配电线路雷电感应过电压仿真计算分析

配电线路雷电感应过电压仿真计算分析

张焱

乌海电业局千里山供电分局 内蒙古自治区乌海市 016000

摘要：随着我国电力基础设施不断完善，电力设施的安全防护水平也在不断提高，但由于配电线路雷电感应过电压的现场试验条件较为苛刻，因此当前采用仿真计算分析雷电感应过电压的形成过程，继而指导配电线路雷电感应过电压防护。为此，本文重点探究配电线路雷电感应过电压仿真计算分析，希望为相关研究人员提供参考。

　　关键词：配电线路;雷电感应;过电压;仿真計算

　　 配电线路雷电感应过电压的主要形成机理为雷电在释放过程中会形成放电通道，周围空间会形成放电磁场，由此导致雷电通道与周围电网的配电线路产生感应过电压现象。因此，本文探究配电线路雷电感应过电压仿真计算主要从雷电流回击模型、电磁场传播模型以及场线耦合模型展开分析。

一、感应雷及过电压

第一种是线路的感应雷；如图3所示，感应雷的机理是：当雷云处于输电线路的上方时，雷云和大地之间会形成了一个电场。在这个电场作用下，输电线路导线上会在此电场下感应出电荷，这是一种束缚电荷（即不能够随意移动的电流，与自由电荷相对），主要是由线路与大地间的电容效应引起的。当雷云和大地之间形成一个放电通道之后，雷云里面的电荷就要和大地进行中和，从而造成雷云的电场将会消失。此时，在线路上产生的束缚电荷不再受电场力的束缚，会形成电压波沿着线路向两边传播。这个电压波的幅值主要取决于雷云与线路之间的高度，以及雷云里所存储电荷的多少，也就是取决于线路上感应出的束缚电荷的多少。一般情况下，其幅值大概在300~400kV左右，这个幅值对于电压等级较高线路的绝缘来讲威胁不是很大，但是对于配电线路的绝缘还是有一定威胁的。

二、低压变压器两端的脉冲过电压保护

对于设置在建筑物内或在建筑物附近的Yyno(如图1所示)和DynII(如图2所示)连接方式的电源变压器，由于其高压、低压端的中心点、变压器外壳都要接地，且与建筑物共用接地网时，高、低压各相均要并接避雷器。高压绕组绝缘有击穿的危险。在高压侧线圈上安装避雷器，在高电位作用下击穿放电得到保护。另一方面，低压中心点电位上升，该电位叠加到低压线圈上，产生电流流经线圈，通过电磁耦合，使高压侧产生危险的高电位，当低压侧安装电涌保护器后，保护器动作放电，大部分雷电流通过它泄放，保护了高压侧绕组。当接闪器接闪时，产生的雷电流使共用接地网的电位上升很高，要求低压侧安装的电涌保护器电压保护水平≤2.5kV，当线路有引出本建筑或附近有独立接地装置的配电装置时，应在低压配电柜上安装I级试验的电涌保护器。这是因为I级试验的电涌保护器不仅通流量大，而且导通后残余压降小，保护性能好。

三、雷电过电压的防护

在雷电过电压里面，最关心的问题就是当雷打到线路时，是否会造成线路的跳闸，这时需要考虑系统的不同接地方式。对于中性点有效接地系统，如果雷击导致绝缘子串闪络，那么相当于瞬时单相接地故障，当雷电过后，所形成的闪络通道中仍然会由工频电压继续提供电流，如果这个电流大到足以支持电弧的持续燃烧，那么就形成了永久性的单相接地故障，将造成系统的跳闸。对于中性点非有效接地系统，当雷电过电压导致某一相绝缘子闪络时同样是瞬时的单相接地故障，但由于中性点非有效接地，没有有效的电流回路，因此，往往这个接地电流不大，雷电过后，绝缘一般可以自动恢复；但是当第一相被雷击闪络后，其电位与雷电的电位相同，如果这个电位与另一相的电位足够大，可以导致对另一相形成反击，形成相当于相间的一种短路状态，那么这时候电流就会很大，往往会形成稳定的电流，也将导致线路跳闸。为了防止上述情况导致跳闸停电，需要对雷电过电压进行防护。主要防护措施就是靠避雷针和避雷线；对于避雷针的设计有几点需要注意：

一是避雷针的保护范围确定；

二是避雷针在空气中与被保护设备之间的空气距离，需要保证一个安全距离，因为避雷针通过大雷电流的时候，它的电位会抬升，有可能会造成反击；

三是避雷针的接地一般是和主接地网分开的，属于独立接地系统。这时接地体和接地网之间要保持土壤安全距离，以保证两者之间不发生反击。架设在站内被保护设备上方的避雷器，同样也需要注意空气中的反击和土壤中的反击，我们需要找到避雷线以及被保护设备之间最短的直线距离做为校验,然后校核在遭受不同雷击的情况下，是否会发生空气击穿以及土壤里的击穿；再就是入侵波的防范，即雷落在线路上，然后沿着线路入侵到变电站的情况，这时主要靠避雷器来保护。

四、仿真计算分析

　　配电线路属于高压架空线路，出现雷电感应过点压情况属于较为复杂的自然现象。本文采用当前学界普遍运用的仿真计算模型，在一定程度上可以较为接近实际工况下的计算结果。分析仿真计算结果是否准确可靠，由于涉及到测试设备的实际参数、实验过程中的实际工况以及计算时各项参数的选择，因此相对复杂。若是仅通过几次工况实验的结果对比就得出具体结论，难以具有科学论证性。在测量某次雷击空间电场时，先导阶段的计算结果中的函数波形下降相对缓慢，下降速度和先导发展速度具有密切关联，当波形下降到极点在向上提升，则速度主要与雷电流通通道的发展速度关系密切，最后阶段的波形也是有雷电流来主导的。在实际测量时，雷击配电线路产生的感应过电压与本次实验仿真计算的波形大致相同。

　　五、结语

　　综上所述，本文通过对学界关于配电线路雷电感应过电压的仿真计算模型进行研究，对比仿真模型与实际工况下的雷电线路感应过电压波形进行比较，证实仿真计算可以作为防护配电线路雷电感应过电压的主要计算依据。通过仿真计算模型结合避雷器设备，能够为配电线路的雷电感应过电压防护提供有效参考，提高国家电网运行安全。

　　参考文献：

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