一次多回?fù)糇匀婚W電引發(fā)的輸電線路感應(yīng)過(guò)電壓特征分析

史衍賀

摘要：本文通過(guò)進(jìn)行野外高壓架空輸電線路的過(guò)電壓保護(hù)實(shí)驗(yàn)，利用典型的多回?fù)糇匀婚W電引發(fā)的過(guò)電壓，并與閃電定位數(shù)據(jù)相結(jié)合，對(duì)不同地點(diǎn)的入口端、集器前端過(guò)電壓、收集器前端電涌保護(hù)的殘余電壓、入戶側(cè)L線過(guò)電壓與閃電回?fù)綦娏鞯年P(guān)系進(jìn)行了研究。結(jié)果表明：近距離的閃電可以使架空輸電線路產(chǎn)生數(shù)千伏的過(guò)電壓，其過(guò)壓持續(xù)時(shí)間為1.0毫秒，而在采集端安裝SPD后，將會(huì)對(duì)更遠(yuǎn)處的入戶端過(guò)電壓波形造成一定的影響。在采集頭的SPD工作殘余壓持續(xù)時(shí)間為218毫秒，其持續(xù)時(shí)間較標(biāo)準(zhǔn)8/20微秒左右。在輸入端感應(yīng)過(guò)電壓和回?fù)綦娏髋c距離之間具有良好的線性關(guān)系。

關(guān)鍵詞：高壓架空輸電線路;過(guò)電壓保護(hù)試驗(yàn);線性關(guān)系

1.試驗(yàn)布置及測(cè)量?jī)x器

輸電線路分為兩個(gè)階段：架空線和管道埋設(shè)，導(dǎo)線由兩個(gè)相間的火線（L）和零線（N）構(gòu)成，它們分別由一根木頭柱子支撐，與電源變壓器相隔1200米左右，架空線抵達(dá)用戶終端后，穿過(guò)管道埋設(shè)在地面52m處，為自動(dòng)氣象站采集裝置提供電力，架空線為220V農(nóng)用輸配線，線路曲折，但整體方向從南到北。為了測(cè)量由電力線上的相鄰閃電（包括人為的和天然的）引起的過(guò)壓，在L線、N線和收集器的L線上分別裝有沖擊分壓器。該分壓器采用阻容型，一端接L或N線，一端接地。分壓比為205.4，204.9，203.0。通過(guò)高壓絕緣纖維數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)對(duì)感生過(guò)電壓進(jìn)行了測(cè)量，取樣速率為5M/s，取樣長(zhǎng)度為08秒。為了探討殘余壓與感應(yīng)過(guò)電壓的關(guān)系，在傳感器的前端加裝了一個(gè)電涌保護(hù)器（SPD），其額定放電電流是20kA，電壓保護(hù)等級(jí)U≤1.75kV。所有的測(cè)量?jī)x器和系統(tǒng)均已在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行了試驗(yàn)和校準(zhǔn)。

2.輸電線路感應(yīng)過(guò)電壓

2.1感應(yīng)過(guò)電壓波形

8月11日，一種多回波的天然閃電（下文稱為N0811）出現(xiàn)在測(cè)量系統(tǒng)附近，該測(cè)量系統(tǒng)對(duì) L、 N線和采集器 L線產(chǎn)生的過(guò)電壓進(jìn)行了記錄，因?yàn)樵诓杉^上安裝了 SPD，因此，在超過(guò) SPD壓力敏感的情況下，它的末端測(cè)得的過(guò)電壓會(huì)顯示為殘留電壓。通過(guò)對(duì)電磁場(chǎng)的改變和過(guò)電壓的測(cè)定，我們可以看出，該雷暴一共發(fā)生了11次的回?fù)?。?duì)N0811引起的不同線路的不同回?fù)暨^(guò)電壓的波形進(jìn)行分析，其中 L型和 N型均具有相同的波形，但峰值稍有差異。由于在采集頭上安裝了 SPD，所以在過(guò)電壓超過(guò)變壓時(shí)，會(huì)出現(xiàn)殘留壓。在過(guò)電壓不高于變頻器的情況下，它的電壓波形與輸入端基本相同，但峰值稍有降低。分析11次回?fù)粢鸬倪^(guò)壓，可以分為三種：第一種是第一次回?fù)簦催^(guò)電壓的峰值比較高，持續(xù)時(shí)間比較長(zhǎng)，第二種是感應(yīng)過(guò)電壓比較大，比 SPD的壓力敏感，但是持續(xù)時(shí)間比第一次回?fù)粢獭?/p>

