10kV配電線(xiàn)路安裝避雷器后雷電感應(yīng)過(guò)電壓特性分析

摘 要：配電網(wǎng)10kV配電線(xiàn)路由雷電引起的絕緣子閃絡(luò)或線(xiàn)路故障跳閘的主要因素，也稱(chēng)之為感應(yīng)雷過(guò)電壓。感應(yīng)雷過(guò)電壓導(dǎo)致線(xiàn)路故障所占的比例在10kV配網(wǎng)故障中非常大。因此，本文對(duì)10kV配電線(xiàn)路雷電感應(yīng)過(guò)電壓的特性分析，旨在提高農(nóng)網(wǎng)配電線(xiàn)路的供電可靠性。

關(guān)鍵詞：配電線(xiàn)路；雷電感應(yīng)過(guò)電壓；模型計(jì)算；特性分析

中圖分類(lèi)號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-7712 （2015） 02-0000-01

雷電是一種在大氣中激烈的靜電中和現(xiàn)象，雷電災(zāi)害是指遭受直擊雷、感應(yīng)雷或雷電侵入而造成的人員事故、財(cái)產(chǎn)損失和供電傷害。可以這么說(shuō)，前兩種危害大多數(shù)都沒(méi)有什么特別的方式手段來(lái)降低它的傷害率，除了具有較強(qiáng)的自我安全意識(shí)和其他外界因素，沒(méi)有太多的可能性做到防患于未然。但是供電傷害這一點(diǎn)，供電企業(yè)還是可以通過(guò)當(dāng)代技術(shù)來(lái)降低它的發(fā)生的可能性，至少可以說(shuō)能夠降低它的傷害性。現(xiàn)在，國(guó)內(nèi)外的配電線(xiàn)路大多數(shù)都是以架空線(xiàn)路為主，這些架空路線(xiàn)，常年都裸露在戶(hù)外，不僅要經(jīng)受狂風(fēng)暴雨等自然現(xiàn)象的洗禮，而且偶爾也會(huì)有一些鳥(niǎo)類(lèi)等在上面棲息，或多或少都會(huì)受到一定的損害，因此，配電系統(tǒng)的安全運(yùn)輸便顯得非常重要。這不僅僅是對(duì)于廣大用電居民的一種安全保護(hù)，也是對(duì)于社會(huì)的一種安全保護(hù)。

雷電放電容易引起配電線(xiàn)路過(guò)電壓，主要包括有：雷擊架空線(xiàn)路附近大地時(shí)引起感應(yīng)雷過(guò)電壓，雷擊桿塔塔頂引起反擊過(guò)電壓，以及雷擊架空線(xiàn)路引起直擊雷過(guò)電壓。架空配電線(xiàn)路絕緣水平低，導(dǎo)致的事故率很高，為了減少這樣的危害，因此對(duì)10kV配電線(xiàn)路安裝避雷器后雷電感應(yīng)過(guò)電壓特性分析。

一、10kV配電線(xiàn)路雷電感應(yīng)過(guò)電壓的計(jì)算

關(guān)于電壓的計(jì)算方式，首先要建立一個(gè)雷電回?fù)舻哪M，再建立雷電通道附近的電磁場(chǎng)，并計(jì)算出產(chǎn)生出來(lái)的電磁場(chǎng)，接著，建立電磁場(chǎng)與傳輸線(xiàn)的耦合模型，最后，用物理數(shù)學(xué)方法計(jì)算出雷電感應(yīng)過(guò)電壓。雷電回?fù)綦娏髂Ｐ陀袀鬏斁€(xiàn)和傳輸電流源兩大類(lèi)。在這兩種雷電回?fù)綦娏髂Ｐ偷幕A(chǔ)上，國(guó)內(nèi)外的學(xué)者對(duì)它們進(jìn)行了完善和發(fā)展，又分別提出了MTLL模型、MTLE模型，以及DU模型，目前我們采用最多的便是第一種MTLL模型和第二種MTLE模型。用這兩種模型，能夠有效地再現(xiàn)雷電通道附近的電磁場(chǎng)狀態(tài)，可以讓運(yùn)維人員較為準(zhǔn)確地計(jì)算出雷電感應(yīng)過(guò)電壓。耦合模型現(xiàn)下也有最為廣泛的三種，分別是：Taylor場(chǎng)線(xiàn)耦合模型、Agrawal場(chǎng)線(xiàn)耦合模型，以及Rachidi場(chǎng)線(xiàn)耦合模型。這三種模型都是同一射入電子場(chǎng)分量引起的感應(yīng)電壓和電流對(duì)總電壓等，通過(guò)這些模型可以計(jì)算出接近實(shí)際情況中的總電壓與總電流。

