配電網(wǎng)感應(yīng)過電壓防范策略研究

王宇鵬

(四川電網(wǎng)攀枝花電業(yè)局，四川 攀枝花 617000)

自改革開放以來我國經(jīng)濟迅猛發(fā)展，與此同時社會生產(chǎn)、生活的用電需求也與日俱增。為了更好的滿足用電需求，我國近年來加大了電網(wǎng)建設(shè)力度，已經(jīng)逐漸構(gòu)建起覆蓋全國絕大多數(shù)地區(qū)的配電網(wǎng)絡(luò)。但是隨著配電網(wǎng)規(guī)模的擴大，各種自然因素引起的配電網(wǎng)故障也快速增多，尤其是雷電對配電網(wǎng)的影響近年來呈現(xiàn)逐年上升的態(tài)勢。如何才能更好的保護配電網(wǎng)在雷電影響下的安全穩(wěn)定運行，已經(jīng)成為擺在我國電力工作者面前的頭等大事。

1 感應(yīng)雷過電壓形成機理分析

感應(yīng)雷過電壓是指雷擊線路附近大地或雷擊桿塔時由于電磁感應(yīng)在導(dǎo)線上引起的過電壓。感應(yīng)過電壓包括靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩個分量。實際上，感應(yīng)過電壓的靜電分量和電磁分量都是在主放電過程中，由統(tǒng)一的電磁場突變而同時產(chǎn)生的。由于主放電的速度比光速小得多，主放電通道和導(dǎo)線基本上互相垂直，互感不大，電磁感應(yīng)較弱，因此電磁感應(yīng)分量要比靜電感應(yīng)分量小得多，并且兩種分量出現(xiàn)最大值的時刻也不相同，所以在總的感應(yīng)過電壓幅值中，靜電分量將起主要作用。從產(chǎn)生靜電分量角度來看，雷電流幅值大，是由于先導(dǎo)通道的電荷密度大，或由于主放電速度高。電荷密度大，其產(chǎn)生的場強就高，導(dǎo)線上感應(yīng)的束縛電荷就越多，主放電階段釋放的束縛電荷也越多，導(dǎo)致靜電分量加大。導(dǎo)線平均高度越高則導(dǎo)線對地電容越小，釋放出同樣的束縛電荷所呈現(xiàn)的電壓也就越高。雷擊點距離導(dǎo)線的距離越近，導(dǎo)線上的束縛電荷越多，釋放后的過電壓也越高。從產(chǎn)生電磁分量來看，雷電流幅值越大、雷擊點距離導(dǎo)線越近，都將導(dǎo)致導(dǎo)線－大地回路中各部分的磁通隨時間的變化率加大，從而導(dǎo)致感應(yīng)過電壓的電磁分量增加。

2 配電網(wǎng)感應(yīng)過電壓的防護

在雷電的影響下，可能會引起配電網(wǎng)線路的跳閘故障，甚至有可能會直接導(dǎo)致配電網(wǎng)斷線。通常情況下架空的線路一般可以得到周邊的建筑物以及各種樹木的遮擋，反而不太容易直接受到雷擊，感應(yīng)雷過電壓則是造成故障的最主要因素，也是進行配電網(wǎng)感應(yīng)過電壓防護的重點。防護的方式無外乎兩大類方法，一是對其加以限制，二是盡可能的降低感應(yīng)雷過電壓。前者是目前研究最多的方法，主要方式就是安裝避雷裝置，也是本文研究的重點。

2.1 線路避雷器

在一個三相供電網(wǎng)絡(luò)中，三相導(dǎo)線上都會存在感應(yīng)雷過電壓，而且相互之間在波形、幅值等方面都基本一樣，因此有可能會出現(xiàn)引起同事的對地閃絡(luò)。為此需要同時給三相導(dǎo)線安裝相應(yīng)的線路避雷器，如此才能更好的保護配電網(wǎng)絡(luò)。實際上避雷器就是將感應(yīng)雷過電壓通過電流的形式接入大地，從而避免設(shè)備和線路受到影響。最終的防護效果不僅與線路避雷器的技術(shù)和質(zhì)量有關(guān)，而且與如何更加合理的配置線路避雷器密切相關(guān)。如果在配電網(wǎng)的每一個基桿塔都安裝避雷器，顯然可以起到最佳的感應(yīng)過電壓防護效果，但是考慮到配電網(wǎng)規(guī)模的龐大，這種方式的成本是巨大的。為了綜合考慮安全性和經(jīng)濟型，有三種方案可以選擇:一是每兩個相鄰的基桿塔作為一組，安裝一個避雷器;二是每三個基桿塔一組，安裝一避雷器;三是每六個基桿塔一組，安裝一組避雷器。無論是采用哪種方式，安裝了避雷器的那個基桿塔的絕緣子必然不會再閃絡(luò)，也就不會出現(xiàn)問題，但是那些為了降低成本而沒有安裝避雷器的基桿塔則有可能會出現(xiàn)閃絡(luò)，進而導(dǎo)致故障，這個概率和接地電阻的大小成正比，因此應(yīng)該結(jié)合接地電阻和途徑地區(qū)平均和最大雷電流峰值大小來決定一個相對合理的方案。此外如果采用了絕緣導(dǎo)線，也可以相對縮小安裝的數(shù)量。

