配電線路雷電感應過電壓仿真計算分析

任鋒

摘要：在架空配電線路實際運行中，為能夠使其穩定運行得到更好保證，應當對相關影響因素進行積極分析，以便能夠更好應對，而雷電感應過電壓就是各種影響因素中比較重要的一種。為有效避免雷電感應過電壓影響，應當對進行科學合理計算，以便能夠依據計算結果通過有效策略實行應對，以保證架空配電線路能夠得以更好運行，使其輸電功能及效率能夠得到更加理想的保證，促進其進一步發展。

關鍵詞：配電線路;雷電感應;過電壓;仿真計算

1架空線路過電壓及其波形特點

對于10kV架空配電線路而言，在其周圍有較高大建筑物聚集情況下，由于這些建筑物高度通常均高于架空導線，在建筑遮擋屏蔽情況下，導致導線弧度會有較大程度降低，因而相比于空曠地區導線而言，這些導向受到雷電直接擊中可能性也就相對較小。這主要是因為一些比較高大的建筑物能夠使雷電先導所產生電場直接減弱，從而也就能夠使局部被束縛的相關電荷總量得以降低，在雷擊大地時也就能夠使導線上所產生雷過點擊得以有效降低。

對于雷電感過電壓而言，其最大感應過電壓和雷電流幅值之間存在一定關系，兩者之間表現出正相關關系。在架空線路高度及雷電流幅值之間達到一定比值情況下，對于架空線路而言其能夠會出現線路跳閘反應，從而導致出現配電線路事故。然而，對于雷擊電流，若雷擊點附近導線能夠開放釋放通道，則可有效避免絕緣子串出現閃絡跳閘情況，也就能夠有效避免配電線路出現故障。

2架空配電線路雷電感應過電壓計算方法

2.1場抵消法

在架空配電線路雷電感應過電壓計算方面，場抵消法屬于比較常見的一種計算方法。該方法主要就是通過對數字離散化處理技術進行利用，從而使桿塔雷擊響應問題得以較好解決，提出時間及空間雙離散化方法，也就是在實行計算時不但要將時間分隔作為補償?t，并且應當對需要計算全部導體均實行離散化處理，將其分隔成為不同單元，每個單元長度為?1，對于比較復雜的一些電磁場問題，可通過離散化將其轉變成為數學問題進行較好解決。另外，在利用場抵消法實行計算過程中，雷電荷叫做強迫電荷，對于在桿塔系統中所施加強迫分量而言，其分別為在塔頂及地線中所注入相關電流及電荷，還有放電通道中向云層中進行傳播的相關電流及電荷，在對桿塔雷擊響應進行求解過程中，若假設在桿塔中所注入電荷及電流波均為單位響應方波，在對其它方波進行研究時，在方波響應基礎上可通過Duhamel積分實行求解，對于這兩個部分選擇相同算法，在分別求解之后進行疊加。在場抵消法實際應用過程中，其選擇及應用的邊界條件為，在導體表面的相關電場，其強度切向分量為零，其認為由感應電荷及電流所產生抵消場，可與強迫場之間進行相互抵消，在實行計算過程中可將感應電流所產生影響忽略，對于每一時刻感應電荷實際分布情況，可利用靜電場方法實行求解，對于比較復雜的電磁場問題可利用準靜電場方法進行解決。

2.2時域有限差分法

對于時域有限差分法而言，其在電磁場數值計算方面屬于比較有效的一種方法，隨著該方法不斷完善及發展，在計算電磁學中已經成為十分重要的一種工具，并且近幾年來在雷電研究方面有著越來越廣泛的應用。對于時域有限差分法而言，其基本思想就是在時間及空間上對電磁場E、H分量取樣點選擇網格實行分割，每個格點均被定義為Yee元胞，在每個電場及磁場周圍均包含四個對應分量，通過這種離散方式可將時間變量麥克斯韋方程轉變成為差分方程，且在時間軸上逐漸推進，從而對空間及電磁場實行求解，依據電磁問題初始值及邊界值，可對各時間及空間電磁分布情況進行逐漸計算。該方法的功能主要就是通關過對空間有限區域實行單元離散，在利用麥克斯韋方程時域離散形式應用的基礎上，對于目標對入射電磁脈沖所產生時域響應實行計算。首先，應當依據時域有限差分法相關要求構建計算模型，在通過計算得到目標散射時域響應之后，通過傅里葉變換能夠得到目標所需相關頻段內有關特點。在實踐過程中，通常利用有限差分法對傳輸線問題進行求解，通過對場線耦合模型進行計算，從而對配電線路雷電感應過電壓進行求解。具體而言，其計算步驟如下：依據導線型號及架空線路幾何結構對三相電路中相關等效電氣參數實行求解，構建場線耦合電路模型及傳輸線時域電報方程，對配電線路始端及終端邊界條件進行設置，對在線路端部垂直導體上電場垂直分量所產生電壓進行考慮，利用時域有限差分法對傳輸時域電報方程及邊界條件實行離散化處理，通過推導得出迭代方程，最后通過求解可將配電線路中雷電感應電壓得出。

3架空配電線路雷電感應過電壓不同計算方法

（1）對于場抵消法而言，其在理論上已經相對比較完善，并且在實際計算過程中應當得到較高精度，在實踐過程中屬于比較可行的一種計算方法，然而場抵消法計算過程比較繁瑣，在工程計算并不十分適用。所以，在當前實際應用過程中，在場抵消法基礎上提出場抵消法簡化計算方法，從而可避免原本方法中大量方程組繁瑣計算，在一定精度能夠得到滿足的情況下，可使感應過電壓計算機能夠更加簡潔及實用，也就能夠保證其得到更加理想的應用效果。（2）在利用時域有限差分法對感應過電壓進行計算過程中往往需要與雷電通道周圍電磁場及傳輸線場線耦合模型進行結合，該方法最大優點就是能夠從時域角度對Max-well方程進行求解，從而將時域計算結果得到，并且利用該方法能夠對任意復雜煤質形狀物體電磁散射及輻射等相關問題進行分析，并且其具備計算精度高、計算速度快及可量化等方面特點。（3）對于場抵消法而言，其僅僅從里面方面實行闡述，并未將實際計算方程式給出，且該方法計算相對較復雜，在實際計算過程中通常需要選擇簡化算法對線路過電壓實行計算。而對于時域有限差分法而言，其在實際應用過程中能夠對配電線路中任意目標點任意時刻雷電感應電壓實行計算，在當前已經成為比較實用的一種計算方法，在實際計算中有著十分廣泛的應用。

結論

在當前架空配電線路實際運行過程中，保證配電線路穩定良好運行屬于十分必要的一項任務及內容，而為能夠使配電線路穩定良好運行得到較理想保證，十分重要的一點就是應當對線路中雷電感應過電壓實行計算，保證更好了解過電壓情況。所以，相關工作人員在實際工作中應當對雷電感應過電壓加強重視，并且應當以合理方法實行計算，從而保證計算結果的準確性及科學性，為過電壓保證提供更好依據。

參考文獻

[1]張天忠，陳偉，談超，肖冬萍，等.考慮電桿影響的架空配電線路雷電感應電壓計算[J].重慶科技學院學報（自然科學版），2017，19（05）：88-93.

[2]余占清，曾嶸，王紹安，陸國俊，等.配電線路雷電感應過電壓仿真計算分析[J].高電壓技術，2019，39（02）：415-422.

[3]邊凱，陳維江，李成榕，沈海濱.架空配電線路雷電感應過電壓計算研究[J].中國電機工程學報，2019，32（31）：191-199+236.