配电网感应过电压防范策略研究

王宇鹏

(四川电网攀枝花电业局，四川 攀枝花 617000)

自改革开放以来我国经济迅猛发展，与此同时社会生产、生活的用电需求也与日俱增。为了更好的满足用电需求，我国近年来加大了电网建设力度，已经逐渐构建起覆盖全国绝大多数地区的配电网络。但是随着配电网规模的扩大，各种自然因素引起的配电网故障也快速增多，尤其是雷电对配电网的影响近年来呈现逐年上升的态势。如何才能更好的保护配电网在雷电影响下的安全稳定运行，已经成为摆在我国电力工作者面前的头等大事。

1 感应雷过电压形成机理分析

感应雷过电压是指雷击线路附近大地或雷击杆塔时由于电磁感应在导线上引起的过电压。感应过电压包括静电感应和电磁感应两个分量。实际上，感应过电压的静电分量和电磁分量都是在主放电过程中，由统一的电磁场突变而同时产生的。由于主放电的速度比光速小得多，主放电通道和导线基本上互相垂直，互感不大，电磁感应较弱，因此电磁感应分量要比静电感应分量小得多，并且两种分量出现最大值的时刻也不相同，所以在总的感应过电压幅值中，静电分量将起主要作用。从产生静电分量角度来看，雷电流幅值大，是由于先导通道的电荷密度大，或由于主放电速度高。电荷密度大，其产生的场强就高，导线上感应的束缚电荷就越多，主放电阶段释放的束缚电荷也越多，导致静电分量加大。导线平均高度越高则导线对地电容越小，释放出同样的束缚电荷所呈现的电压也就越高。雷击点距离导线的距离越近，导线上的束缚电荷越多，释放后的过电压也越高。从产生电磁分量来看，雷电流幅值越大、雷击点距离导线越近，都将导致导线－大地回路中各部分的磁通随时间的变化率加大，从而导致感应过电压的电磁分量增加。

2 配电网感应过电压的防护

在雷电的影响下，可能会引起配电网线路的跳闸故障，甚至有可能会直接导致配电网断线。通常情况下架空的线路一般可以得到周边的建筑物以及各种树木的遮挡，反而不太容易直接受到雷击，感应雷过电压则是造成故障的最主要因素，也是进行配电网感应过电压防护的重点。防护的方式无外乎两大类方法，一是对其加以限制，二是尽可能的降低感应雷过电压。前者是目前研究最多的方法，主要方式就是安装避雷装置，也是本文研究的重点。

2.1 线路避雷器

在一个三相供电网络中，三相导线上都会存在感应雷过电压，而且相互之间在波形、幅值等方面都基本一样，因此有可能会出现引起同事的对地闪络。为此需要同时给三相导线安装相应的线路避雷器，如此才能更好的保护配电网络。实际上避雷器就是将感应雷过电压通过电流的形式接入大地，从而避免设备和线路受到影响。最终的防护效果不仅与线路避雷器的技术和质量有关，而且与如何更加合理的配置线路避雷器密切相关。如果在配电网的每一个基杆塔都安装避雷器，显然可以起到最佳的感应过电压防护效果，但是考虑到配电网规模的庞大，这种方式的成本是巨大的。为了综合考虑安全性和经济型，有三种方案可以选择:一是每两个相邻的基杆塔作为一组，安装一个避雷器;二是每三个基杆塔一组，安装一避雷器;三是每六个基杆塔一组，安装一组避雷器。无论是采用哪种方式，安装了避雷器的那个基杆塔的绝缘子必然不会再闪络，也就不会出现问题，但是那些为了降低成本而没有安装避雷器的基杆塔则有可能会出现闪络，进而导致故障，这个概率和接地电阻的大小成正比，因此应该结合接地电阻和途径地区平均和最大雷电流峰值大小来决定一个相对合理的方案。此外如果采用了绝缘导线，也可以相对缩小安装的数量。

2.2 避雷线

如果考虑在配电网架空线路上安装避雷线，那么就可以在雷电经过配电网线路周围的大地时，起到有效的屏蔽作用，从而降低感应过电压、减少因此引起故障的概率。这种防护的基本原理如下:如果安装的避雷线和架空的线路处于完全相同的告诉，那么这两种线上的感应雷过电压的计算方式和参数都是基本一致的，最终得到的结果也是相近的。但是避雷线本身是接地的，和架空的线路高度完全不一样，避雷线的电位等于零，就实际上相当于给避雷线增加了一个极性相反，在耦合作用下使得两者出现叠加效应。这里就存在一个耦合系数的问题，改系数与导线的位置、尺寸密切相关，相互距离越近那么系数就越大，最终的感应过电压就会相对较低，也就是说避雷线的位置将直接影响到最终的防护效果。研究表明，使用避雷线进行防护时，配电网架空线路的高度越高，那么应对感应过电压的效果就会越低，与此同时防护的效果与避雷线、导线距离之间成正比关系。总的来看，使用避雷线还是可以起到很多的防护作用的，实际使用过程中需要结合考虑这两个特点，考虑配电网具体位置的特殊情况，选择一个合理的高度，并尽可能缩短避雷线与配电网导线之间的距离。

2.3 对直击雷的防护分析

尽管本文研究的线路避震器以及避雷线两种方式主要针对的是感应雷过电压这种雷电引起的危害，但是对特殊的直击雷也可以起到一定的保护作用。首先在使用线路避雷器情况下，如果发生直击雷那么只要这个基杆塔安装了线路避雷器，就可以将绝大多数的雷电电流导入到大地当中，避免对配电网造成伤害。这个时候防护的效果将与线路避雷器的最大容量成正比，也就是说通流容量越大对于直击雷的防护效果越佳。目前使用的各种线路避雷器对于一般性的雷电防护基本上足够了。但是在这种方式下，没有安装线路避雷器的基杆塔则不能起到防护直击雷的作用。其次针对使用避雷线的防护方式，直击雷可以分为两种可能:一是直接击中了基杆塔塔顶，二是击中了安装的避雷线。后者由于接地作用，可以起到很好的保护作用。即使是前者，由于前文的分析两者之间的距离非常近，避雷线也可以起到很好的分流作用，在一定程度上降低直击雷经过导线的电压，减少对于配电网络线路的伤害，起到一定的防护作用。

3 结束语

随着我国电力系统的快速发展，配电网规模越来越大，雷电对于配电网的威胁也与日俱增，已经成为影响我国配电网安全稳定运行的重要因素之一。为此本文着重分析了感应雷过电压的基本形成机理，在此基础上探讨了配电网感应过电压防护的基本方式，详细阐述了线路避雷器、避雷线的使用特点，以及其对直击雷的防范效果，以期能够更好的促进我国配电网感应过电压的防护理论和实践的发展，乃至更好的维护我国整个配电网络的安全、稳定、高效运行，更为的我国经济的发展和人民的生活提供电力保障。

[1]文武.感应雷电磁干扰及防护研究[D]，武汉大学，2004.

[2]朱海明.配电网感应过电压防护策略研究[D]，华南理工大学，2012.4.