左軍，趙少鋒

(湖北省電力裝備有限公司，湖北 武漢 430000)

1 引言

配電系統(tǒng)作為直接面向用戶的電能輸送單元，年均保持著非?？捎^的供電量，國民經(jīng)濟(jì)不斷增長，人民生活水平也不斷提高，許多新興行業(yè)和新興服務(wù)的不斷涌現(xiàn)，對(duì)配電網(wǎng)供電可靠性的要求越來越高，而中低壓配電網(wǎng)本就具有絕緣水平較低的先天性劣勢(shì)，雷擊對(duì)其造成的破壞非常大，嚴(yán)重甚至直接造成線路跳閘[1]。實(shí)際上，雷電的實(shí)質(zhì)是一種強(qiáng)度極高的電磁脈沖現(xiàn)象，但這種自然對(duì)電力系統(tǒng)以及人身安全的威脅非常大[2]。由于我國電網(wǎng)的特點(diǎn)是多地區(qū)大聯(lián)網(wǎng)，所以現(xiàn)今電網(wǎng)遭受雷電災(zāi)害影響的概率更大[3]。有資料顯示我國電力系統(tǒng)，特別是在線路部分發(fā)生的跳閘事故中，由雷電災(zāi)害引起的線路跳閘占有很大的比重，多雷地區(qū)及部分特殊地區(qū)線路遭受雷擊的跳閘率更高，最高可以超過65%[4]。

配電網(wǎng)具有復(fù)雜的結(jié)構(gòu)和運(yùn)行環(huán)境，配電線路分布較廣泛，其絕緣水平也相對(duì)較低，雷擊對(duì)配電線路的負(fù)面影響非常大。其中，架空配電線路主要受感應(yīng)雷過電壓破壞的影響比較嚴(yán)重，且架空配電線路運(yùn)維難度較高[5]。因此，降低感應(yīng)雷過電壓對(duì)架空配電線路的危害，提高架空配電線路供電可靠性，是目前該領(lǐng)域亟待解決的問題。

2 雷電特性概述

自然界中的雷電是極其短暫的時(shí)間內(nèi)瞬時(shí)發(fā)生的，破壞力非常強(qiáng)[6]。雷電放電過程可大致分為先導(dǎo)放電階段、主放電階段和余輝放電階段。

(1)先導(dǎo)放電階段:負(fù)電荷慢慢地聚集于雷云，與此同時(shí)，雷云下方的地面將感應(yīng)出數(shù)量較多的正電荷。當(dāng)空間中的電場(chǎng)強(qiáng)度達(dá)到一定臨界值后，空間將出現(xiàn)雷云對(duì)地的局部放電通道。

(2)主放電階段:當(dāng)先導(dǎo)放電過程逐漸發(fā)展接近地面后，放電從下向上發(fā)展，時(shí)間極短，且將會(huì)有巨大的電流流經(jīng)雷擊點(diǎn)。

(3)余輝放電階段:余輝放電緊接著主放電，在此過程中前一階段殘余的電荷將繼續(xù)沿著通道進(jìn)入地下，余輝放電的發(fā)展比較慢，持續(xù)時(shí)間長，雷電流的幅值也比較小。

3 感應(yīng)雷過電壓的計(jì)算與分析

文獻(xiàn)[7]的方法，采用二維FDTD算法分析不同參數(shù)條件下架空配電線路遭受感應(yīng)雷的影響，并計(jì)算其過電壓的大小。

3.1 電導(dǎo)率對(duì)過電壓的影響

圖1是電導(dǎo)率對(duì)線路感應(yīng)雷過電壓的影響。

圖1 電導(dǎo)率變化對(duì)感應(yīng)雷過電壓的影響

從圖1中可以發(fā)現(xiàn)，感應(yīng)雷過電壓受山體電導(dǎo)率的影響較大，且電導(dǎo)率與感應(yīng)雷過電壓呈負(fù)相關(guān)，電導(dǎo)率越大，感應(yīng)雷過電壓的幅值反而越小，特別是σ由0.0001增大到0.01的過程中，感應(yīng)雷過電壓的減小幅度很大。由圖1(a)可知，電導(dǎo)率在增大的過程中，近端點(diǎn)的感應(yīng)雷過電壓隨之不斷減小，且逐漸趨于平穩(wěn)。圖1(b)中，遠(yuǎn)端點(diǎn)的感應(yīng)雷過電壓幅值同樣地與電導(dǎo)率呈現(xiàn)出負(fù)相關(guān)的關(guān)系，但逐漸減小為零。

近端點(diǎn)的位置靠近雷電反擊通道，電導(dǎo)率越大，雷電在水平方向上產(chǎn)生的電磁脈沖也相應(yīng)增加，導(dǎo)致架空配電線路受電場(chǎng)水平方向的影響增強(qiáng)，近端點(diǎn)的感應(yīng)雷過電壓幅值呈現(xiàn)逐漸降低的趨勢(shì)。而遠(yuǎn)端點(diǎn)，隨著電導(dǎo)率的增加，線路電場(chǎng)在水平方向分量的衰減比較大，從而導(dǎo)致線路的感應(yīng)雷過電壓有所降低，當(dāng)電導(dǎo)率繼續(xù)增加，接近于無窮大時(shí)，水平電場(chǎng)波頭的極性會(huì)因此發(fā)生改變，造成過電壓的極性出現(xiàn)反轉(zhuǎn)為正的情況。

3.2 雷電回?fù)羲俣葘?duì)過電壓的影響

圖2是雷電回?fù)羲俣葘?duì)線路感應(yīng)雷過電壓的影響。

圖2 雷電回?fù)羲俣茸兓瘜?duì)感應(yīng)雷過電壓的影響

根據(jù)圖2的結(jié)果能夠發(fā)現(xiàn)，線路的感應(yīng)過電壓受雷電回?fù)羲俣鹊挠绊懕容^小，雷電回?fù)舻乃俣仍娇?，在線路中產(chǎn)生的感應(yīng)雷過電壓越小。

3.3 傳輸導(dǎo)線線路高度對(duì)過電壓的影響

圖3是架空線路高度對(duì)感應(yīng)雷過電壓的影響。

圖3 線路高度變化對(duì)感應(yīng)雷過電壓的影響

根據(jù)圖3可以發(fā)現(xiàn)，線路感應(yīng)雷過電壓受線路高度的影響比較大。近端點(diǎn)時(shí)，線路感應(yīng)雷過電壓隨著線路架設(shè)高度的減小逐漸降低，特別是σ由50降低到10的過程中，幅度過大。遠(yuǎn)端點(diǎn)的變化規(guī)律與近端點(diǎn)恰好相反，線路感應(yīng)雷過電壓隨著線路架設(shè)高度的減小逐漸增大，且在以上仿真的四種情況下，增幅基本接近。

4 結(jié)論

架空配電線路結(jié)構(gòu)和運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，絕緣水平低，雷擊跳閘事故時(shí)有發(fā)生。本文通過仿真計(jì)算，分析了電導(dǎo)率、雷擊速度以及線路架設(shè)高度對(duì)線路感應(yīng)雷過電壓的影響，得到的結(jié)論對(duì)提高架空配電線路耐雷水平的設(shè)計(jì)具有一定的實(shí)際參考價(jià)值。