架空配电线路雷电感应过电压计算研究

架空配电线路雷电感应过电压计算研究

王雪影

国网四川省电力公司攀枝花供电公司 四川 攀枝花 617000

摘要:雷电造成的架空配电线路故障是影响配电网安全可靠供电的主要原因之一。架空配电线路架设高度低，绝緣相对薄弱，与雷电相关的故障多是由雷击线路附近大地或构筑物产生的雷电感应过电压造成，占雷击故障概率的90%以上。针对这一问题，我国在配电线路防雷措施的深入认识，致使防护措施难以做到优化配置。因此，研究雷电感应过电压计算方法、分析雷电感应过电压特性，对完善架空配电线路雷电防护的理论基础、优化防护方案，提高配电网的耐雷性能显得尤为必要。

关键词: 架空；配电线路；雷电感应；过电压计算

一、架空线路过电压及其波形特点

对于10kV架空配电线路面言，在其周围有较高大建筑物聚集情况下，由于这些建筑物高度通常均高于架空导线，在建筑遮挡屏蔽情况下，导致导线弧度会有较大程度降低，因而相比于空旷地区导线而言，这些导向受到雷电直接击中可能性也就相对较小。这主是因为一些比较高大的建筑物能够使雷电先导所产生电场直接减弱，从而也就能够使局部被束缚的相关电荷总量得以降低。在雷击大地时也就能够使导线上所产生雷过点击得以有效降低。

对于雷电感过电压面言，其最大感应过电压和雷电流幅值之间存在一定关系，两者之间表现出正相关关系。在架空线路高度及雷电流幅值之间达到一定比值情况下，对于架空线路而言其能够会出现线路跳闸反应，从而导致出现配电线路事故。然面，对于雷击电流，若雷击点附近导线能够开放释放通道，则可有效避免绝缘子串出现闪络跳闸情况，也就能够有效避免配电线路出现故障。另外，最大感应过电压和大地电导率存在一定关系，对于雷电感应过电压而言，其最重要影响因素就是大地电导率，大地电导车对电压正负极以及幅值等因素均会产生直接影响，因而随着大地电导率升高，电流幅值也会不断增加，电压升幅率也会不断提升。此外，大地电导率对高频电磁场也会产生较大程度影响，随着雷电波在配电线路上不断传输，传输线路中各个节点相关电压均会出现变化，若将大地作为理想导体，在线路传输中虽然能够使电压幅值出现较大变化，然而波形并不会被影响。所以，在大地电导率减小去情况下，电压幅值也会减小，其波形也就会不断放大，最终可能会造成电压正负极发生变化。

二、架空配电线路雷电感应过电压计算方法

1、场抵消法

在架空配电线路雷电感应过电压计算方面，场抵消法属于比较常见的一种计算方法。该方法主要就是通过对数字离散化处理技术进行利用，从而使杆塔雷击响应问题得以较好的解决，提出时间及空间双离散化方法，也就是在实行计算时不但要将时间分隔作为补偿A，并且应当对需要计算全部导体均实行离散化处理，将其分隔成为不同单元，每个单元长度为A△1，对于比较复杂的一些电磁场问题， 可通过离散化将其转变成为数学问题进行较好解决。另外，在利用场抵消法实行计算过程中，雷电荷叫做强迫电荷，对于在杆塔系统中所施加强迫分量而言，其分别为在塔顶及地线中所注入相关电流及电荷，还有放电通道中向云层中进行传播的相关电流及电荷，在对杆塔雷击响应进行求解过程中，若假设在杆塔中所注人电荷及电流波均为单位响应方波，在对其它方波进行研究时，在方波响应基础上可通过Duhamel积分实行求解，对于这两个部分选择相同算法，在分别求解之后进行叠加。在场抵消法实际应用过程中，其选择及应用的边界条件为，在导体表面的相关电场，其强度切向分量为零，其认为由感应电荷及电流所产生抵消场，可与强迫场之间进行相互抵消，在实行计算过程中可将感应电流所产生影响忽略，对于每一时刻感应电荷实际分布情况，可利用静电场方法实行求解，对于比较复杂的电磁场问题可利用准静电场方法进行解决。

