摘要：10kV配电线路在适用和运行的过程中很容易受到雷击而产生严重的安全事故，造成这一问题的主要原因是架空线路的绝缘效果没有达到要求。10kV配电线路中主要的安全隐患来源于雷击高发路段的大地以及线路周边的高层建筑在线路上产生较大的电压。为了避免这一问题，早在上个世纪70年代就有相关的学者和专家提出通过在架空配电线路中架设接地线的方式来预防雷电感应过电压现象，本文将根据10kV配电线路雷电感应过电压的特点和现状，提出相应的预防方法。
关键词：电容器；10kV配电线路；雷电防护
1雷电感应过电压
当10kV配电线路的周边有较多的高层建筑物时，由于建筑的高度高于导线的高度，因而会对线路的信号产生一定的屏蔽现象，使导线中的弧度大幅度降低，这样雷电直击导线的现象就会明显减少。从这一角度来看，高层建筑能够在一定程度上气道减弱雷电产生的电场，从而降低局部的总电荷量，当出现雷电时可以减少导线上的雷电感应过电压。
2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。
3仿真计算
3.1仿真模型搭建
采用电磁暂态仿真程序ATPDraw来搭建仿真模型，用以计算绝缘子两端在雷电过电压冲击下承受的电压。1）架空线路模型：架空线路导线采用JKLGYJ-120导线，并且采用三角布线，三相的布置为底1.5m，高1.3m的等边三角形，采用π型架空线路模型。2）杆塔模型：对于一般高度40m以下的杆塔，在工程近似计算中采用集中参数等值电路进行分析计算，由于有拉线钢筋混凝土杆塔的平均高度为9.5m，故在仿真中选取集中参数电感L=0.42uH/m。3）雷电模型：选取负极性的2.6/50us波形冲击电流源，雷电通道的波阻抗选取为300Ω。4）绝缘子模型：采用压控开关来模拟10kV线路绝缘子以及放电间隙。一般工程上采用SC210支柱绝缘子，U50%雷电冲击放电电压为255kV，故选取压控开关的闭合电压为255kV。
3.2仿真结果分析
笔者首先仿真计算在雷电流幅值为10kA，接地电阻选取为50Ω的条件下绝缘子两端电压Uj。绝缘子在没有任何保护的情况下，在遭受10kA雷电流雷击情况下，绝缘子两端电压波形见图5。在绝缘子两端并联电容防雷时，通过仿真结果绘制出在遭受10kA雷电流雷击时，流过电容的电流大小与电容C大小之间的关系。可以看出，在绝缘子两端并联电容对雷电流起到了很好的分流作用，并且随着电容的逐渐增大，分流的雷电流iC也在不断增大；当C≥0.3uF后，电容分流雷电流iC增长的速率明显减慢，再增加电容的大小，分流的电流iC的变化也并不明显。说明在遭受10kA雷电流雷击时，绝缘子两端并联0.3uF的电容就能起到很好的雷电流分流作用，同时也最为经济。
期刊文章分类查询,尽在期刊图书馆可以看出，并联电容能有效降低绝缘子两端在遭受雷击时承受的电压值Uj，并且电容值C越大，绝缘子两端承受的电压Uj越小，同电容分流雷电流一样，在C≥0.3uF后，随着绝缘子两端电容值增大，绝缘子两端承受的电压变化逐渐变缓，绝缘子两端的电压变化趋势同流过电容的电流变化趋势一样。
4雷电感应过电压的概率闪络特性分析
根据计算结果显示，当大地电导率变大时，雷电感应过电压会有所下降，因此适当提升大地电导率可以在一定程度上降低配电线路雷击事故的发生频率，相应的闪络率和闪络的次数也会明显降低。导致配电线路闪络现象的主要原因是直击雷，很多配电线路的短路现象都是由直击雷导致的，尤其是当配电线路没有高层建筑的保护时，直接雷对配电线路的破坏将会更加严重。
5有效防止雷电过电压的策略
5.1新型设备材料的应用
钢绞线具有较好的防雷性能，是生产避雷针的理想材料。避雷针一般安装在配电线路塔顶，以充分发挥避雷针的防雷作用。目前，在中国，超高压输电线路配电线路高压输电线路通常会使用镀锌钢丝特殊避雷线材料，接地线截面积两线也有特殊的要求，一般采用导线截面积为25, 35, 50、70毫米为原料。绞合线的横截面积越大，相应的阻挡线的横截面积越大。障碍线在风的作用下会产生一定的振动，从而影响线路的稳定性，因此有必要采用冲击锤来降低节点的振动。随着电力工业的发展和科学技术的进步，一些发达国家开始在架设超高压线路时使用好的导线。本实用新型具有强度高、稳定性好、耐久性好、导电率高等优点，能有效提高雷电过电压的预防效果。
5.2安装施工工艺的改进
保护角的控制是防止10kV配电线路雷击过电压的关键环节。因此，在配电线路架设过程中，必须注意保护角的设置。在监控电路中可设置一个小的保护角避雷针，从而起到很好的避免雷击的作用。另外，可以适当减小屏蔽角或增大导体的保护面积，从而有效地改善导线对雷电的屏蔽作用。在配电线路安装和安装过程中，必须采取科学合理的工艺和技术改造，积极进行技术保护，尽量减少避雷线，防止发生角、屏蔽现象。
5.3严格技术规范
配电线路的改造是一个复杂的过程，特别是改造输电线路和杆塔结构和一个长周期的改造工作，涉及更多的技术，成本高，在改革中必须严格遵守技术规范，结合线路选择地理环境的适当的技术改造，经济发展等。
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：1）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。2）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:李哲明,张济凡
论文发表刊物:《电力设备》2017年第20期
论文发表时间:2017/11/14
标签：绝缘子论文; 雷电论文; 过电压论文; 线路论文; 电容论文; 两端论文; 电压论文; 《电力设备》2017年第20期论文;