土壤對(duì)架空配電線路感應(yīng)雷過電壓的影響研究

左軍，趙少鋒

(湖北省電力裝備有限公司，湖北 武漢 430000)

1 引言

電力系統(tǒng)由發(fā)電、變電、輸電、配電、用電組成，其中配電系統(tǒng)的作用是將電能分配給用戶，在電力系統(tǒng)中發(fā)揮著重要作用[1]。在配電系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行中，雷電是造成配電線路事故的一個(gè)重要原因[2]。因此，對(duì)于架空配電線路的雷電過電壓進(jìn)行研究成為亟需研究的問題。由于雷電電磁波常通過傳輸電纜侵入用電設(shè)備，此時(shí)土壤成為影響雷電過電壓的重要因素。而目前國(guó)內(nèi)外學(xué)者在研究配電線路雷電過電壓時(shí)，常將大地模型假設(shè)為理想導(dǎo)體，導(dǎo)致所得結(jié)論具有一定的局限性。綜上，本文研究了土壤對(duì)配電線路的雷電過電壓的影響規(guī)律。

2 雷電過電壓概述

雷電是由雷云產(chǎn)生，最常見的雷云為積雨云，雷云的放電過程一般為先導(dǎo)放電、主防電和余暉放電[3]。一般來說，雷云間的放電不會(huì)影響配電線路，而雷云與大地間的放電會(huì)對(duì)線路造成重大危害。當(dāng)配電線路受到雷擊時(shí)，雷電電磁波常通過傳輸電纜侵入到用電設(shè)備，輕則造成設(shè)備故障，重則甚至?xí)?dǎo)致停電及人身事故[4-5]。

3 土壤因素對(duì)架空配電線路感應(yīng)雷過電壓的影響

下面分別研究土壤因素對(duì)架空配電線路的水平電場(chǎng)和感應(yīng)雷過電壓的影響規(guī)律。

3.1 土壤因素對(duì)水平電場(chǎng)的影響

為研究土壤因素對(duì)水平電場(chǎng)的影響，取土壤電導(dǎo)率σ=0.001s/m、σ=0.01s/m，分別考慮地表深度h1=0m、5m、10m時(shí)水平電場(chǎng)情況。計(jì)算結(jié)果如圖所示。

圖1 不同電導(dǎo)率計(jì)算結(jié)果

從圖1中可以看出，不同電導(dǎo)率下，隨著地下深度的增加，水平電場(chǎng)均呈現(xiàn)減小趨勢(shì)。而當(dāng)電導(dǎo)率從0.001s/m增大至0.01s/m時(shí)，隨著地下深度的增大，水平電場(chǎng)的衰減程度變大。綜上，土壤電導(dǎo)率對(duì)水平電場(chǎng)的影響較大，進(jìn)而也會(huì)對(duì)感應(yīng)雷過電壓的造成較大影響。

3.2 土壤因素對(duì)感應(yīng)雷過電壓的影響

設(shè)置電導(dǎo)率參數(shù)分別為σ=0.01s/m和σ=0.001s/m，分別討論上層土壤電導(dǎo)率σ1<下層土壤電導(dǎo)率σ2和σ1>σ2兩種情況下的感應(yīng)過電壓。

(1) 首先計(jì)算當(dāng)上層土壤電導(dǎo)率小于下層土壤電導(dǎo)率(σ1<σ2)時(shí)，不同地面坡度下感應(yīng)雷過電壓的變化情況，計(jì)算結(jié)果如圖所示。

由圖可知，當(dāng)σ1<σ2時(shí)，隨著地面坡度的增加，感應(yīng)雷過電壓呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。并且隨著地下深度的增加，感應(yīng)雷過電壓也隨之增加。

圖2 θ=0°的計(jì)算結(jié)果

圖3 θ=45°的計(jì)算結(jié)果

(2) 然后計(jì)算當(dāng)上層土壤電導(dǎo)率大于下層土壤電導(dǎo)率(σ1>σ2)時(shí)，不同地面坡度下感應(yīng)雷過電壓的變化情況，計(jì)算結(jié)果如圖所示。

圖4 θ=0°的計(jì)算結(jié)果

由圖可知，當(dāng)σ1>σ2時(shí)，與圖3結(jié)論類似，隨著地面坡度的增加，感應(yīng)雷過電壓呈現(xiàn)增大趨勢(shì)。但隨著地下深度的增加，感應(yīng)雷過電壓隨之減小。

圖5 θ=45°的計(jì)算結(jié)果

4 結(jié)論

配電線路作為電力網(wǎng)的重要組成部分，其安全穩(wěn)定運(yùn)行對(duì)電力網(wǎng)的可靠性具有重要作用。為此，本文對(duì)配電線路的感應(yīng)雷過電壓展開了研究，重點(diǎn)分析了土壤因素對(duì)感應(yīng)雷過電壓的影響規(guī)律。結(jié)果表明，土壤電導(dǎo)率和地面坡度是感應(yīng)雷過電壓的重要影響因素。本文研究結(jié)果為后續(xù)配電線路的感應(yīng)雷過電壓提供了一定的理論參考。