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摘要：在电力系统中各种架空线路的绝缘水平较低，在运行过程中除了长期受到工作电压的作用外，还会受到各种比工作电压高很多的雷击感应过电压短时作用，出现对绝缘有危险的电压升高和电位差升高，由于配电线路分布面积广，易于受雷击，在雷电的感应下，容易出现各种闪络事故，就会引起电力系统的绝缘故障和停电事故，近年来，很多学者也重视架空线路的上升时间，电压峰值的变化参数，对于配电线路雷电过电压的特性有了更深入的分析。下面，就利用参数模型计算方式对10KV配电线路的雷电感应特性进行研究。
关键词：10KV线路 过电压 雷电感应 配电线路
1.前言
目前，随着电力的不断改革和科技创新，我国的电力行业也得到了十分迅速的发展，10KV架空配电线路分布较广，相比而下，架空配电线路的绝缘水平较低，在雷电感应下，容易出现各种闪络事故，就会引起电力系统的绝缘故障和停电事故，近年来，很多学者也重视架空线路的上升时间，电压峰值的变化参数，对于配电线路雷电过电压的特性有了更深入的研究分析。但是有些专家在研究的过程中往往忽略了绝缘子串闪络问题，那么电力工作人员就难以利用这些研究数据对配电线路的耐雷设计进行试验分析，因此，必须全面对配电线路的雷电感应特性进行研究，研究调查表明，10KV配电线路一般会受到附近建筑物或其他高空物体的影响，也就会引起雷击过电压事故，下面对10KV配电线路的雷电感应过电压特性进行研究分析。
2.10KV配电线路感应雷过电压的计算
在输电线路过程中，由于雷电放电的复杂性，通过工程分析雷电感应过电压得到的计算结果是作为衡量线路防雷性能的相对指标，一般对于10KV配电线路雷电感应过电压的计算，主要先根据主放电雷电流的参数计算出距离雷电通道不同距离的电磁场分布情况，并根据雷电通道周围电磁场和配电线路耦合的数学模型关系来计算出电磁场在配电线路中产生的过电压，具体计算方法如下：
2.1输电线路时域有限差分法的计算方法
时域有限差分法是一种应用非常广泛的电磁场数值计算方法，通过计算传输线上电场磁场和电流分布，然而对10KV配电线路雷电感应过电压的计算，其计算方程如下：
式中：
分别是参考导体的电压以及电流的向量，r，l，c，g分别是导线单位长度的电阻，电感电容以及电导量，
是分布在导线的电场量，
是输电线电流向量。此方程可用二阶集中差分法的计算方式计算。
2.2绝缘子支路的简化及有损大地对电磁场的影响
绝缘子支路的简化，可以更好的分析10KV配电线路的雷电感应过电压，可以将绝缘子支路简化为一个理想开关，若绝缘子两端电压超过临界电压的1.5倍时；绝缘子将会出现闪络的情况，会成为一个闭合开关，根据调查表明，绝缘子发生闪络的情况为50%，但这种闪络可以看做间隙放电，间隙放电具有伏秒特性，所以在计算时，计算系数按1.5计算。在绝缘子支路中，需要对有损大地对传输线参数以及电磁场的影响分析，在某些位置雷电引起的电磁场水平分量远小于垂直电场，但是大地电导率对水平分量有较大的影响，同时水平分量的计算需要利用精确公式或可靠的近似，计算如下：
式中：
是有损大地时的水平电场分不量， 
是把大地看做理想导体状态时的水平电场分布量，
分别是大地的电导率和相对介质常数，
分别是空气的磁系数以及空气介质常数。
2.3雷电感应过电压的有效性验证
本文以10KV配电线路为例，计算时配电线路长度视为2m，将其杆塔档距取为62km，其他参数可忽略不计，为了验证计算方法的正确性，将算法和PSCAD仿真分别得到的结果进行比较分析对比，在这里比较直击雷的雷电感应过电压情况，将雷电流假设为双指数波，雷电电流的速率取为 
，雷电电流的双指数波幅值
, ，在计算时将大地假设为有损大地 
在计算过程中避雷器的绝缘子CFO值是128V,绝缘子值是157V,根据电路的参数计算,配电线路采用频变模型，也要考虑大地电阻率，其他参数和计算方法中取为一致，对其两种方法进行比较1）绝缘子无穷大时，沿线路没有保护的情况2）雷击点两侧杆塔分别安装一组避雷器的情况3）雷击点两侧杆塔分别安装一组绝缘子的情况，三种情形下分别用PSCAD计算与参数算法进行计算，对比两种计算方法的误差。
