配电线路雷电感应过电压避雷线防护效果分析

配电线路雷电感应过电压避雷线防护效果分析

吴开亮

国网山东省电力公司平邑县供电公司  山东平邑   273300

摘要：配电线路绝缘水平较低，极易遭受雷电直击和雷电感应危害。配电网络交错纵横，线路走廊附近多存在建(构)筑物或树木，会降低配电线路遭受直接雷击的概率，但是增加了线路附近的落雷概率，导致线路雷电感应过电压危害增大。配电线路安装避雷线对于雷电直击的防护作用不大，且经济成本较高，所以一般配电线路都不安装避雷线，但避雷线的电磁屏蔽作用对雷电感应过电压具有一定抑制效果，因此有必要分析采用避雷线对线路感应过电压的具体防护效果。

关键词：配电线路;雷电感应过电压;避雷线;接地电阻

引言

为顺应我国坚强智能大电网的发展理念，输电线路的稳定可靠运行成为了亟需解决的问题。由于输电线路架设高度较高，雷击成为影响其可靠性的重要因素。截至目前，有诸多学者对输电线路防雷进行了研究。

1雷电流波形模型

在实际测量中，由于技术条件的限制，只可能测得雷电通道底部的回击雷电流波形，因此在雷电流回击的工程模型中，回击雷电流的时空分布计算都是以通道底部的回击雷电流作为基础的。雷电流通道底部的回击电流波形中最为简单的是三角波模型，它包含３个参数：波前时间、波尾时间和电流幅值。使用该模型计算得到的结果往往和实际情况相去甚远，一般只适用于一些定性分析的场合。

2配电线路雷击的过电压形式

2.1直击雷过电压

直击雷过电压，表示雷云在击中建筑物过程中，该物体会有较强的雷电电流产生于内部，在其中进行流过，确保该物体内部有较高的电压产生，比如电力装置、杆塔。

2.2感应雷过电压

感应雷过电压表示雷电在对周围大地进行击中时，由于导电本身的电磁感应会有较大的过电压产生。一般情况下，可两部分划分感应雷过电压，构成部分包括电磁分量和静电分量，在进行静电分量时，主要经先导通道中的雷电荷突然消失静电场而引发电磁感应电压，其中可以达到较高的值。在电磁分量中，主要采用雷击电流于先导通道中有磁场变化形成而引发的感应电压，其中放电通道垂直导线，两者不具备较大的互相感应现象，表示为电磁感应。电磁分量在这种情况下，属于较小的经典分量，因此，静电分量可起到巨大作用。线路在10kV架空配电线路中，是由直击雷过电压产生故障或闪络，并不是感应雷过电压，直击雷过电压会影响配电线路，但影响范围较小，配电线路受到感应雷过电压存在着较大的故障比例，因此，需要有效防护感应雷过电压，展开全面分析。

3防雷措施探讨

3.1避雷线高度

不同避雷线高度和雷击点距线路距离情况下感应过电压的抑制系数变化。感应过电压抑制系数=安装避雷线后感应过电压/未安装避雷线时感应过电压。

感应过电压抑制系数随雷击点距线路距离的增大而降低，说明避雷线的抑制效果随雷击点距线路距离的增大变得明显，但变化幅度并不大。

此外，避雷线高度越高，抑制系数越大，对感应过电压的抑制效果越差。因为避雷线高度增加导致了避雷线与导线间电磁耦合强度的减弱。避雷线除了降低感应过电压外，还起到防止雷电直击导线的作用，但降低避雷线高度会增大避雷线对线路的保护角，削弱对线路的遮蔽效果。

