土壤对架空配电线路感应雷过电压的影响研究

左军，赵少锋

(湖北省电力装备有限公司，湖北 武汉 430000)

1 引言

电力系统由发电、变电、输电、配电、用电组成，其中配电系统的作用是将电能分配给用户，在电力系统中发挥着重要作用[1]。在配电系统的实际运行中，雷电是造成配电线路事故的一个重要原因[2]。因此，对于架空配电线路的雷电过电压进行研究成为亟需研究的问题。由于雷电电磁波常通过传输电缆侵入用电设备，此时土壤成为影响雷电过电压的重要因素。而目前国内外学者在研究配电线路雷电过电压时，常将大地模型假设为理想导体，导致所得结论具有一定的局限性。综上，本文研究了土壤对配电线路的雷电过电压的影响规律。

2 雷电过电压概述

雷电是由雷云产生，最常见的雷云为积雨云，雷云的放电过程一般为先导放电、主防电和余晖放电[3]。一般来说，雷云间的放电不会影响配电线路，而雷云与大地间的放电会对线路造成重大危害。当配电线路受到雷击时，雷电电磁波常通过传输电缆侵入到用电设备，轻则造成设备故障，重则甚至会导致停电及人身事故[4-5]。

3 土壤因素对架空配电线路感应雷过电压的影响

下面分别研究土壤因素对架空配电线路的水平电场和感应雷过电压的影响规律。

3.1 土壤因素对水平电场的影响

为研究土壤因素对水平电场的影响，取土壤电导率σ=0.001s/m、σ=0.01s/m，分别考虑地表深度h1=0m、5m、10m时水平电场情况。计算结果如图所示。

图1 不同电导率计算结果

从图1中可以看出，不同电导率下，随着地下深度的增加，水平电场均呈现减小趋势。而当电导率从0.001s/m增大至0.01s/m时，随着地下深度的增大，水平电场的衰减程度变大。综上，土壤电导率对水平电场的影响较大，进而也会对感应雷过电压的造成较大影响。

3.2 土壤因素对感应雷过电压的影响

设置电导率参数分别为σ=0.01s/m和σ=0.001s/m，分别讨论上层土壤电导率σ1<下层土壤电导率σ2和σ1>σ2两种情况下的感应过电压。

(1) 首先计算当上层土壤电导率小于下层土壤电导率(σ1<σ2)时，不同地面坡度下感应雷过电压的变化情况，计算结果如图所示。

由图可知，当σ1<σ2时，随着地面坡度的增加，感应雷过电压呈现增大趋势。并且随着地下深度的增加，感应雷过电压也随之增加。

图2 θ=0°的计算结果

图3 θ=45°的计算结果

(2) 然后计算当上层土壤电导率大于下层土壤电导率(σ1>σ2)时，不同地面坡度下感应雷过电压的变化情况，计算结果如图所示。

图4 θ=0°的计算结果

由图可知，当σ1>σ2时，与图3结论类似，随着地面坡度的增加，感应雷过电压呈现增大趋势。但随着地下深度的增加，感应雷过电压随之减小。

图5 θ=45°的计算结果

4 结论

配电线路作为电力网的重要组成部分，其安全稳定运行对电力网的可靠性具有重要作用。为此，本文对配电线路的感应雷过电压展开了研究，重点分析了土壤因素对感应雷过电压的影响规律。结果表明，土壤电导率和地面坡度是感应雷过电压的重要影响因素。本文研究结果为后续配电线路的感应雷过电压提供了一定的理论参考。