温煦 张锐
国网宿迁供电公司 江苏宿迁 223800
摘要：在我国电力系统不断发展、电网规模不断扩大的现阶段，10kV配电线路已经成为配网建设中的重要组成部分，其运行状态的好坏直接关系到整个供电系统的正常运行和社会生活与生产。但是，由于10kV配电线路一般都是裸露在外部空气当中的，极易受到雷击，从而导致供电设备的损坏，其出现故障的概率已经达到了90％以上，再加之配电线路防雷工作的研究还没有实现进一步的完善，使对配电线路雷电感应过电压的特性分析工作变得尤为重要，以实现最大程度降低雷击事故的发生
关键词：电容器；10kV；配电线路；防雷；应用；分析
1导言
10kV配电网分布广泛，承担了面向广大用户直接提供电能的任务，与用户关系密切，其可靠性越来越受到人们的关注。同时10kV配电线路经过的地形多样，网络的结构非常复杂，自身绝缘水平低，通常没有避雷线与避雷器保护，使得10kV配电线路非常容易遭受雷击，引起停电事故，给国民经济和人们生活带来严重的损失。统计表明，10kV线路中因雷电引起的停电事故占总事故的21.91%，因此加强对10kV配电线路的防雷保护措施是非常有必要的。10kV配电线路受雷电过电压的影响，又可以分为直击雷和感应雷。由于10kV配电线路缺少防直击雷的保护措施，因此对于直击雷这种过电压幅值高达数百千伏，雷电流幅值高达数十千安的直击雷，配电线路绝缘子极易发生闪络，雷击跳闸率几乎为100%；相比较而言，感应雷过电压导致的故障比例约雷击事故的80%，过电压幅值一般在400-500kV，因此在配电网防雷保护中感应雷过电压的防护应当引起足够的重视。
2雷电感应过电压概述
雷电感应过电压，实际上就是指电气设备的附近地面被雷击中后会进行放电，在此过程中由于空间内的电磁场出现了突然性的变化，在没有被雷直接击中的电气设备出现了感应的过电压。以负雷电为例，在雷云和先导通道的电场中存有线路，并在导线上形成束缚电荷，这时在先导通道中并不会形成明显的电流；当雷云在线路的附近地面进行放电的过程中，之前所聚集的负电荷会被快速的中和，使得先导通道的电场快速的下降，导线上的束缚电荷在得到释放之后会沿着导线的两侧运动，因此便形成了雷电感应过电压。感应雷过电压的数值计算通常情况下首先是根据主放电雷电流模型计算出不同距离位置处的电磁场分布，然后再根据线路和电磁场的耦合关系计算出在对应电磁场中的感应过电压。
它是指电力设备附近的地面遭受了雷电攻击之后，会出现放电现象，在此过程中，空气中的电磁场也会发生相应变化，导致那些尚未被雷电击中的设备中出现了感应过电压。以负雷电为例，先导通道和雷云之间的电场中存在线路，并在导线上形成束缚电荷，此时电流并不会在先导通道中直接形成，当雷云开始在线路设备的周围进行放电时，先前一些被集中的负电荷便会开始中和，使先导通道中的电场迅速下降，而导线上的负电荷在得到一定的释放之后便会顺着线路开始运行，最后形成了雷电感应过电压。在计算该电压的数值时，一般需结合主放电雷电流模型对不同位置的电磁场分布进行计算，之后再根据电磁场和线路的耦合关系计算出电磁场中实际的感应过电压。
3绝缘子两端并联电容器的防雷原理
10kV配电线路在遭受雷击时，施加在绝缘子两端电压通常会大于绝缘子闪络电压，绝缘子发生闪络后，闪络电流以及随后的工频续流会流过绝缘子表面，由于绝缘子沿面灭弧能力弱，雷电建弧率高，所以极易引起线路跳闸，威胁配电网的供电可靠性。为了防止10kV配电线路在雷击时发生故障跳闸，就需要配电线路在遭受雷击时，将雷电流分流，避免绝缘子在雷击时发生闪络。在绝缘子两端若直接并联电容，会导致在线路的正常运行过程中，电容中会有电流通过，影响线路的正常运行，故在电容同绝缘子直接并联之前，使用15kV放电间隙同电容串联，这样在线路正常运行过程中，将不会有电流流过电容。只有在遭受雷击时，放电间隙被击穿后，才将电容接入。在本小节的分析中，暂时忽略放电间隙的影响，重点分析电容器在雷击过程中的防雷作用。
