摘要：雷击是造成配电线路故障的主要原因之一，雷电产生过电压导致闪络的途径主要为雷电直击配电线路产生过电压和雷击架空线路附近地面引起的雷电感应过电压。在城区，由于建筑物及树木等的屏蔽作用，一般很少发生直击雷事故，引起城区配电线路故障的主要原因是雷电感应过电压。因此，雷电真型试验主要是针对雷电感应过电压来进行研究的。
关键词：配网防雷；雷电感应过电压；仿真计算
雷电过电压是使电力系统发生故障的重要原因，对于低压配电网系统，由于雷击线路附近，从而在架空线上感应产生雷电过电压。因此，开展关于配电线路雷电感应过电压的研究，有利于进一步了解架空线雷电感应过电压这一现象，理解它形成的机理以及发展规律，进而可以对配电网架空线路进行更为合理的结构设计，采取行之有效的防护措施，控制由于雷电感应过电压造成的跳闸事故，提高供电可靠性。
雷电感应过电压试验研究一般分为模拟试验和真型试验研究两种，模拟试验是对于真型试验的模拟重现，它相对容易开展实施，但其试验结果却存在较为明显的失真，导致试验结果难以达到理想的目的；真型试验不存在试验结果失真的问题，可以获得真实雷电参数，但开展起来相对困难，受气候、试验设备等各方面的影响较大，可控性较差，同时花费也要高于模拟试验，因此需要根据实际情况选用合适的试验类型。
一、雷电测量系统
试验中的雷电大致可以分为自然雷、火箭引雷、烟囱引雷三种，自然雷的雷电流波形无法直接测量，火箭引雷以及烟囱引雷由于位置固定则可以通过同轴分流器或者罗斯线圈进行测量。
1、雷电流测量。同轴分流器是被广泛采用的雷电流测量方法，另外还可以采用外积分式罗科夫斯基线圈来测量雷电流。雷电流波形含有大量的低频分量，而罗科夫斯基线圈只对高频分量的响应较好，且同轴电阻的动态范围略有不足。所以本试验中采用两个不同阻值的同轴电阻串联测量的方案。
2、空间电磁场测量。空间电磁场测量系统采用基于电光效应的单臂屏蔽型电场传感器，动态范围为1 kV/m-3 MV/m，频响范围为10 Hz-100 MHz。
（3）线路电压和电流测量。线路电压一般采用碳复合材料的无感分压器测量；线路上的电流不是主要的测量项目，一般采用电流互感器或者同轴分流器进行测量。
（4）雷电参数测量。雷电的一个很重要的参数是它的位置。对于火箭引雷，雷电的位置是固定的，距离线路从20-150 m 不等。近年来人们开始使用高速摄像机对于雷电进行拍摄，以获得明度以及发展速度等参数。
二、雷电过电压在线检测系统
1、雷电过电压在线监测原理。过电压监测系统监测的对象是不同电压等级电网中的过电压现象，监测的参量主要有：过电压波形及幅值、过电压倍数、过电压波头陡度、过电压类型等，监测原理如图所示。
2、过电压监测软件设计。该装置软件系统包括在线监测软件和数据分析软
件。软件运行平台为Windows 2000/WindowsXP 操作系统。在过电压监测装置中，需要连续采集而不能限制模拟数据的长度，因此本装置采用双缓冲工作模式来实现。离线分析软件主要完成采集后数据的分析处理工作，软件提供了波形显示、测量、过电压类型识别、频谱分析、打印等功能，为事故追忆和故障原因分析提供依据。
三、真型试验方案设计与实现
1、试验方案。呼和浩特试验现场线路段南北走向，一共有五级杆塔，每级之间间距约70 m，总长为280 m。其中，3 号杆塔距离引雷电点距离最近，作为主要监测点，要求安装跳线，便于在进一步的试验中增加测量设备或过电压防护设备。在2 号杆塔东侧有一座屏蔽小屋，作为监控中心，收集、测量所有的试验数据。如图。
试验线路为三相线路，不架设地线，导线型号为JKLGYJ-70/10，杆塔1 和杆塔5 的结构如图5（a）所示，杆塔总长12 m，地下部分2 m，三相导线垂直分布，间距1 m，每相绝缘子采用三片型号为FC-70/146 的耐张绝缘子，杆塔2、杆塔3 和杆塔4 的结构，杆塔总长12 m，地下部分2 m，上相高出下面两相1.4 m，下面两相间距2.5 m，采用型号为SQ-210Z 的绝缘子棒作为绝缘。
