10kV配电线路安装避雷器后雷电感应过电压特性分析

10kV 配电线路安装避雷器后雷电感应过电压特性分析

摘要：配电网10kV 配电线路由雷电引起的绝缘子闪络或线路故障跳闸的主要因素，也称之为感应雷过电压。感应雷过电压导致线路故障所占的比例在10kV 配网故障中非常大。因此，本文对10kV 配电线路雷电感应过电压的特性分析，旨在提高农网配电线路的供电可靠性。

关键词：配电线路；雷电感应过电压；模型计算；特性分析

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1674-7712 （2015）02-0000-01

雷电是一种在大气中激烈的静电中和现象，雷电灾害是指遭受

直击雷、感应雷或雷电侵入而造成的人员事故、财产损失和供电伤害。可以这么说，前两种危害大多数都没有什么特别的方式手段来降低它的伤害率，除了具有较强的自我安全意识和其他外界因素，没有太多的可能性做到防患于未然。但是供电伤害这一点，供电企业还是可以通过当代技术来降低它的发生的可能性，至少可以说能够降低它的伤害性。现在，国内外的配电线路大多数都是以架空线路为主，

这些架空路线，常年都裸露在户外，不仅要经受狂风暴雨等自然现象的洗礼，而且偶尔也会有一些鸟类等在上面栖息，或多或少都会受到一定的损害，因此，配电系统的安全运输便显得非常重要。这不仅仅是对于广大用电居民的一种安全保护，也是对于社会的一种安全保护。

雷电放电容易引起配电线路过电压，主要包括有：雷击架空线

路附近大地时引起感应雷过电压，雷击杆塔塔顶引起反击过电压，以及雷击架空线路引起直击雷过电压。架空配电线路绝缘水平低，导致的事故率很高，为了减少这样的危害，因此对10kV 配电线路安装避雷器后雷电感应过电压特性分析。

一、10kV 配电线路雷电感应过电压的计算关于电压的计算方式，首先要建立一个雷电回击的模拟，再建立雷电通道附近的电磁场，并计算出产生出来的电磁场，接着，建立电磁场与传输线的耦合模型，最后，用物理数学方法计算出雷电感应过电压。雷电回击电流模型有传输线和传输电流源两大类。在这两种雷电回击电流模型的基础上，国内外的学者对它们进行了完善和发展，又分别提出了MTLL 模型、MTLE 模型，以及DU 模型，目前我们采用最多的便是第一种MTLL 模型和第二种MTLE 模型。用这两种模型，能够有效地再现雷电通道附近的电磁场状态，可以让运维人员较为准确地计算出雷电感应过电压。耦合模型现下也有最为广泛的三种，分别是：Taylor 场线耦合模型、Agrawal 场线耦合模型，以及

Rachidi 场线耦合模型。这三种模型都是同一射入电子场分量引

起的感应电压和电流对总

电压等，通过这些模型可以计算出接近实际情况中的总电压与总电流。有了电流模型和场线耦合模型，接下来就可以来计算雷电感应过电压的数值了。上文进行了平行多导线的FDTD 算法，根据带有支路的导体的多导体传输线MTL 系统，得出一个带有向量的MTL 方程，采用装有绝缘子的杆塔制作一个模型，将其转化为一个简易的开关，当两端的电压超过1.5 倍时，冲击闪络电压后，绝缘子闪

络，就等于开关闭合。通过这些，再采用Rubinstein 提出的方法计算近似值，就能算出考虑有损大地时的水平电场分量，进而就能够算出雷电感应过电压的数值了。

二、雷电感应过电压波形特性在模型过程中，回波传播速率和塔杆接地电阻对最大感应过电压的影响比较小，所以在计算雷电感应过电压时可以忽略回波传播速率和塔杆接地电阻这两个的影响。在计算过程中可以得知，回波传播的速率越大，距离雷击点最近处的电压达到峰值就会越快，并且还可以发现，峰值越大，它所对应的感应过电压也就越大。但是如果速率不同的话，它所对应的峰值变化也不会特别大了。另外，波前时间如果越短的话，距离雷击点最近处的电压达到峰值也会更快，并且峰值更大，不同波前对应的峰值变化也会很大。

因为考虑到大地具有一定的电阻率，在FDTD 算法分析中，

可以发现，线路末端的感应电压的波形形状基本都是一致的，

但是这对局部也有很大的影响。如果大地电导率越低，那么电压就衰减越大，幅值也就越低。

三、雷电感应过电压的概率和闪络特性根据对雷电流幅值进行取值，采用蒙脱卡罗方法，随机选取了采集点，并且随机产生多次雷击，对这些雷击所产生的最大感应过电压的结果进行统计分析，通过这个统计结果，有n次所引起的最大感应过电压大于等于U，然后再计

算出每年每百公里配电线路产生的总次数N，当U为1.5倍CFO 时，N 就是每年每百公里配电线路的闪络次数。同时，出于对

有损大地的考虑，对采用的MTL 模型也进行了分析，结果可以发现，随着大地电导率的增大，雷击引起的线路最大感应过电压也会随之减小，雷击次数的变化速率也会随之减小，雷击感应过电压超过某一个特定电压过电压值的次数也会随之减少。换句话来说，就是指相应的线路中雷击故障率和闪络率降低了。另外，在雷击事件中，直击雷占的比例比较大，与之相比，伴随着大地电导率的加大，雷电感应所引起的闪络次数减少的速率也增大，而直击雷受到大地电导率的影响却比较小，因此，直击雷所导致的闪络算是最直接最重要的因素。

四、配电线路雷电感应过电压的防护措施通过以上对雷电感应

过电压的特性分析，对症下药，来

谈一谈对它的保护措施

第一，提高线路的绝缘水平。要提高配电线路的绝缘水平，就必须使用高质量的安全线路，不能使用劣质的绝缘子，并且要定期检查，如果发现有劣质的绝缘子要尽早更换。从而能够提高线路的可靠性，降低因遭受雷击产生的闪络次数。

第二，要保护好间隙。可调间隙防雷装置可以有效地保护间隙。这也需要通过绝缘子的高压试验，选取质量较好的装置，在过电压情况下，保护间隙会先于被保护绝缘子动作，从而有效防止了线路故障。

参考文献：

[1]王希，王顺超，何金良.安装避雷器后10kV 配电线路

的雷电感应过电压特性[J]. 电网技术，2012（07）：149-154.

[2]罗大强，唐军，许志荣，陈德智.10kV 架空配电线路防雷措施配置方案分析[J]. 电瓷避雷器，2012（05）：113-118.

[3]王希，王顺超，何金良.10kV 配电线路的雷电感应过电压特性[J]. 高电压技术，2011（03）：599-605.