架空配电线路感应雷过电压的计算

左军，赵少锋

(湖北省电力装备有限公司，湖北 武汉 430000)

1 引言

配电系统作为直接面向用户的电能输送单元，年均保持着非常可观的供电量，国民经济不断增长，人民生活水平也不断提高，许多新兴行业和新兴服务的不断涌现，对配电网供电可靠性的要求越来越高，而中低压配电网本就具有绝缘水平较低的先天性劣势，雷击对其造成的破坏非常大，严重甚至直接造成线路跳闸[1]。实际上，雷电的实质是一种强度极高的电磁脉冲现象，但这种自然对电力系统以及人身安全的威胁非常大[2]。由于我国电网的特点是多地区大联网，所以现今电网遭受雷电灾害影响的概率更大[3]。有资料显示我国电力系统，特别是在线路部分发生的跳闸事故中，由雷电灾害引起的线路跳闸占有很大的比重，多雷地区及部分特殊地区线路遭受雷击的跳闸率更高，最高可以超过65%[4]。

配电网具有复杂的结构和运行环境，配电线路分布较广泛，其绝缘水平也相对较低，雷击对配电线路的负面影响非常大。其中，架空配电线路主要受感应雷过电压破坏的影响比较严重，且架空配电线路运维难度较高[5]。因此，降低感应雷过电压对架空配电线路的危害，提高架空配电线路供电可靠性，是目前该领域亟待解决的问题。

2 雷电特性概述

自然界中的雷电是极其短暂的时间内瞬时发生的，破坏力非常强[6]。雷电放电过程可大致分为先导放电阶段、主放电阶段和余辉放电阶段。

(1)先导放电阶段:负电荷慢慢地聚集于雷云，与此同时，雷云下方的地面将感应出数量较多的正电荷。当空间中的电场强度达到一定临界值后，空间将出现雷云对地的局部放电通道。

(2)主放电阶段:当先导放电过程逐渐发展接近地面后，放电从下向上发展，时间极短，且将会有巨大的电流流经雷击点。

(3)余辉放电阶段:余辉放电紧接着主放电，在此过程中前一阶段残余的电荷将继续沿着通道进入地下，余辉放电的发展比较慢，持续时间长，雷电流的幅值也比较小。

3 感应雷过电压的计算与分析

文献[7]的方法，采用二维FDTD算法分析不同参数条件下架空配电线路遭受感应雷的影响，并计算其过电压的大小。

3.1 电导率对过电压的影响

图1是电导率对线路感应雷过电压的影响。

图1 电导率变化对感应雷过电压的影响

从图1中可以发现，感应雷过电压受山体电导率的影响较大，且电导率与感应雷过电压呈负相关，电导率越大，感应雷过电压的幅值反而越小，特别是σ由0.0001增大到0.01的过程中，感应雷过电压的减小幅度很大。由图1(a)可知，电导率在增大的过程中，近端点的感应雷过电压随之不断减小，且逐渐趋于平稳。图1(b)中，远端点的感应雷过电压幅值同样地与电导率呈现出负相关的关系，但逐渐减小为零。

近端点的位置靠近雷电反击通道，电导率越大，雷电在水平方向上产生的电磁脉冲也相应增加，导致架空配电线路受电场水平方向的影响增强，近端点的感应雷过电压幅值呈现逐渐降低的趋势。而远端点，随着电导率的增加，线路电场在水平方向分量的衰减比较大，从而导致线路的感应雷过电压有所降低，当电导率继续增加，接近于无穷大时，水平电场波头的极性会因此发生改变，造成过电压的极性出现反转为正的情况。

3.2 雷电回击速度对过电压的影响

图2是雷电回击速度对线路感应雷过电压的影响。

图2 雷电回击速度变化对感应雷过电压的影响

根据图2的结果能够发现，线路的感应过电压受雷电回击速度的影响比较小，雷电回击的速度越快，在线路中产生的感应雷过电压越小。

3.3 传输导线线路高度对过电压的影响

图3是架空线路高度对感应雷过电压的影响。

图3 线路高度变化对感应雷过电压的影响

根据图3可以发现，线路感应雷过电压受线路高度的影响比较大。近端点时，线路感应雷过电压随着线路架设高度的减小逐渐降低，特别是σ由50降低到10的过程中，幅度过大。远端点的变化规律与近端点恰好相反，线路感应雷过电压随着线路架设高度的减小逐渐增大，且在以上仿真的四种情况下，增幅基本接近。

4 结论

架空配电线路结构和运行环境较为复杂，绝缘水平低，雷击跳闸事故时有发生。本文通过仿真计算，分析了电导率、雷击速度以及线路架设高度对线路感应雷过电压的影响，得到的结论对提高架空配电线路耐雷水平的设计具有一定的实际参考价值。