浅谈感应过电压对输电线路耐雷水平的影响

浅谈感应过电压对输电线路耐雷水平的影响

李绍博

乌鲁木齐鸿明远电力设计有限公司新疆乌鲁木齐830011

摘要：耐雷水平是衡量输电线路性能的一个重要因素，并且在大量的实验证明下，感应过电压对输电系统的安全稳定运行造成了非常大的影响，所以在输电线路设计的时候，需要充分考虑到感应过电压对线路耐雷水平的影响，本文分析了雷击输电线路杆塔的时候产生的感应过电压通过场线机制对输电线路耐雷水平的影响，通过实验证明，感应过电压对耐雷水平的影响不容忽视。

关键词：感应过电压耐雷水平；输电线路

引言：耐雷水平是输电线路中一项非常重要的指标，直接影响了整个电力系统的安全运行，在线路设计的时候，需要对输电线路进行科学的耐雷水平计算，从而对整个线路的设计进行合理的修改，输电线路的雷电过电压仿真计算具有重要的意义。在传统的研究工作当中都是对输电线路和输电杆塔采用分布参数模型，雷击杆塔时输电线路上产生的过电压有两个分量，雷电波通过线路和杆塔组成的分布参数电力传导过来的过电压波；雷电放电先导通道产生的电磁场通过与场线的结合在输电线上产生感应过电压。所以，要在防雷计算中加入感应过电压的影响，对于提高输电线路雷击过电压分析结果的准确性具有非常重要的意义。在我国的防雷规程中，通过近似公式来估算感应过电压，但是实际上公式计算出的感应过电压过大，导致了对于输电线路耐雷水平的估计太过于保守，所以需要对相关的计算方法进行简化，并且将其应用在实际防雷计算中，对结果进行验证。

1.输电线路感应雷电过电压概念以及防雷水平的衡量指标

输电线路感应雷电过电压，主要就是当雷闪发生在架空电力线路附近不远的地方，即使雷电没有击中输电线路，但是导线上会感应出大量的和雷云极性相反的束缚电荷，这就形成了雷电过电压。架空线路是电能输送的主要通道，范围和长度都非常的大，在雷雨季节的时候，非常容易受到雷击，是造成线路故障的重要原因。为了降低雷害，需要对线路进行防雷，现阶段主要就是通过架设避雷线和安装接地装置等方式，在衡量线路防雷水平的时候，通常是采用线路耐雷水平和雷击跳闸率这两个参数来决定的。其中耐雷水平是指雷击线路时，其绝缘尚不至于发生闪络的最大电流幅值或能引起绝缘闪络的最小雷电流幅值。雷击跳闸率是指折合为标准条件下雷击引起的线路跳闸次数。

2雷击导线附近的感应过电压计算分析

对雷击导线附近造成的感应过电压进行计算分析的时候，需要建立相应的模型，分别是雷击通道模型和电磁场对架空线结合的模型。在研究的过程当中，因为雷电通道的高度大于架空导线的高度，并且速度小于光速，所以在假设雷电通道的时候是垂直于架空线路的。通过对雷电通道的分析，同时通过洛伦兹定理推导出静电感应电势的计算公式，并且进一步的得到矢量磁势，通过应用麦克斯方程以及法拉第定理，可以得出垂直电击是产生的电场，。其中A代表的是矢量磁势，代表的是对时间的偏导数，因为电场以及矢量磁势都是垂直的，所以雷击的时候对于导线并不会产生轴向电场。

在进行分析的过程当中，关于雷击产生的电磁场对架空线路感应出电压的结合模型，现阶段被广泛应用的是邱德休模型，并且具有非常鲜明的代表性质，模型的等效电路图如图所示。

这个模型只是代表了输电线路上的一个微元，L、C分别代表了导线单位长度的电感以及电容，V、I分别代表了导线上的带那样以及电流。这个模型形象的描述了雷电通道产生的空间电场与输电线路之间的结合效应。并且能够通过模型图推导出感应电压的微分方程：

其中：V（z，t）为t时刻架空线上z点的感应电压；c为光速；Vi（x，t）为t时刻架空线不存在时雷电在计算点产生的电势。通过对这个方程的求解，对任意形式的雷电流在导线上所产生的感应过电压，通过阶跃响应采用阿莫尔定理积分进行求导：

即：

表达式中代表的是雷电流是直角波的时候在导线上的感应电阶跃响应；f（t）为雷电流的波形函数。当架空导线上有避雷线的时候，在计算分析的过程当中，需要假设避雷线不接地，这样能够得到避雷线上感应出的过电压。实际上避雷线都是经过接地的，也就是相当于过电压上有一个感应电压，使避雷线呈现出零电位。架空导线上产生的感应过电压，实际上就是雷电流对于线路的整体影响，在实际的分析过程中，不应对结合的感应过电压和雷击通道中电流电荷引起的感应过电压进行重复考虑。

3.雷击杆塔时的感应过电压

在电网的运行过程当中，经常会发生雷电击中线路杆塔的现象，在一般情况下都不会影响线路的运行，但是如果感应过电压过大的话就会造成线路跳闸，在对雷击杆塔的时候产生的感应过电压进行分析，通常是采用电感模型进行计算。通过实际的应用计算方法，利用电感模型对感应过电压进行计算存在一定的缺陷，需要增加与导线高度有关的分量，在确定分量的时候，应当以雷击导线附近大地时感应电压的静电应分量大小作为参考值。

4.感应过电压对于输电线路的危险以及防范措施

通过对雷击中输电线路附近大地以及杆塔感应过电压的计算方法进行分析，了解影响感应过电压高低的重要因素，实际上感应雷击电压的幅度值对于线路的危害非常严重，对于线路以及设备的绝缘性危害也非常大，雷雨季节是发生故障的主要时间段，感应过电压的频繁发生，充分的考验了输电线路的耐雷水平。在了解感应过电压产生的原理之后，就能够有针对性的对输电线路进行防雷保护。

4.1可靠的绝缘

实际应用过程当中，通过科学的选择杆塔，是满足应用需求的前提条件，并且能够保证良好的绝缘效果。但是因为杆塔电感值非常的大，导致了遭受雷击的时候感应过电压较大，增加了雷击率。

4.2降低杆塔接地电阻

通常情况下，降低杆塔的接地电阻，是提高线路耐雷水平的重要方法，并且在土壤电阻较低的地方，通导线平行的地中伸长导线，因为与输电线路之间的结合作用，能够将绝缘体上的电压，相应的提高了耐雷的水平。

4.3架设避雷线

避雷线是现代避雷中最常用的一种方法，主要目的就是防止雷击导线，对雷电流进行分流，从而降低流入杆塔的雷电流，并且与输电线结合作用，能够在一定程度上降低输电线路上的感应过电压。在防雷害方面，输电线路上采用的措施还有采用不同的设备，在感应雷方面，主要是通过增大与架空线路的结合系数，从而降低静电感应过电压。

结束语：本文简单的介绍了感应过电压的概念以及防雷水平的衡量标准，并且在雷击发生地面和杆塔上的时候，在线路上产生的感应过电压的计算方式进行简单的分析，总结出了相关的影响因素，并且针对感应过电压的产生提出了相关的防范措施，感应过电压是对于线路的耐雷水平的衡量，再设计的时候需要对雷电线路的影响进行深入的分析，并且设计恰当的防雷措施。提高线路的耐雷水平，降低雷害事故的发生。

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