2.时城有限差分法

对于时域有限差分法面言，其在电磁场数值计算方面属于比较有效的一种方法，随着该方法不断完善及发展，在计算电磁学中已经成为十分重要的一种工具，并且近几年来在雷电研究方面有着越来越广泛的应用。对于时城有限差分法面言，其基本思想就是在时间及空间上对电磁场E、H分量取样点选择网格实行分割，每个格点均被定义为Yee元胞，在每个电场及磁场周围均包含四个对应分量。通过这种离散方式可将时间变量麦克斯韦方程转变成为差分方程，且在时间轴上逐渐推进，从而对空间及电磁场实行求解，依据电磁问题初始值及

边界值，可对各时间及空间电磁分布情况进行逐渐计算。该方法的功能主要就是通关过对空间有限区域实行单元离散，在利用麦克斯韦方程时域离散形式应用的基础上，对于目标对人射电磁脉冲所产生时域响应实行计算。首先，应当依据时域有限差分法相关要求构建计算模型。在通过计算得到目标散射时域响应之后，通过傅里叶变换能够得到目标所需相关频段内有关特点。在实践过程中，通常利用有限差分法对传输线问题进行求解，通过对场线耦合模型进行计算，从而对配电线路雷电感应过电压进行求解。具体而言，其计算步骤如下:

依据导线型号及架空线路几何结构对三相电路中相关等效电气参数实行求解，构建场线耦合电路模型及传输线时域电报方程，对配电线路始端及终端边界条件进行设置，对在线路端部垂直导体上电场垂直分量所产生电压进行考虑，利用时城有限差分法对传输时域电报方程及边界条件实行离散化处理，通过推导得出迭代方程，最后通过求解可将配电线路中雷电感应电压得出。

三、架空配电线路雷电感应过电压不同计算方法分析

1、对于场抵消法而言，其在理论上已经相对比较完善，并且在实际计算过程中应当得到较高精度，在实践过程中属于比较可行的一种计算方法，然而场抵消法计算过程比较繁琐，在工程计算并不十分适用。所以，在当前实际应用过程中，在场抵消法基础上提出场抵消法简化计算方法，从而可避免原本方法中大量方程组繁琐计算，在一定精度能够得到满足的情况下，可使感应过电压计算机能够更加简洁及实用，也就能够保证其得到更加理想的应用效果。

2、 在利用时城有限差分法对感应过电压进行计算过程中往往需要与雷电通道周围电磁场及传输线场线耦合模型进行结合，该方法最大优点就是能够从时域角度对Max-well方程进行求解，从而将时域计算结果得到，并且利用该方法能够对任意复杂煤质形状物体电磁散射及辐射等相关问题进行分析，并且其具备计算精度高、计算速度快及可量化等方面特点。

3、对于场抵消法而言，其仅仅从里面方面实行阐述，并未将实际计算方程式给出，且该方法计相对较复杂，在实际计算过程中通常需要选择简化算法对线路过电压实行计算。而对于时域有限差分法而言，其在实际应用过程中能够对配电线路中任意目标点任意时刻雷电感应电压实行计算，在当前已经成为比较实用的一种计算方法，在实际计算中有着十分广泛的应用。

结束语

在当前架空配电线路实际运行过程中，保证配电线路稳定良好运行属于十分必要的一项任务及内容，而为能够使配电线路稳定良好运行得到较理想保证，十分重要的一点就是应当对线路中雷电感应过电压实行计算，保证更好了解过电压情况。所以，相关工作人员在实际工作中应当对雷电感应过电压加强重视，并且应当以合理方法实行计算，从而保证计算结果的准确性及科学性，为过电压保证提供更好依据。

参考文献：

[1]张天忠,陈伟,谈超,肖冬萍,等.考虑电杆影响的架空配电线路雷电感应电压计算[J].重庆科技学院学报(自然科学版),2017,19(05):88-93.

[2]余占清,曾嵘,王绍安,陆国俊,等.配电线路雷电感应过电压仿真计算分析[J].高电压技术,2013,39(02):415-422