土壤對架空配電線路感應雷過電壓的影響研究

左軍，趙少鋒

(湖北省電力裝備有限公司，湖北 武漢 430000)

1 引言

電力系統由發電、變電、輸電、配電、用電組成，其中配電系統的作用是將電能分配給用戶，在電力系統中發揮著重要作用[1]。在配電系統的實際運行中，雷電是造成配電線路事故的一個重要原因[2]。因此，對于架空配電線路的雷電過電壓進行研究成為亟需研究的問題。由于雷電電磁波常通過傳輸電纜侵入用電設備，此時土壤成為影響雷電過電壓的重要因素。而目前國內外學者在研究配電線路雷電過電壓時，常將大地模型假設為理想導體，導致所得結論具有一定的局限性。綜上，本文研究了土壤對配電線路的雷電過電壓的影響規律。

2 雷電過電壓概述

雷電是由雷云產生，最常見的雷云為積雨云，雷云的放電過程一般為先導放電、主防電和余暉放電[3]。一般來說，雷云間的放電不會影響配電線路，而雷云與大地間的放電會對線路造成重大危害。當配電線路受到雷擊時，雷電電磁波常通過傳輸電纜侵入到用電設備，輕則造成設備故障，重則甚至會導致停電及人身事故[4-5]。

3 土壤因素對架空配電線路感應雷過電壓的影響

下面分別研究土壤因素對架空配電線路的水平電場和感應雷過電壓的影響規律。

3.1 土壤因素對水平電場的影響

為研究土壤因素對水平電場的影響，取土壤電導率σ=0.001s/m、σ=0.01s/m，分別考慮地表深度h1=0m、5m、10m時水平電場情況。計算結果如圖所示。

圖1 不同電導率計算結果

從圖1中可以看出，不同電導率下，隨著地下深度的增加，水平電場均呈現減小趨勢。而當電導率從0.001s/m增大至0.01s/m時，隨著地下深度的增大，水平電場的衰減程度變大。綜上，土壤電導率對水平電場的影響較大，進而也會對感應雷過電壓的造成較大影響。

3.2 土壤因素對感應雷過電壓的影響

設置電導率參數分別為σ=0.01s/m和σ=0.001s/m，分別討論上層土壤電導率σ1<下層土壤電導率σ2和σ1>σ2兩種情況下的感應過電壓。

(1) 首先計算當上層土壤電導率小于下層土壤電導率(σ1<σ2)時，不同地面坡度下感應雷過電壓的變化情況，計算結果如圖所示。

由圖可知，當σ1<σ2時，隨著地面坡度的增加，感應雷過電壓呈現增大趨勢。并且隨著地下深度的增加，感應雷過電壓也隨之增加。

圖2 θ=0°的計算結果

圖3 θ=45°的計算結果

(2) 然后計算當上層土壤電導率大于下層土壤電導率(σ1>σ2)時，不同地面坡度下感應雷過電壓的變化情況，計算結果如圖所示。

圖4 θ=0°的計算結果

由圖可知，當σ1>σ2時，與圖3結論類似，隨著地面坡度的增加，感應雷過電壓呈現增大趨勢。但隨著地下深度的增加，感應雷過電壓隨之減小。

圖5 θ=45°的計算結果

4 結論

配電線路作為電力網的重要組成部分，其安全穩定運行對電力網的可靠性具有重要作用。為此，本文對配電線路的感應雷過電壓展開了研究，重點分析了土壤因素對感應雷過電壓的影響規律。結果表明，土壤電導率和地面坡度是感應雷過電壓的重要影響因素。本文研究結果為后續配電線路的感應雷過電壓提供了一定的理論參考。