3.2采用绝缘避雷线防雷

安装避雷线是防雷措施中对抗雷击的直接有效的一种措施，因为避雷线一般直接接地，能够有效保护输配电线路不被雷直击中，除此之外还能够有效降低雷击产生的过电压，就算是被雷直击中也不用担心雷击产生的过电压会造成跳闸故障。避雷线与输配电线路还具有耦合作用，因此还能够增大耦合系数确保输配电线路的耦合作用，达到防雷效果。除常见的避雷线防雷措施，还有种避雷线通过绝缘子串再与输配电线路相连接，达到避雷线绝缘，从而更加有效的保障了输配电线路的正常运行。一般情况下，普通避雷线到三相导线的距离是不一样的，因此产生的互感也就不一样，若避雷线直接接地，互感产生的电流就会直接进入大地造成电能损耗;若将避雷线通过绝缘子串与大地保持一种相对的绝缘状态，此时就不会产生感应电流，也就不会产生能耗或能耗较小。

3.3有效保护配电设备的防雷

在防雷保护配电设备时，可于配电器的低压两侧安装避雷器，从而有效连接低压侧的中性点、变压器的外壳及高测压的避雷器，从而形成及四点共一地现象。基于现有情况，接地电阻需对规定的配电变压器电阻容量加以满足，表示配电变压器超过100kVA低于4Ω，在柱上开关的防雷措施方面，为保证运行电网需求，应在电网中安装柱上刀闸和开关，确保灵活运用配电网。值得关注的是，很多时候并没有有效应用防雷设备，只是开关一侧安装避雷器，但在断开开关时，就会全面形成电波反射，从而明显损伤设备开关。针对现有情况，需有效保护设备中的刀闸或开关，于两侧安全避雷器，从而防雷保护刀闸或开关。在防雷保护电缆分支箱时，常采用避雷器的方式进行防雷，在安装期间，需在整个回路中的每个单元安装避雷器，但会增加成本，并降低系统运行对的整体可靠程度。不仅如此，还应避免安装环网单元。

3.4减少避雷线保护角防雷

减少避雷线保护角是一种“堵塞型”防雷技术，保护角就是避雷线和外侧导线间的垂直夹角，在一定程度上减少保护角能够提高绝缘等级和耐雷水平，对雷电进行封堵作用，可以有效避免线路断线的发生。保护角应该在线路架设完成之前就要做好预算，因为在线路运行时不能改变保护角，一般在高压输配电线路杆塔高于40m时尽量将保护角设计在5°以下，深山遭受雷电的几率更大，因此深山的线路保护角应该比平原的保护角更小。具体操作时，可以将三相导线按照三角形接法排列，以提高避雷线顶端高度从而有效减小避雷线保护角，避雷线保护角的减小能够显著降低雷击事件，使得输配电线路更加安全。

3.5气体灭弧防雷

气体灭弧是基于“堵塞型”和“疏导型”防雷两种措施结合为气体喷射灭弧，即为最近几年兴起的一种新型防雷措施“冲击疏导—气体喷射—工频阻塞”。主要分为“外能式”气体灭弧和“内能式”气体灭弧两种方式，主要利用装置里的气体或者外部气体作用于电弧，达到灭弧的效果。无论是“外能式”气体灭弧还是“内能式”气体灭弧，他们都是采用的气体灭弧，一个是外部设备产生气体，另一个是内部设备产生气体。其中“内能式”气体灭弧主要采用雷电的能量通过压缩或加热设备中的已有的空气介质，产生喷射气体作用于电弧实现灭弧防雷功能;“外能式”气体灭弧防雷是线路遭受雷击后，电弧被外部器件产生的气体熄灭，“外能式”气体灭弧方法产生气体的装置为管式避雷器、角型避雷器和固相气流灭弧防雷装置，此方法可满足多重雷击地区线路的重复灭弧。

结语

关于配电线路的防雷措施探讨，可以了解到防雷措施的重要性，好的防雷措施能够有效的保障配电线路的安全稳定运行，同时也保障了电力用户用电的稳定性和安全性，在一定程度上能够有效减少雷电带来的电力损耗。随着电网的规模不断扩大，国家对安全防雷措施越来越重视，因此如何安全防雷成为了国内重要的研究课题。

参考文献

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