线路的构建，在每级杆塔的顶相以及杆塔3 的所有三相上安装分压器，这样一共需要安装7 个分压器，测量得到的电压信号经过电光转换，通过光缆传送到监控中心。位于杆塔3 附近的电磁场探头也把采集得到的电磁场强度信号通过光缆传送到监控中心。在线路的两端连接有和导线波阻抗等值的匹配电阻，雷电流经过高压电阻最终汇入埋设在线路两端的接地极。
引雷火箭的发射台，引雷点处有六个引雷火箭发射架，可发射长度为50 cm、最快上升速度为150 m/s、最大上升距离为1 km 的引雷火箭，火箭下方系有一根直径为0.2 mm 的铜线，帮助形成雷电流通道。回击雷电流使用一个阻值为1 mΩ，最大可以测量100 kA 的同轴电阻进行测量，线路中间杆塔塔头的照片，是线路两端杆塔塔头的照片，在试验线路两端杆塔上安装的线路末端匹配电阻，三个电阻被封装在一个防水外壳之中。
2、引雷试验波形。真型引雷试验中主要测量的是杆塔3、杆塔2 和杆塔1 的顶相过电压波形，选取杆塔1 和杆塔3上测量得到的两个典型过电压波形，当雷电流幅值为11.7 kA 时，测量电压波形幅值约为3 V，考虑到杆塔1 上的总分压器变比是12 720.1，因此过电压大小约为38.2 kV；同样，当雷电流幅值为11.7 kA 时，测量电压波形幅值约为2.3 V，杆塔1 上的总分压器变比是12 803.8，过电压大小约为29.4 kV。
四、真型试验工况仿真计算
计算时，假设雷电流的幅值为10 kA，雷电流模型采用Heidler 模型，时间常数τ1 取0.5 μs，时间常数τ2取20 μs，雷电流回击模型选取MTLE 模型，常数 取2000 m，架空线路长280 m。线路距离雷电流通道40 m，认为通道的垂直投影位于线路的中点，线路两端接有阻值为550 Ω 匹配阻抗，计算第1、2、3 级杆塔顶相上的电压，以及第3 级杆塔所有三相上的电压，计算得到的结果，在3 号杆塔中相上产生的感应过电压最大，当雷电流采用Heidler 模型，参数为n=3，τ1=0.5 μs，τ2=20 μs，I=10 kA 时，线路感应过电压的峰值为90 kV。此外，仿真结果与试验结果对比，当雷电流幅值相近时（仿真计算雷电流为10 kA，真型试验雷电流11.7 kA），3 号杆塔上过电压幅值大小也相近（仿真计算过电压约为36 kV，真型试验过电压约为38.4 kV），由此验证了仿真计算的准确性。
结论
1）通过比较雷电感应过电压真型试验中各种测量手段的优点与不足，最终选择使用同轴电阻测量雷电流波形，使用电光效应传感器测量空间电场，阻容式高压分压器测量线路感应过电压，以及高速摄像机拍摄雷电通道，各个测量仪器测量得到的信号最终通过电光转换传入监控中心。
2）阐述了在呼和浩特地区开展的雷电感应过电压真型试验的试验方案，试验线路段长280 m，距离地面高约10 m，两端接有阻值为550 Ω 的管状刷轴高压电阻，采用型号为JKLGYJ-70/10 的导线，型号为FC-70/146以及SQ-210Z 的绝缘子。
3）真型试验采集到了多次过电压波形，同时针对此真型试验的工况，开展了雷电感应过电压仿真数值计算。计算结果表明，在3 号杆塔中相上产生的感应过电压最大，线路感应过电压的峰值为90 kV；并且仿真计算结果与真型试验结果吻合性较好。
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论文作者:王林
论文发表刊物:《电力设备》2018年第25期
论文发表时间:2019/1/16
标签：过电压论文; 雷电论文; 杆塔论文; 线路论文; 测量论文; 感应论文; 波形论文; 《电力设备》2018年第25期论文;