广西电网公司南宁供电局 广西南宁 530031
摘要：随着电力运输不断发展，配电线路建设也得以较快发展，架空配电线路得到十分广泛的应用，并且在电力运输中发挥着十分重要的作用。在架空配电线路实际运行过程中，很多方面因素均会对其产生影响，而雷电感应过电压就是其中比较重点的一点，因而对雷电感应过电压进行科学合理计算，也就十分必要，可为更好应对过电压提供有效理论依据。本文就架空配电线路雷电感应过电压计算进行简单分析。
关键词：架空配电线路；雷电感应；过电压；计算
引言
在架空配电线路实际运行中，为能够使其稳定运行得到更好保证，应当对相关影响因素进行积极分析，以便能够更好应对，而雷电感应过电压就是各种影响因素中比较重要的一种。为有效避免雷电感应过电压影响，应当对进行科学合理计算，以便能够依据计算结果通过有效策略实行应对，以保证架空配电线路能够得以更好运行，使其输电功能及效率能够得到更加理想的保证，促进其进一步发展。
1 雷电感应过电压形成机理
雷云在对对地放电过程中，放电通道周围地磁场急剧变化，会在附近线路的导线上产生感应过电压。虽然对感应过电压的成因目前有了比较统一的认识，但由于雷电放电过程原始数据难以确定，导致不同学者采用不同的感应过电压计算方法，并且计算结果相差较大。由于雷电感应，最靠近先导通道的一段导线上，将会形成束缚电荷。当地闪回击发生的时候，先导通道中的负电荷自下而上被迅速中行和，相应的电场迅速减弱，使到线上的正束缚电荷迅速释放，形成电压波向两侧传播。由于主放电的平均速度很快，导线上的束缚电荷释放过程也很快，形成的电压波u=Iz幅值很高，这种过程感应过电压的静电分量；在主放电过程中，伴随着雷电流冲击波，在放电通道周围空间产生很强的脉冲磁场，其中一部分磁力线穿过导线-大地回路，产生感应电势，这种电压即为感应过电压的电磁感应分量。
2 雷电感应过电压特性
2.1 最大感应过电压
雷击事件发生之后，配电线路中最大感应过电压的实际大小便会受到电力线路对地面的平均高度、地面导电率、电力线路与雷击点的距离以及雷电流波前时间等因素的影响，另外，回波的传播速率、杆塔的接地电阻也会对其产生不同程度的影响，只是这两个因素与上述因素相比影响较小而已。
实验数据表明，回拨速率在不断增加的过程中，距离雷击点越近的配电线路的感应电压就会越接近于峰值，且电压的变化也更加明显，但如果电力线路与雷击点的距离相同，仅回波速率发生变化时，电压的数值却未发生明显变化。
2.2 概率和闪络特性
如果大地的导电率增加，雷电线路的感应过电压便会明显减少，从而减小雷击次数变化速率。若配电线路的感应过电压大于某特定电压值时，线路遭到雷击的概率也会减少，也可以说是闪络率明显降低。
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而当大地导电率降低时，电力线路的直击闪络率、雷电感应闪络率以及绝缘闪络率便会呈现一种上升趋势，其中，大地导电率对于直击闪络率的影响相对较小。雷电天气时，在一些没有树木或者是其他建筑物的开阔地区的配线线路，更加容易出现闪络问题。
2.3 大地电导率
大地属于导体，但其导电性能差且电阻率高。实验表明，大地在不同的条件之下，对同一条线路的末端和中点的波形和电压值进行检测，发现并未出现明显差异。伴随着电阻率的不断减小，末端线路的电压波形便会出现负峰值。如若将大地看成一个性能较强的理想型导体，线路末端到中点位置的电压会呈现出一种持续递减的状态。实验中还发现，线段末端到中点位置的电压波形并未发生明显变化，基本保持一致，故由此不难看出，大地并非理想型导体。将大地导电率相关概念融入到雷击线路感应过电压研究当中，可发现当大地的导电率增加时，电压幅值也会相应增加，而电压波形变化幅度反而会变小；若情况相反时，波形变化幅度会明显增加，且电压幅值不断减小，甚至出现电压极性改变的问题。
3 架空配电线路雷电感应过电压计算方法
3.1 时域有限差分法
对于时域有限差分法而言，其在电磁场数值计算方面属于比较有效的一种方法，随着该方法不断完善及发展，在计算电磁学中已经成为十分重要的一种工具，并且近几年来在雷电研究方面有着越来越广泛的应用。对于时域有限差分法而言，其基本思想就是在时间及空间上对电磁场E、H分量取样点选择网格实行分割，每个格点均被定义为Yee元胞，在每个电场及磁场周围均包含四个对应分量，通过这种离散方式可将时间变量麦克斯韦方程转变成为差分方程，且在时间轴上逐渐推进，从而对空间及电磁场实行求解，依据电磁问题初始值及边界值，可对各时间及空间电磁分布情况进行逐渐计算。该方法的功能主要就是通关过对空间有限区域实行单元离散，在利用麦克斯韦方程时域离散形式应用的基础上，对于目标对入射电磁脉冲所产生时域响应实行计算。首先，应当依据时域有限差分法相关要求构建计算模型，在通过计算得到目标散射时域响应之后，通过傅里叶变换能够得到目标所需相关频段内有关特点。
3.2 场抵消法
在架空配电线路雷电感应过电压计算方面，场抵消法属于比较常见的一种计算方法。该方法主要就是通过对数字离散化处理技术进行利用，从而使杆塔雷击响应问题得以较好解决，提出时间及空间双离散化方法，也就是在实行计算时不但要将时间分隔作为补偿?t，并且应当对需要计算全部导体均实行离散化处理，将其分隔成为不同单元，每个单元长度为1，对于比较复杂的一些电磁场问题，可通过离散化将其转变成为数学问题进行较好解决。另外，在利用场抵消法实行计算过程中，雷电荷叫做强迫电荷，对于在杆塔系统中所施加强迫分量而言，其分别为在塔顶及地线中所注入相关电流及电荷，还有放电通道中向云层中进行传播的相关电流及电荷，在对杆塔雷击响应进行求解过程中，若假设在杆塔中所注入电荷及电流波均为单位响应方波，在对其它方波进行研究时，在方波响应基础上可通过Duhamel积分实行求解，对于这两个部分选择相同算法，在分别求解之后进行叠加。在场抵消法实际应用过程中，其选择及应用的边界条件为，在导体表面的相关电场，其强度切向分量为零，其认为由感应电荷及电流所产生抵消场，可与强迫场之间进行相互抵消，在实行计算过程中可将感应电流所产生影响忽略，对于每一时刻感应电荷实际分布情况，可利用静电场方法实行求解，对于比较复杂的电磁场问题可利用准静电场方法进行解决。
结束语
综上所述，电力资源对于经济以及社会稳定发展意义巨大，随着近年来我国经济水平的不断提高，广大人民群众对于电力资源的需求量也在逐年上升。但配电线路运行中极易受到雷电攻击，对线路稳定性造成影响，本文就架空配电线路雷电感应过电压计算进行简单分析，以期为供电系统的安全稳定运行提供参考。
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论文作者:梁本新
论文发表刊物:《防护工程》2018年第16期
论文发表时间:2018/9/28
标签：过电压论文; 感应论文; 雷电论文; 线路论文; 电压论文; 电荷论文; 时域论文; 《防护工程》2018年第16期论文;