10kV配电线路的雷电感应过电压特性分析

徐勇

摘 要：10kV架空配电线路雷电防护系统的主要研究课题是雷电感应过电压现象，在10kV配电线路的架设过程中架设地线能够有效防护配电线路雷电感应过电压现象，已经成为电力领域广泛关注的话题。相关电力研究结果显示，将地线架设在到线上方，在满足底线和导线之间距离科学要求的情况下，使底线和导线距离缩短，电杆会实现自然接地。伴随大地电阻率增大和绝缘子闪络电压的降低，线路的雷电感应过电压闪络率将逐步提高，所以架设地线能够有效的降低线路雷电感应过电压闪络率。

关键词：10kV线路；雷电；感应过电压概率分布

前言

10kV配电线路雷电故障频发的原因是架空线路的绝缘水平普遍较低。其中绝大部分的隐患来自于雷电击中线路附近的大地或者高大建筑物时，在导线上产生的感应超过电压承受能力引发的。早在20世纪初期，相关学者已经提出通过在架空配电线路中架设地线的方法有效防护雷迪纳感应过电压现象。因此作者针对“10kV配电线路的雷电感应过电压特性”这一课题的研究具有现实意义。

1 雷电感应过电压

当10kV架空配电线路周围聚集高达的建筑物时，由于建筑物的高度普遍高于导线的高速度，通过建筑物的遮挡屏蔽，使导线的弧度大为减小，在雷电直接击中导线的概率相对于空旷地带的导线击中率减小。因为高大的建筑物能够直接减弱雷电先导产生的电场，从而使局部被束缚的电荷总量降低，当雷击大地时，可以有效降低导线上产生的雷过电击。

2 雷电感应过电压的计算方式

雷电感应过电压数值的计算方式：首先，依据主放电雷电流模式计算出离雷电通道不同距离位置的电场分布；然后依据线路和电磁场的关系计算不同雷电电场在配电线路上产生的感应过电压。随着科学的进步，FDTD（finite difference tima domain）计算模式产生并被广泛应用，FDTD计算模式能够同时对大地有限电导率和绝缘子闪络对雷电过电压的影响进行同时考虑。相比与传统雷电过电压计算方式，可以得出准确的时域响应结果，具有创新意义[1]。

3 雷电感应过电压波形特性

雷击点距离配电线路的距离、雷电流幅值及配电线路的高度等因素都对最大感应过电压产生影响，FDTD计算结果显示，除了以上因素，雷电流波前时间、回波的传播速度、大地导电率、接地电阻等因素也会对最大感应过电压造成影响。因为在雷电感应过电压的计算过程中，对雷电先导的同波速度以及接地电阻的考虑较小，所以雷电先导的同波速度以及接地电阻在雷电过电压变化过程中影响不大，可以进行忽略。

3.1 最大感应过电压与雷电流幅值的关系

配电线路最大感应过电压与雷电流幅值成正比关系。当线路高度与雷电流幅值达到一定比值时，配电线路就会发生线路跳闸反应，发生配电线路事故。但是，如果雷击点附近的导线能够对电流开放释放通道，可以避免绝缘子串闪络跳闸，从而防止配电线路故障的发生。

3.2 最大感应过电压与大地电导率的关系

雷电感应过电压的最大影响因素是大地电导率。电压的正负极和幅值等因素受到大地电导率的直接影响，所以大地电导率越高，电流幅值越大，电压升幅率随之增高。由于大地是非理想化的导体，具有电阻率，只对局部产生影响。大地电导率对高频电磁场将产生重大影响，伴随雷电波在配电线路上的传输过程，传输线路的各节点的电压都将发生改变，如果只把大地作为理想导体进行考虑，虽然能够使电波在线路上的传输过程中使电压幅值发生变化，但是波形不会受到影响，与之前的波形保持一致。所以随着大地电导率的减小，电压幅值变小，波形就会无限放大，最终可能导致电压正负极的改变[2]。