3.10KV配电线路的雷电感应过电压特性
3.1感应过电压的特性分析
在大量的研究下，结果表明不同导线高度、雷电回击速度、雷电流复制等因素三个因素有关，然而目前，经过很多专家的试验分析证明最大感应过电压不仅与以上三个因素有关，与光速和雷电先到回波速率也有着不可忽视的密切关系，此外，根据以上计算来分析感应过电压除了以上因素影响外，与大地的电导率，雷电流波长，陡度等因素有关，通过实验，在以上所有影响感应过电压的因素之中，架空线路的感应雷过电压随着导线的高度迅速增加，波前陡度也随之增大，而感应雷过电压值随着雷电回击速度的增加而减小，其波前陡度随回击速度的增加而增大。
3.2杆塔高度对过电压特性的影响
杆塔高度受线路电压等级，地形情况等的因素限制，随着输电电压的升高，杆塔高度对绕击率的影响明显增加，就可能引起线路绝缘子串的闪络，通过模拟实验，运行经验和现场实测都以表明，绕击率与避雷线对边相导线的保护角，杆塔高度和线路所经地区的地形地貌和地质条件有很大的因素，因此，要求尽可能降低杆塔高度，对于新建线路可以减少交跨量、降低地线支架，改变双回路导线排列方式，采用多回路并架等多个角度，来降低杆塔高度，减少对过电压的特性的影响。
3.3土壤电阻率对过电压特性的影响
实际上，大地并不是理想的导体，它具有一定的电阻率，如果有电流流过，则大地就不在保持等电位。所以要将大地作为有损导体进行计算，对于10KV配电线路用多导体传输线路计算，使用时域有限差分法对大地电导率进行计算可以看出，被强制流入大地的雷电感应电流，就会以电流场的形式向四处扩散，因为土壤是具有一定的电阻率，则大地中必然呈现相应的电场分布，就有一定的电场强度，就会引起雷击过电压，如果土壤没有电阻率或电阻率很小，离电流注入点愈远，大地中电流密度就愈小，可以认为在无穷远处的地中电流密度已接近零，电场强度也就接近零。就会减少过电压的发生，所以土壤的电阻率对过电压有一定的影响。
3.4其他因素对过电压的影响
根据模型参数的计算和分析的结果与PSCAD的计算结果大致一样，比较土壤不同电导率，杆塔的不同高度位置以及绝缘子闪络对过电压特性的影响外，还有其他一些因素对过电压特性有一定的影响，如冲击电晕对输电线路雷电过电压的影响也很大;雷电流幅值与波形、杆塔塔型、接地电阻对输电线路的对反击过电压较大的影响;而雷电流幅值与波形、避雷线布置方式、导线分裂根数对输电线路的绕击过电压有影响。这些因素都会对造成雷击过电压有一定的影响作用，所以我们要更完善的去分析雷击过电压特性，保证配电线路经济安全运行。
4.结论
综合以上分析，本文对10KV配电线路的雷电感应过电压特性的研究分析，通过时域有限差分对雷电感应过电压计算推导了雷电电磁场的计算和参数模型的实现方法，并根据雷电压，电流的约束关系，得到传输线在不同端条件，以及电磁场耦合等情况下的时域频域响应分析，将其与PSCAD计算进行对比来分析了过电压的主要特性。并对影响过电压特性因素进行分析。也有较多的专家通过大量的数据提出了众多描述雷电的数学模型，但都反应了雷电主放电的共性，自然界雷击主放电伴随着多次回击，要更好的完善分析雷电感应特性，我们要更加努力的深入研究。
参考文献，
[1]《高压电技术》中国电力出版社2009
[2]《架空线路感应雷过电压的数值计算》中国电机学报 2013
[3]《架空线路雷击感应过电压耦合机理及计算方法分析》电网技术 2014
[4]《10KV配电线路雷电感应过电压特性》高压电技术 2014
[5]《架空线路上场线耦合感应电的计算》电气应用 2012
[6]《雷电感应电压计算公式分析》华北电力大学 2014
论文作者:孟辛
论文发表刊物:《电力设备》2016年第3期
论文发表时间:2016/5/31
标签：过电压论文; 雷电论文; 线路论文; 感应论文; 绝缘子论文; 杆塔论文; 特性论文; 《电力设备》2016年第3期论文;