2.2 避雷線

如果考慮在配電網(wǎng)架空線路上安裝避雷線，那么就可以在雷電經(jīng)過配電網(wǎng)線路周圍的大地時，起到有效的屏蔽作用，從而降低感應(yīng)過電壓、減少因此引起故障的概率。這種防護的基本原理如下:如果安裝的避雷線和架空的線路處于完全相同的告訴，那么這兩種線上的感應(yīng)雷過電壓的計算方式和參數(shù)都是基本一致的，最終得到的結(jié)果也是相近的。但是避雷線本身是接地的，和架空的線路高度完全不一樣，避雷線的電位等于零，就實際上相當(dāng)于給避雷線增加了一個極性相反，在耦合作用下使得兩者出現(xiàn)疊加效應(yīng)。這里就存在一個耦合系數(shù)的問題，改系數(shù)與導(dǎo)線的位置、尺寸密切相關(guān)，相互距離越近那么系數(shù)就越大，最終的感應(yīng)過電壓就會相對較低，也就是說避雷線的位置將直接影響到最終的防護效果。研究表明，使用避雷線進行防護時，配電網(wǎng)架空線路的高度越高，那么應(yīng)對感應(yīng)過電壓的效果就會越低，與此同時防護的效果與避雷線、導(dǎo)線距離之間成正比關(guān)系。總的來看，使用避雷線還是可以起到很多的防護作用的，實際使用過程中需要結(jié)合考慮這兩個特點，考慮配電網(wǎng)具體位置的特殊情況，選擇一個合理的高度，并盡可能縮短避雷線與配電網(wǎng)導(dǎo)線之間的距離。

2.3 對直擊雷的防護分析

盡管本文研究的線路避震器以及避雷線兩種方式主要針對的是感應(yīng)雷過電壓這種雷電引起的危害，但是對特殊的直擊雷也可以起到一定的保護作用。首先在使用線路避雷器情況下，如果發(fā)生直擊雷那么只要這個基桿塔安裝了線路避雷器，就可以將絕大多數(shù)的雷電電流導(dǎo)入到大地當(dāng)中，避免對配電網(wǎng)造成傷害。這個時候防護的效果將與線路避雷器的最大容量成正比，也就是說通流容量越大對于直擊雷的防護效果越佳。目前使用的各種線路避雷器對于一般性的雷電防護基本上足夠了。但是在這種方式下，沒有安裝線路避雷器的基桿塔則不能起到防護直擊雷的作用。其次針對使用避雷線的防護方式，直擊雷可以分為兩種可能:一是直接擊中了基桿塔塔頂，二是擊中了安裝的避雷線。后者由于接地作用，可以起到很好的保護作用。即使是前者，由于前文的分析兩者之間的距離非常近，避雷線也可以起到很好的分流作用，在一定程度上降低直擊雷經(jīng)過導(dǎo)線的電壓，減少對于配電網(wǎng)絡(luò)線路的傷害，起到一定的防護作用。

3 結(jié)束語

隨著我國電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，配電網(wǎng)規(guī)模越來越大，雷電對于配電網(wǎng)的威脅也與日俱增，已經(jīng)成為影響我國配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運行的重要因素之一。為此本文著重分析了感應(yīng)雷過電壓的基本形成機理，在此基礎(chǔ)上探討了配電網(wǎng)感應(yīng)過電壓防護的基本方式，詳細(xì)闡述了線路避雷器、避雷線的使用特點，以及其對直擊雷的防范效果，以期能夠更好的促進我國配電網(wǎng)感應(yīng)過電壓的防護理論和實踐的發(fā)展，乃至更好的維護我國整個配電網(wǎng)絡(luò)的安全、穩(wěn)定、高效運行，更為的我國經(jīng)濟的發(fā)展和人民的生活提供電力保障。

[1]文武.感應(yīng)雷電磁干擾及防護研究[D]，武漢大學(xué)，2004.

[2]朱海明.配電網(wǎng)感應(yīng)過電壓防護策略研究[D]，華南理工大學(xué)，2012.4.