4 雷电感应过电压的概率闪络特性分析

通过FDTD计算结果显示，当大地电导率增加时，雷电感应过电压等因素将呈现下降的趋势，从而能够有效降低配电线路雷击事故的发生概率，闪络率和闪络次数随之减少。直击雷在导致配电线路闪络率的雷击问题中占有重要原因，因为所有的直击雷都可能造成配电线路的短路现象，当配电线路缺少高大建筑物的保护时，直击雷将成为配电线路闪络的罪魁祸首。

5 有效防止雷电过电压的策略分析

5.1 新型设备材料的应用

钢绞线是避雷线的首选材料，导线在线路架设的结构设置中，处于杆塔的最顶端，主要发挥引雷的功能。现有配电线路架设过程中，针对高压输电路和超高压输电路，避雷线一般采用镀锌钢绞线作为原材料进行架设，常用截面一般为25mm2、35mm2、50mm2、70mm2，导线的截面越大，使用的壁垒线截面越大。壁垒线会受到风力作用影响发生震动，而在容易发生震动的节点装置防震锤是一项有效措施。随着电力事业的发展，国际上电力系统发达的国家在超高压线路架设过程中，开始将良导线应用到架空线路的建设过程中，主要材料是铅包钢结构的导线，具有强度高、不生锈、具有良好导电率的优点。通过对新材料的有效应用可以有效防止雷电过电压现象的发生[3]。

5.2 安装施工工艺的改进

对保护角的有效控制是增强输电线路绕击奈雷性能的有效措施。在线路架设过程中，采用小保护角避雷线的监控线路，能够有效降低雷击导线产生的绕击故障发生率。有意识的减少避雷线保护角，能够增强避雷线对导线的保护功能，增大对导线的保护面积，提高对导线的屏蔽效率。在雷电流的作用下，可以有效减少可能发生的绕击电流出现频率，从而使雷击跳闸率降低。因此，在安装施工工艺上应当利用先进科学技术，不断进行技术创新，将避雷线的保护角大幅度降低，甚至呈现负保护角状态，将对预防绕击现象发挥重要的作用。

5.3 严格遵守技术规范

在对原有输电线路的改造过程中，虽然减小保护角可以有效降低雷击跳闸发生概率，但是改造过程将是一项复杂的工作，需要全面切断输电线路，实施对杆塔结构的改造过程，施工周期比较长、技术含量高、成本巨大、操作难度较大，所以呈现的总体经济效益不高。新线路架设过程中，应当尽量减小保护角度，利用先进技术对杆塔进行重新规划设计。

通过将避雷线外移的方法减小避雷线和导线之间的距离，由于避雷线外移，杆间的应力将会随之增大，杆塔的质量和基础应力都会发生变化，线路的投资成本将大幅度增加。通过将导线内移的方法减小保护角，杆塔的尺寸会随之减小，输电走廊也会随之减小，成本将有所降低。通过增加避雷线高度的方法减小保护角，需要增设杆塔设施，从而提高了基础设施建设成本的投入[4]。所以，在进行输电线路改造或者架设过程中，理应遵循的技术规范不可同日而语，一概而论，需要充分研究各地的地理状况、经济发展现状及电力需求，选取合适的方式进行线路改造和架设。

6 结束语

文章针对10kV配电线路的雷电感应过电压特性进行了系统分析，根据雷电感应过电压特性对防止雷电过电压的具体措施进行了阐述，总结出防止雷电过电压事故产生的有效方法。希望通過作者的阐述，为电力系统输电线路改造和架设提供借鉴，促进我国电力事业的长足稳定发展。

参考文献

[1]陈思明，尹慧，等.10kV架空配电线路感应雷过电压暂态特性分析[J].电瓷避雷器，2014，5（2）：90-96.

[2]甄雄辉.10kV配电线路架设地线对雷电感应过电压的防护效果分析[J].中国高新技术企业，2015，5（29）：135-136.

[3]边凯，陈维江，等.配电线路架设地线对雷电感应过电压的防护效果[J].高电压技术，2013，6（4）：993-999.

[4]唐军，许志荣，等.高耸建筑群对10kV配电线路感应雷雷击特性的影响[J].电瓷避雷器，2012，5（4）：79-84+90.