有了電流模型和場(chǎng)線(xiàn)耦合模型，接下來(lái)就可以來(lái)計(jì)算雷電感應(yīng)過(guò)電壓的數(shù)值了。上文進(jìn)行了平行多導(dǎo)線(xiàn)的FDTD算法，根據(jù)帶有支路的導(dǎo)體的多導(dǎo)體傳輸線(xiàn)MTL系統(tǒng)，得出一個(gè)帶有向量的MTL方程，采用裝有絕緣子的桿塔制作一個(gè)模型，將其轉(zhuǎn)化為一個(gè)簡(jiǎn)易的開(kāi)關(guān)，當(dāng)兩端的電壓超過(guò)1.5倍時(shí)，沖擊閃絡(luò)電壓后，絕緣子閃絡(luò)，就等于開(kāi)關(guān)閉合。通過(guò)這些，再采用Rubinstein提出的方法計(jì)算近似值，就能算出考慮有損大地時(shí)的水平電場(chǎng)分量，進(jìn)而就能夠算出雷電感應(yīng)過(guò)電壓的數(shù)值了。

二、雷電感應(yīng)過(guò)電壓波形特性

在模型過(guò)程中，回波傳播速率和塔桿接地電阻對(duì)最大感應(yīng)過(guò)電壓的影響比較小，所以在計(jì)算雷電感應(yīng)過(guò)電壓時(shí)可以忽略回波傳播速率和塔桿接地電阻這兩個(gè)的影響。在計(jì)算過(guò)程中可以得知，回波傳播的速率越大，距離雷擊點(diǎn)最近處的電壓達(dá)到峰值就會(huì)越快，并且還可以發(fā)現(xiàn)，峰值越大，它所對(duì)應(yīng)的感應(yīng)過(guò)電壓也就越大。但是如果速率不同的話(huà)，它所對(duì)應(yīng)的峰值變化也不會(huì)特別大了。另外，波前時(shí)間如果越短的話(huà)，距離雷擊點(diǎn)最近處的電壓達(dá)到峰值也會(huì)更快，并且峰值更大，不同波前對(duì)應(yīng)的峰值變化也會(huì)很大。

因?yàn)榭紤]到大地具有一定的電阻率，在FDTD算法分析中，可以發(fā)現(xiàn)，線(xiàn)路末端的感應(yīng)電壓的波形形狀基本都是一致的，但是這對(duì)局部也有很大的影響。如果大地電導(dǎo)率越低，那么電壓就衰減越大，幅值也就越低。

三、雷電感應(yīng)過(guò)電壓的概率和閃絡(luò)特性

根據(jù)對(duì)雷電流幅值進(jìn)行取值，采用蒙脫卡羅方法，隨機(jī)選取了采集點(diǎn)，并且隨機(jī)產(chǎn)生多次雷擊，對(duì)這些雷擊所產(chǎn)生的最大感應(yīng)過(guò)電壓的結(jié)果進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，通過(guò)這個(gè)統(tǒng)計(jì)結(jié)果，有n次所引起的最大感應(yīng)過(guò)電壓大于等于U，然后再計(jì)算出每年每百公里配電線(xiàn)路產(chǎn)生的總次數(shù)N，當(dāng)U為1.5倍CFO時(shí)，N就是每年每百公里配電線(xiàn)路的閃絡(luò)次數(shù)。同時(shí)，出于對(duì)有損大地的考慮，對(duì)采用的MTL模型也進(jìn)行了分析，結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，隨著大地電導(dǎo)率的增大，雷擊引起的線(xiàn)路最大感應(yīng)過(guò)電壓也會(huì)隨之減小，雷擊次數(shù)的變化速率也會(huì)隨之減小，雷擊感應(yīng)過(guò)電壓超過(guò)某一個(gè)特定電壓過(guò)電壓值的次數(shù)也會(huì)隨之減少。換句話(huà)來(lái)說(shuō)，就是指相應(yīng)的線(xiàn)路中雷擊故障率和閃絡(luò)率降低了。另外，在雷擊事件中，直擊雷占的比例比較大，與之相比，伴隨著大地電導(dǎo)率的加大，雷電感應(yīng)所引起的閃絡(luò)次數(shù)減少的速率也增大，而直擊雷受到大地電導(dǎo)率的影響卻比較小，因此，直擊雷所導(dǎo)致的閃絡(luò)算是最直接最重要的因素。

四、配電線(xiàn)路雷電感應(yīng)過(guò)電壓的防護(hù)措施

通過(guò)以上對(duì)雷電感應(yīng)過(guò)電壓的特性分析，對(duì)癥下藥，來(lái)談一談對(duì)它的保護(hù)措施。

第一，提高線(xiàn)路的絕緣水平。要提高配電線(xiàn)路的絕緣水平，就必須使用高質(zhì)量的安全線(xiàn)路，不能使用劣質(zhì)的絕緣子，并且要定期檢查，如果發(fā)現(xiàn)有劣質(zhì)的絕緣子要盡早更換。從而能夠提高線(xiàn)路的可靠性，降低因遭受雷擊產(chǎn)生的閃絡(luò)次數(shù)。

第二，要保護(hù)好間隙。可調(diào)間隙防雷裝置可以有效地保護(hù)間隙。這也需要通過(guò)絕緣子的高壓試驗(yàn)，選取質(zhì)量較好的裝置，在過(guò)電壓情況下，保護(hù)間隙會(huì)先于被保護(hù)絕緣子動(dòng)作，從而有效防止了線(xiàn)路故障。

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