2.2入戶端L線感應(yīng)過(guò)電壓波形特征

在SPD作用下，高架線路入戶部L線感應(yīng)過(guò)電壓波形與殘余壓相似，尤其是殘壓相應(yīng)時(shí)段的波形與自然閃電感應(yīng)的波形有很大差別。因?yàn)樗倪^(guò)電壓很低，不會(huì)受到 SPD的影響，本文以它為典型的輸入端過(guò)壓實(shí)例，對(duì)其特性進(jìn)行了分析。此外，通過(guò)對(duì)未安裝 SPD線路的感應(yīng)過(guò)電壓波形進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，結(jié)果表明，90%以上的自然電波具有相同的特征。結(jié)果表明，典型的繼后回?fù)粽T發(fā)的過(guò)壓持續(xù)時(shí)間在80 us左右，半峰寬度在50 us左右，波頭時(shí)刻 T和T14分別為20和52 us，而波頭時(shí)間比峰值時(shí)間短，峰值時(shí)間為1/3～1/2。從其它自然閃電的數(shù)據(jù)來(lái)看，第一次回?fù)舾袘?yīng)過(guò)電壓的持續(xù)時(shí)間大于后一次回?fù)?，它具有豐富的過(guò)壓成分，其它特點(diǎn)也比較相似。在誘導(dǎo)的過(guò)電壓升高期間，存在一個(gè)初始的峰值，然后到達(dá)一個(gè)次級(jí)的峰值。起始峰的升高時(shí)間大約為5 us，它和第二峰之間的間隔大約為12 us。

2.3入戶端L、N線感應(yīng)過(guò)電壓

架空線路 L、N線感應(yīng)過(guò)電壓波形相同，感應(yīng)過(guò)電壓幅度也大致相同，多數(shù)回?fù)簦?0/11） N線的過(guò)電壓要稍高于 L線， L、 N線架設(shè)高度大致相同， N線過(guò)電壓較高，這是由于其在變壓器末端接地所致。此外，在輸入端的過(guò)壓持續(xù)時(shí)間為02-1.8毫秒，平均10毫秒。

3.過(guò)電壓與閃電電流的相關(guān)性

3.1閃電定位系統(tǒng)定位結(jié)果

從電力部門的數(shù)據(jù)來(lái)看，N0811的11次回?fù)糁?，只?次和11次是最弱的，其他9次都是準(zhǔn)確的，而且都是在3公里之外。從測(cè)得的電流值來(lái)看，9個(gè)回?fù)綦娏髟?6.9--50.4 kA之間。在第6和710次回?fù)糁?，電流振幅低?0 kA時(shí)，產(chǎn)生的過(guò)電壓很低，沒(méi)有引起采集頭的 SPD工作。

3.2入戶端L線過(guò)電壓與閃電電流峰值之間的相關(guān)關(guān)系

對(duì)因雷電而產(chǎn)生的電感電壓計(jì)算可分成兩個(gè)步驟：（1）采用回?fù)舴绞綄?duì)閃電附近的電磁場(chǎng)進(jìn)行計(jì)算。（2）采用耦合方式，對(duì)線上的電場(chǎng)磁耦合所引起的感應(yīng)電壓進(jìn)行了計(jì)算。最常見(jiàn)的多個(gè)橫向?qū)Ь€的感應(yīng)電壓耦合方式。從有關(guān)的計(jì)算結(jié)果可以看出， Rusck理論估計(jì)的結(jié)果要小于實(shí)際觀測(cè)值，在大電流下，估計(jì)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果相近，而在電流小的情況下，估計(jì)結(jié)果與實(shí)測(cè)結(jié)果相近，而在電流小的情況下，估計(jì)結(jié)果基本相同。由于 Rusck理論的計(jì)算公式僅包括了回彈速度和線路高度等因素，而對(duì)于導(dǎo)線自身的長(zhǎng)度和導(dǎo)線的兩端接地等問(wèn)題并未反映在公式中，因此，過(guò)電壓耦合的計(jì)算比較繁瑣，其與 I/d之間的簡(jiǎn)單比例關(guān)系必然是不合理的。

結(jié)束語(yǔ)

短距離的閃電能在架空傳輸線上引起數(shù)千伏的超壓，其持續(xù)時(shí)間為1.0毫秒，而在采集端安裝 SPD后，將會(huì)對(duì)輸入端的過(guò)電壓波形造成一定的影響。在電纜穿管52 m后，收集器前線的過(guò)壓小于進(jìn)戶端，降低的百分比為：4.4%～7.2%。近距離自然閃電誘發(fā)的 SPD操作殘余電壓持續(xù)時(shí)間平均為218 us，超過(guò)了8/20 us標(biāo)準(zhǔn)的脈沖電流測(cè)試。輸入端的過(guò)壓與回?fù)綦娏鳌⒕嚯x之比具有較好的線性擬合，且在一定程度上與電流強(qiáng)度成正比。文中所述的閃電只是觀察到的一種典型的自然閃電，其它的閃電也有相似的特征。

參考文獻(xiàn)

[1]王孝波， 陳紹東， 張義軍，等. 一次多回?fù)糇匀婚W電引發(fā)的輸電線路感應(yīng)過(guò)電壓特征分析[J]. 電網(wǎng)技術(shù)， 2011， 35（2）：6.