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4 10kV配电线路雷电感应过电压的特性
4.1线路最大感应过电压
线路的最大感应过电压主要受到雷电流波前时间、线路对地平均高度、大地电导率以及雷击点距离线路的最近距离等因素的直接影响，其中回波传播速率和杆塔接地电阻对其的影响相对较小，当回波传播速率不断增加的时候，距离雷击点最近位置处的电压就越接近峰值，且其所对应的du/dt也就越大，但是不同速率所对应的峰值变化并不明显，因此在对感应过电压进行计算时可以对这两项因素的影响效果进行忽略，波前时间越短，距离雷击点最近位置的电压就越接近峰值，且不同波前时间所对应的峰值之间的差异也十分明显。
4.2大地电导率的影响
大地并不是理想的导体，其具有一定的电阻率，在不同大地条件下，线路的中点和末端两处的电压和波形形状基本相同，但是苏子和电导率的减小，线路末端电压的波形在起始阶段出现了一个负的峰值。因此，如果将大地作为理想的导体，线路的中点位置到末端处的电压幅值就会衰减，但其波形基本保持一致；如果将大地的有限电导率纳入到影响的范围当中，随着大地电导率的减小，电压幅值也会随之出现衰减，且其波形变化逐渐增大，有时也会出现电压极性改变的现象。
4.3概率和闪络特性
通常情况下，随着大地电导率的增加，雷击线路的最大感应过电压就会普遍减小，使得雷击次数的变化速率也会随之减小，感应过电压超过某一特定过电压值的雷击次数也会相对减少，线路出现雷击的概率和闪络率也会随之降低。随着大地电导率的增加，直击雷闪络率、雷电感应闪络率以及绝缘闪络的次数都呈现出了下降的趋势。另外，直击雷会使得发生线路闪络的概率增大，是因为直接雷闪络率受到大地电导率的影响较小，特别是在附近没有树木或建筑等开阔区域的线路更易出现雷击闪络。
5采用绝缘子两端并联电容防雷优势与不足
绝缘子两端并联电容在雷电过电压防护中，引导雷电流泄入大地的同时，也将雷电流分流到导线两侧的上一级和下一级杆塔，在上一级和下一级杆塔也开始向大地泄入雷电流，从而在线路当中形成了多个泄流点，减轻了遭受雷击杆塔的泄流压力。在绝缘子两端并联电容解决了单纯采用放电间隙在雷击过程中引起多相同时闪络而造成相间短路的问题，避免了因雷击引起的配电线路跳闸，提高了供电可靠性。由于电容器在雷电发生时需要承受瞬时的大电压和大电流，因此对电容有较高的要求，电容器的制造和加工难度大，相应的成本较高。
6结论
首次提出了采用绝缘子两端并联电容的方法，对雷电过电压进行防护，从理论上仿真计算分析了并联电容防雷的有效性，通过以上分析可以得出以下结论：首先在绝缘子两端并联电容器，在雷电过电压时起到了很好的分流作用，且电容器的大小决定了电容器分流的效果，在一定范围内，电容越大，电容的分流效果越好，绝缘子两端电压差越小，绝缘子两端电压Uj越小。其次针对遭受不同大小的雷电流雷击时，若在绝缘子两端并联电容较大，则能有效限制绝缘子两端电压；若并联电容较小，则使绝缘子两端电压产生过零点，为与电容串联的放电间隙灭弧提供良好条件。放电间隙与电容二者能够相互配合，防雷效果较为明显。
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论文作者:温煦,张锐
论文发表刊物:《防护工程》2018年第10期
论文发表时间:2018/9/20
标签：过电压论文; 雷电论文; 线路论文; 绝缘子论文; 感应论文; 电容论文; 电压论文; 《防护工程》2018年第10期论文;