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10kV配电线路的雷电感应过电压特性

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摘要：在电力系统中各种架空线路的绝缘水平较低，在运行过程中除了长期受到工作电压的作用外，还会受到各种比工作电压高很多的雷击感应过电压短时作用，出现对绝缘有危险的电压升高和电位差升高，由于配电线路分布面积广，易于受雷击，在雷电的感应下，容易出现各种闪络事故，就会引起电力系统的绝缘故障和停电事故，近年来，很多学者也重视架空线路的上升时间，电压峰值的变化参数，对于配电线路雷电过电压的特性有了更深入的分析。下面，就利用参数模型计算方式对10KV配电线路的雷电感应特性进行研究。

关键词：10KV线路过电压雷电感应配电线路

1.前言

目前，随着电力的不断改革和科技创新，我国的电力行业也得到了十分迅速的发展，10KV架空配电线路分布较广，相比而下，架空配电线路的绝缘水平较低，在雷电感应下，容易出现各种闪络事故，就会引起电力系统的绝缘故障和停电事故，近年来，很多学者也重视架空线路的上升时间，电压峰值的变化参数，对于配电线路雷电过电压的特性有了更深入的研究分析。但是有些专家在研究的过程中往往忽略了绝缘子串闪络问题，那么电力工作人员就难以利用这些研究数据对配电线路的耐雷设计进行试验分析，因此，必须全面对配电线路的雷电感应特性进行研究，研究调查表明，10KV配电线路一般会受到附近建筑物或其他高空物体的影响，也就会引起雷击过电压事故，下面对10KV配电线路的雷电感应过电压特性进行研究分析。

2.10KV配电线路感应雷过电压的计算

在输电线路过程中，由于雷电放电的复杂性，通过工程分析雷电感应过电压得到的计算结果是作为衡量线路防雷性能的相对指标，一般对于10KV配电线路雷电感应过电压的计算，主要先根据主放电雷电流的参数计算出距离雷电通道不同距离的电磁场分布情况，并根据雷电通道周围电磁场和配电线路耦合的数学模型关系来计算出电磁场在配电线路中产生的过电压，具体计算方法如下：

2.1输电线路时域有限差分法的计算方法

时域有限差分法是一种应用非常广泛的电磁场数值计算方法，通过计算传输线上电场磁场和电流分布，然而对10KV配电线路雷电感应过电压的计算，其计算方程如下：

式中：分别是参考导体的电压以及电流的向量，r，l，c，g分别是导线单位长度的电阻，电感电容以及电导量，是分布在导线的电场量，是输电线电流向量。此方程可用二阶集中差分法的计算方式计算。

2.2绝缘子支路的简化及有损大地对电磁场的影响

绝缘子支路的简化，可以更好的分析10KV配电线路的雷电感应过电压，可以将绝缘子支路简化为一个理想开关，若绝缘子两端电压超过临界电压的1.5倍时；绝缘子将会出现闪络的情况，会成为一个闭合开关，根据调查表明，绝缘子发生闪络的情况为50%，但这种闪络可以看做间隙放电，间隙放电具有伏秒特性，所以在计算时，计算系数按1.5计算。在绝缘子支路中，需要对有损大地对传输线参数以及电磁场的影响分析，在某些位置雷电引起的电磁场水平分量远小于垂直电场，但是大地电导率对水平分量有较大的影响，同时水平分量的计算需要利用精确公式或可靠的近似，计算如下：

式中：是有损大地时的水平电场分不量，是把大地看做理想导体状态时的水平电场分布量，分别是大地的电导率和相对介质常数，分别是空气的磁系数以及空气介质常数。

2.3雷电感应过电压的有效性验证

本文以10KV配电线路为例，计算时配电线路长度视为2m，将其杆塔档距取为62km，其他参数可忽略不计，为了验证计算方法的正确性，将算法和PSCAD仿真分别得到的结果进行比较分析对比，在这里比较直击雷的雷电感应过电压情况，将雷电流假设为双指数波，雷电电流的速率取为，雷电电流的双指数波幅值,，在计算时将大地假设为有损大地在计算过程中避雷器的绝缘子CFO值是128V,绝缘子值是157V,根据电路的参数计算,配电线路采用频变模型，也要考虑大地电阻率，其他参数和计算方法中取为一致，对其两种方法进行比较1）绝缘子无穷大时，沿线路没有保护的情况2）雷击点两侧杆塔分别安装一组避雷器的情况3）雷击点两侧杆塔分别安装一组绝缘子的情况，三种情形下分别用PSCAD计算与参数算法进行计算，对比两种计算方法的误差。

3.10KV配电线路的雷电感应过电压特性

3.1感应过电压的特性分析

在大量的研究下，结果表明不同导线高度、雷电回击速度、雷电流复制等因素三个因素有关，然而目前，经过很多专家的试验分析证明最大感应过电压不仅与以上三个因素有关，与光速和雷电先到回波速率也有着不可忽视的密切关系，此外，根据以上计算来分析感应过电压除了以上因素影响外，与大地的电导率，雷电流波长，陡度等因素有关，通过实验，在以上所有影响感应过电压的因素之中，架空线路的感应雷过电压随着导线的高度迅速增加，波前陡度也随之增大，而感应雷过电压值随着雷电回击速度的增加而减