂兴成
论文发表刊物:《电力设备》2019年第5期
论文发表时间:2019/7/8
标签：过电压论文; 感应论文; 线路论文; 雷电论文; 导线论文; 杆塔论文; 防雷论文; 《电力设备》2019年第5期论文;