分析導線弧垂對雷電感應過電壓的影響

懷天嬌

摘? ?要：在雷電感應的電壓研究工作當中，通常情況下將架空線路直接看做直線，但是在實際的線路當中，由于線路自身的自重、風壓、覆冰以及外部溫度等方面因素的影響，造成了架空線路會產生一定的弧垂不再平行于水平地面，因此針對導線弧垂對雷電感應過壓所產生的影響進行了分析和研究，有效降低雷電感應過電壓問題對整個架空線路所產生的不良影響。

關鍵詞：導線弧垂? 雷電感應? 過電壓

中圖分類號：TM75? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? 文章編號：1674-098X（2019）09（c）-0086-02

首先需要基于非均勻性傳輸線的理論建立起非均勻多導體傳輸線路禍合模型，其次使用單變量使與有限元法來對其進行求解，最后有效研究了在不同的水平應力條件下，雷電感應電流的電壓以及感應電流的散落率進行了準確的計算，通過相關分析結果可以看出，有效考慮到了弧垂的大小可以有效降低雷電感應電壓值的峰值以及感應，電過壓閃落率的大小隨著水平應力的降低，在雷電感應電壓值的峰值上會存在明顯的下降趨勢。

1? 非均勻多導體傳輸線場線耦合模型的改進FETD

架空配電線路作為電力系統當中非常重要的各種環節，其中大部分的線路基本上都是裸露在外部的環境當中，線路的整體絕緣水平相對較低，很容易會受到自然雷電災害的影響，造成電力系統內部的設備被破壞，或者是直接造成線路的大面積供電中斷，因為感應電流所造成的雷擊故障率超過了90%以上，因此針對雷電感應的電壓大小進行科學有效的計算和分析，對保證整個架空線路的雷電防護工作以及提高整個供電線路的安全性和穩定性有著至關重要的意義。在實際的工作過程中通常情況下將架空線路看成是一個均勻傳輸的導線來進行計算和求解，但是在實際的架空線路當中，基本上都是處于一種非均勻性結構的存在，關于非均勻性的雷電感應和電壓的研究程度相對較低，關于非均勻性傳輸線路的研究工作來講，其中比較常用的數值計算方法分為有限差分法、精細積分法以及時域有限元分析方法，FDTD法式時域求解非均勻性性傳輸線路電磁動態工作過程的有效方式，通過相關研究人員的研究和分析，對非均勻性傳輸線路可以實現，可以以分段指數分析的方法來進行實現，在每一段線路的離散段當中可以通過時域方程轉換系數，將其有效轉化成為禍合方程，最終可以通過相應的改進方式將其轉化成為時域。

2? 線差分散法

線差分散法，通過這種先進的算法，有效解決了傳統形勢下階梯式的模型建立所產生的矛盾問題，同時可以將整個線路進行時域分析，通過這種計算方式具有更高的計算精確度以及更高的計算工作效率，不會產生相應的數值震蕩，但是在時間的長短方面會直接受到線路的穩定性條件的影響，對小空間的線路損耗問題所耗用的計算機資源相對較多，并且在整個計算工作效率上相對比較低下。通過相關研究人員的研究分析提出了一種無條件穩定的算法，該算法可以用于一些非均勻性多導體傳輸線路的計算工作當中，通過該方式的應用可以將電壓電流作為其中的求解變量，在整個變量的數目上相對比較復雜。研究工人員通過提出了一種任意差分精細的算法可以將非均勻性傳輸線路當中的電磁動態過程來進行模擬和分析，通過空間離散過程中所產生的阻抗劇烈變化狀況來進行了有效的處理，通過增加線路的分段數來避免出現折反射等不良問題。

3? 導線弧垂對雷電感應過電壓的影響

所謂的線路弧垂主要針對的是在相對平坦的地面上，相鄰兩個電桿上的導線懸掛高度點相同，導線的懸掛最低點和兩個懸掛點之間的垂直距離極為導線的弧垂。通常情況下，在輸電線路較遠的情況下，由于導線自動的影響會造成線路出現一定程度的弧垂造成的導線形成一個懸掛式的形狀。通過選擇一個實際35kV的配電網線路來進行分析，針對典型的架空線路來講在有損大地對水平電廠的影響相對較大，同時廠線耦合模型的影響程度上相對較小，因此可以直接忽略有損大地的廠線耦合所產生的不良影響。在本文的研究過程當中，只針對計算電場過程中所考慮的有損大地，同時分析計算了弧垂對立感應電壓所產生的不良影響，具體的模型如圖1所示。

其中通過實地測量，導線的長度為1500m，水平的檔距為300m，導線檔距高度為15.6m，最大的弧垂大小為3.5m，三相導線之間呈水平排列狀，導線相互之間的距離為4m，半徑大小為8.5m，線路兩端分別通過電阻r1和r2接地。雷電電流模型運用的是hd模型，雷電的風流值大小為40kA。雷電飛機模型運用的是MTLE模型，雷擊點位于線路的垂直平分線當中，選取了雷擊點距離A項導線100m和200m兩個位置來進行設定，并且對這兩個點被進行了相應的仿真和計算，雷電感應水平電場運用的是Cooray-Rubinsteinr公式來進行計算，并且有效計算了三種典型的大地電導率以及水平電場的分量大小。

4? 結語

基于非均勻性多導體傳輸線路的計算和分析，有效推導出了非均勻性多導體傳輸線路和單電壓變量時域有限方程，相比于FDTD計算方式來講，在整個變量的數據的數量上下降了50%，大大提高了整個計算工作效率，同時還節省了大量的數據儲存空間。

參考文獻

[1] 劉欣，岳慧清.考慮導線弧垂的雷電感應電壓計算與分析[J].華北電力大學學報：自然科學版，2019，46（3）：57-65.

[2] 岳慧清，盧兵.導線弧垂對雷電感應過電壓影響的研究[J].黑龍江電力，2018，40（5）：448-452，470.

[3] 李東銘. 雷電電磁場以及架空導線雷電感應過電壓計算分析[D].華中科技大學，2011.