配电网感应过电压防护策略分析

配电网感应过电压防护策略分析

何勇

（上海秦兰电气系统工程有限公司200444）

摘要：近年来，随着社会经济快速发展，配电网络日益庞大，配电网的安全运行成为电力企业首要解决的问题。我国一直致力于推动电网的防雷工作，但主要集中在直击雷过电压上，开展配电网感应过电压防护的研究有助于丰富实践理论。本文基于感应雷过电压的线路影响的分析，寻找感应雷过电压的形成原因，分析其影响，并提出预防感应雷过电压的有效措施，提升配电网对感应雷过电压的防护能，为配电网防雷工作的开展提供依据。

关键词：配电网；感应；电压；防护策略

1.前言

雷电造成的配电网故障案例近年来越来愈多，如何减少雷电灾害的影响，保障电力系统的正常运行成为电力企业的课题之一。雷电危害表现为直击雷过电压和感应雷过电压，我国的电网防雷工作一直集中在直击雷过电压上，对感应雷过电压的防护措施方面的研究较少。雷电放电是由带电荷的雷云引起的，尽管大多数雷电放电发生在雷云之间，其对电力和通讯造成巨大的影响最大。开展配电网感应过电压防护的研究有助于丰富实践理论。本文基于感应雷过电压的线路影响的分析，针对雷电的放电过程进行分析，同时探讨感应雷过电压的形成机制，并基于感应雷过电压影响因素分析，提出预防感应雷过电压的有效措施，提升配电网对感应雷过电压的防护能，为配电网防雷工作的开展提供依据。

2.感应雷过电压的形成机理

雷电放电是由带电荷的雷云引起的，其放电过程分为先导放电阶、主放电阶、余光放电三个阶段。

2.1放电过程

雷云对大地有静电感应，随着雷云中电荷的逐步积累，空间的电场强度持续的提升，达到空气击穿场强的临界条件下就容易产生强烈的碰撞游离，此过程为称为雷电先导。先导放电并不是持续向下，而是间断式的推进。当下行先导接近地面时，面先导与下行先导相遇并引起极大的电流，此时电流极大，可达数十乃至数百千安，这一阶段为主放电阶段。主放电存在的时间极短，约为50-100微秒。主放电到达云端就结束了，云中残余电荷经主放电通道流下来，称为余光放电阶段。雷云中的电荷分布是不均匀的，其不只有一个电荷密集中心，因此雷电可能是多重性的，但第二次及以后的主放电电流会降低。

2.2感应雷过电压的形成

感应雷过电压是由于电磁感应在导线上引起的过电压。在静电感应的作用下，导线轴向上的电场强度E对正电荷产生吸引作用，形成束缚电荷。负电荷被排斥而向两侧运动。由于先导放电的平均速度较低，导线电流很小。因此在先导放电阶段，尽管导线上有了束缚电荷，但在电场相平衡下被抵消，结果使导线仍保持地电位。在下行先导发展的同时,上行先导中的正电荷迅速与下行先导中的负电荷中和。主放电开始以后，负电荷自下而上被迅速中和，正束缚电荷迅速释放，形成电压波向两侧传播。这一阶段速度快，形成的电压波幅值可能很高，在放电通道周围空间出现甚强的脉冲磁场。其中一部分磁力线产生感应电势，即为感应雷过电压。电荷密度大，其产生的场强就高，所以雷击点距离导线的距离越近，导线上的束缚电荷越多，释放后的过电压也越高，导致导线－大地回路中各部分的磁通随时间的变化率加大。

2.3感应雷过电压影响因素分析

雷电流幅值、雷电流波头时间、雷电回击速度、线路高度、雷击点与架空线路的距离以及大地电导率等都是感应雷过电压的影响因素。雷电流幅值越大，相应的线路感应雷过电压幅值越高。雷电流波头时间越短，相应的线路感应雷过电压幅值越高。线路感应雷过电压幅值随线路高度的增加而增大。线路感应雷过电压幅值随雷击点与架空线路间距离的增加而减小。线路感应雷过电压幅值随土壤电导率的增加而增大。

3.配网感应雷过电压的防护

当绝缘子发生闪络后，一旦建立稳定的工频电弧，就很容易引起断线事故的发生。常见雷击造成的故障主要是由感应雷过电压作用引起的，感应雷过电压的防护可以从从限制感应雷过电压、降低感应雷过电压的层面展开。国内外目前研究较多的是从限制的角度进行，提出的解决方案主要有以下3种：安装避雷装置，延长闪络路径，提高线路绝缘水平。

