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摘要：雷击架空输电线路后情况发生后，冲击接地电阻值与反击过电压值的计算一直都是困扰各国科学家的难题，近年科学家提出一种新的模型，取名为一体化雷电全波电磁暂态模型，模型包含输电线路、杆塔、接地网三部分，此模型也为研究雷电流在一体化模型部分和土壤部分中的动态变化提供了方便。在此模型的基础上，结合冲波接地的概念，土壤电阻率、雷电流波前时间和幅值不光是对输电线路存在影响，进而也会对雷电过电压有影响。实验证明冲击接地电阻值和雷电过电压二者与波前时间成反比，与土壤电阻率成正比。
关键字：架空输电线路；全波电磁暂态模型；冲击接地电阻；雷电过电压
雷击是造成线路跳闸的主要原因，雷击会导致线路的安全性降低，而供电可靠性也随之降低。各国科学家为解决这一方面的问题做了大量的实验与研究。而大多科学家实验得出的方法在一定程度上存在着局限性，一些方面不完备，存在漏洞，而一体化雷电全波电磁暂态模型的提出为改善线路防雷方案提供了新思路。
一、一体化雷电全波电磁暂态模型
（一）模型的建立
首先这类模型建模的基础是500kV的输电线路典型杆塔式酒杯塔模型，在建立模型时，要严格遵守酒杯塔杆塔的结构和尺寸，在CDEGS软件中的HIFREQ模块中建模。杆塔塔身的L型角钢本身复杂，为实验顺利进行采用等效的圆柱形导体代替。接地装置是埋于地下的方框带射线型接地网。每当杆塔受到雷击时，雷电流会通过模型分流到相邻杆塔中。实验采用杆塔档距400米的数值，计算杆塔分别为1基、3基、5基、7基、9基的情况时，受到雷击时杆塔横担上电位的数值情况，具体情况可以参考下图：
通过实验计算得到地网电位和所流过的雷电流值，采用公式计算出冲击接地电阻。另外计算出雷电流在杆塔横担上的电位值，绝缘子串两端雷电过电压的计算方法就是最大横担电压和运行电压之差。
二、雷电过电压和冲击接地电阻的关系
因为500kV输电线路长，途径地方的土壤电阻率有较大差别。影响杆塔导体上电压峰值和电压波形的波峰波谷出现时间的因素也就出现了，这和因素就是雷电流波前电流。所以本文分别在不同条件下计算雷电过电压[2]。
（一）雷电流波前时间的影响
根据以往的实验，本文采用不同的波前时间来进行实验计算雷电过电压，同时对存在的冲击接地电阻和外延接地体长度这两个因素进行改变，计算结果如下图：
从图中我们可以看出雷电流幅值和冲击接地电阻值没有任何的影响，雷电流幅值的增大对模型中电流规律没有造成变化，冲击接地电阻值不变，雷电流幅值增大，各导体电压值随正比例增大。依据实验得出的数据，通过相关公式拟合，得出雷电过电压与冲击接地电阻之间的公式为：Ub=61.2Im0.83Rch0.10。
（三）冲击接地电阻值与雷电过电压的关系
影响冲击接地电阻和雷电过压电主要有三个因素：土壤电阻率、波前时间和雷电流幅值，只有同时结合这些影响因素才能得到精准的定量关系[1]。在前文实验数据资料的基础上，在影响因素的共同影响下，二者的关系公式为：Ub=47.78ρ0.07τ-0.38Im0.86Rch0.09。
冲击接地电阻增大，雷电过电压呈指数增长。就影响因素而言，雷电流幅值对于二者的关系影响更大，雷电过电压随雷电流幅值的增大而呈指数型增长，随雷电流波前时间的增大而减小。
（四）接地网设计
每年都有因地网散流困难从而引起事故的情况，而接地网的设计主要是为了降低高土壤电阻率地区的绝缘子串两端电压。通过模型计算可以得知，在有着大电流的情况下，只把工频接地电阻作为符不符合接地要求是不具有说服力的，还需要考虑其他因素，全面对接地网进行优化。 [3]。
结束语：
（一）在进行一体化雷电全波电磁暂态模型建模时，不能忽略避雷线在实验过程中所能产生的影响，模型还能够很好地而体现雷电流在接地网中的分流情况，为保证实验数据的精确，建议使用5基杆塔模型。
（二）增大冲击接地电阻值和雷电过电压的原因可能是波前时间的减少，也可能是土壤电阻率的增大，基于不考虑火花效应的理论下冲击接地电阻值的变化和雷电流幅值没有关联，雷电过电压和雷电流有关联，并且是正向关联。
（三）当接地网外延接地体长度接近于有效长度，冲击接地电阻较之前没有改变，雷电过电压却几乎没有下降，所以在之后的接地网优化设计时，不能忽略有效长度对雷电过电压产生的影响。
（四）本文是在一体化雷电全波电磁暂态模型的基础上，为了精准的得到雷电过电压和冲击接地电阻值之间的关系，在影响因素的共同影响下拟合得出关于二者的公式。
（五）在针对高土壤电阻率的地网优化设计中，通过改善地网材料的方法增加接地网外延射线长度，优化后高土壤电阻率降至12.02Ω，绝缘子串两端反击电压降至2166.645kV，这对于再次优化地网有着指导性方向。
参考文献：
[1]王海生,曹建强,刘文恒,赵寅峰,林阳坡.针对直击雷与感应雷的输电线路杆塔冲击接地电阻测量装置的应用[J].内蒙古电力技术,2017,35(02):50-53.
[2]冯志强. 接地装置冲击特性及土壤火花放电形貌特征研究[D].武汉大学,2016.
[3]罗翊君. 接地网冲击特性分析及其优化设计[D].湖南大学,2015.
论文作者:吴昊， 黄琪，王旦黎，王晓冬
论文发表刊物:《科技新时代》2019年7期
论文发表时间:2019/9/10
标签：雷电论文; 过电压论文; 杆塔论文; 模型论文; 电阻率论文; 电阻论文; 土壤论文; 《科技新时代》2019年7期论文;