3.1线路避雷器保护分析

在配网三相供电系统中，三相导线在空间几何位置上相差不大，形成的波形、幅值基本类似。因此需在线路三相同时安装避雷器才能起到较好防护作用。配置方案也对线路避雷器带来一定的影响，避雷器的配置方式可以是（1）50m一组，每基杆塔都安装（2）100m一组，每2基杆塔装装一组；（3）150m一组，每3基杆塔装装一组；（4）300m一组，每6基杆塔装装一组。第一种配置方案具有最佳的防护效果，但是其成本相应的也是最高的。后三种配置方案避雷器安装点处绝缘子将不再闪络，但其他杆塔的绝缘子也可能发生闪络。线路为裸导线和绝缘导线的情况下配置方案之间有一定的差异。

线路为裸导线，当杆塔接地电阻较大时采用安装方式（2），当杆塔接地电阻较小时采用安装方式（4），杆塔接地电阻和线路避雷器的安装密度可以呈现相关性的，电阻极爱挂你的，安装密度也可以降低。也可以适当减小线路为绝缘导线，雷器安装方式（2）～方式（4）均可以对线路进行有效保护。

3.2避雷线保护分析

避雷线的原理在于雷击线路附近大地时，由于避雷线的屏蔽作用，导线上的感应过电压将会下降。避雷线和架空导线感应雷过电压一致，两者悬挂高度相差不大时可以假设为接近，但实际上避雷线是接地的，其电位为零。这就相当于施加极性相反幅值相等电压，而且电压由于耦合作用，导线上的感应过电压幅值为两者的叠加，耦合系数越大，相应导线上的感应过电压也越低。安装避雷线后，线路感应雷过电压下降，耐雷水平提高，线路绝缘子闪络概率显著下降，因此，安装避雷线可以对感应雷过电压进行有效的限制。

3.3提高线路绝缘水平

配电线路的绝缘水平越高，越不容易形成建弧，从而不会引起绝缘子闪络。因此提高配电线路的绝缘水平，能够改善供电可靠性。

首先，增加易击地区杆塔绝缘子片数，对近年来频繁遭受雷市的杆塔、对于位于山顶或大跨越的杆塔，适当增加一片绝缘子。采用绝缘性能较好的钢化玻璃绝缘子进行规划设计电网，起到保护绝缘线免遭雷击断线的作用。及发现与更换劣质绝缘子，定期巡检线路的绝缘状况，加装绝缘子在线监测设备，预防雷击闪络的发生。提高绝缘水平能够明显降低感应雷过电压，但另一方面也可能导致雷电波在线路上不能释放。因此应配套安装可调保护间隙，安装氧化锌避雷器，到达限制入侵雷电波的幅值。

3.4保护间隙

在绝缘子旁并联一对金属电极构成保护间隙，作用是对上、下间隙之间的间隙大小进行调整。雷电冲击电压是一瞬间完成，间隙的击穿存在放电延迟时延现象，过电压情况下，保护间隙可以先于被保护绝缘子动作，从而预防因雷击引起的绝缘导线断线事故的发生。另外，加装可调间隙防雷装置后，对绝缘子的保护加强了，对耐雷水平以及跳闸率的影响较小，这种防雷措施在重要设备所在区域也是一种可选方案。

4.结语

电线路因为绝缘水平较低，线路的运行环境比较复杂，在雷电活动比较强烈的地区，配电线路经常发生雷击停电事故，导致地区的经济社会受到严重的影响。尤其是针对10kV及以下配电网绝缘水平低，感应雷过电压对产生的危害也逐渐凸显。本文基于感应雷过电压的线路影响的分析，探讨感应雷过电压的形成机制，提出预防感应雷过电压的有效措施。但未来电网系统规模不断扩大下，防雷技术还需要不断的深入研究，才能适应电网电力系统的发展。

参考文献

[1]黄志都,邓雨荣,李明贵,张博成,鲁铁成.配电线路避雷器雷电感应过电压防护研究[J].南方电网技术,2014,8(05):29-32.

[2]王宇鹏.配电网感应过电压防范策略研究[J].河南科技,2013(11):177.