分析10kV配电线路的雷电感应过电压特性

(国网湖南省电力有限公司嘉禾县供电分公司 湖南 嘉禾 424500)

分析10kV配电线路的雷电感应过电压特性

李云勇

(国网湖南省电力有限公司嘉禾县供电分公司湖南嘉禾424500)

针对10kV配电线路雷电感应过电压特性相关内容，做了简单的论述，提出过电压防护措施。为了有效应对雷电感应过电压的影响，要提高配电线路的绝缘水平，改进安装工艺，使用防雷性能较好的材料。

10kV；配电线路；过电压防护

从实际运行情况来说，架空配电线路绝缘水平过低，则线路发生雷击闪络事故的几率高。以往按照过电压规程中的公式，进行雷电感应过电压分析，不过电压计算的精确性难以得到保障。现阶段，利用改进后的算法，比如FDTD，模拟实际系统，计算雷电感应过电压值，具有准确性优势。

一、10kV配电线路看雷电感应过电压计算方法

利用FDTD算法，进行雷电感应过电压计算，考虑到外部分布式电力源的作用，依据带有支路的导体多导体传输线MTL系统，获得MTL方程，使用装置绝缘子的杆塔，进行模型制作。绝缘子支路模型如图1所示，使其成为简易开关，当绝缘子两端电压大于1.5倍CFO时，绝缘子发生闪络，如同于开关闭合。在统计上，CFO闪络的概率为50%，绝缘子闪络能够等效为间隙放电，进行计算时，考虑到间隙的伏秒特性，系数选择1.5。对于近似计算，采用的是Rubinstein所提出的方法。经验证，此方法的应用，误差较小，具有应用优势。

图1 考虑绝缘子的杆塔模型

二、10kV配电线路的雷电感应过电压波形特性分析

(一)线路最大感应过电压

当配电线路受到雷击后，受到各类影响，比如线路距离地面的高度、雷电流波前时间等，使得最大感应过电压极易变化。除此之外，回波传播速率因素和杆塔接地电阻等，会影响过电压情况。据相关试验数据显示，当回波速率不断增加，越靠近雷击事故发生点的配电线路，其感应电压越近似于峰值，并且电压变化明显。若配电线路和雷电灾害事故点的距离相同，只有回波速率出现变化，在进行过电压值计算时，则可以不考虑回波传播造成的影响。除此之外，波前时间越短，和雷击点的距离越短，则雷电感应电压就越近似于峰值[1]。

(二)过电压波形特性

10kV配电线路的雷电感应过电压计算时，通过构建模型，进行模拟分析，能够发现回波传播速率以及线路杆塔接地电阻因素，对雷电感应过电压的影响相对较小。基于此，在进行计算时，可以忽略不计。不过考虑到大地的电阻率情况，进行FDTD算法分析时，能够发现配电线路末端的感应电压，其波形形状差异不大，对局部有着较大的影响。若大地电导率过低，则电压幅值越低。以10kV三相配电线路为例，利用上述算法，进行过电压计算。考虑到雷击位置以及雷电流参数具有不确定性，因此采用双指数波，进行雷电流波形描述，在计算时，雷电流幅值选择10kA；波头f为0.5μs；波尾t为20μs；雷电流波速选择为1.3×108m/s；杆塔接地电阻取值为50；直击雷点坐标为(0,0)；非直击雷点坐标为(0，50)，对比不同安装距离下，避雷器的防护效果，获得计算结果：在直击雷下，安装避雷器，无法有效避免配电线路闪络，不过过电压幅值减小。

(三)闪络特性

利用FDTD算法，进行10kV配电线路的雷电感应过电压计算，对于电流取值，采用的是蒙托卡罗法。通过随机选择采集点，产生多次雷击，进行感应过电压分析。按照统计结果，进行数值计算。在进行计算的过程中，需要对MTL模型，进行分析。从以往的研究中，能够了解若大地电导率增加，则由于雷击所引起的配电线路最大感应过电压会减少，同时雷击次数变化速率减少[2]。

三、10kV配电线路的雷电感应过电压防护措施

(一)加装防雷绝缘子

从实践经验来说，在10kV配电线路上，装置防雷绝缘子，虽然不能够完全避免绝缘子受损问题，但是也不会发生断线情况。也就是说，装置绝缘子，能够有效防止10kV配电线路的雷击断线事故。采取安装防雷绝缘子的方式，进行线路防护，能够提高线路跳闸重合率，能够达到90%以上。除此之外，要做好防雷装置之间的空隙，做好间隙保护，减少线路故障的发生。

(二)做好防雷专项检查

对于现有的10kV配电线路，为了能够提高其防雷性能，需要做好专项运维检修工作，提高配电线路以及电气设备的防雷灾害能力。以湖南某供电公司为例，为有效应对雷雨季节，采取以下防雷措施：1)完善防雷事故预案。结合管辖范围内配电线路的实际情况，要求相关调度部门按照防雷预案要求，做好雷雨天气下，配电网运行方式的调整工作，以便于10kV配电线路发生雷击故障后，能够迅速及时的恢复供电，进而保障供电的可靠性。2)做好防雷专项检查。针对管辖范围内的61座变电站防雷设施，采取红外测温技术，开展防雷装置检查工作；对于避雷装置，进行带电测试检查。对于检查中，发现的缺陷避雷器，及时进行更换。除此之外，还开展了二次设备接地检查与接地电阻测试，对于不符合要求的进行相应的处理。3)进行地网测试等，通过系列检查，发现27处缺陷，对其进行相应的处理，保证电网防雷效果。

(三)降低雷击建弧率

对于配电网运行，合理选择中性点接地方式，比如中性点经消弧线圈方式，使得配电网单相接地电流能够得到自动补偿，使得接地电弧能够熄灭。利用自动补偿设备，实时测量电容流，自动补偿电流，将补偿后的残流，给控制在合理范围内，使其低于熄弧值界值，以便于电弧熄灭，降低建弧率，进而提高系统运行的可靠性。除此之外，可利用消弧线圈，进行过电压治理。在电容电流大于10A的配电网中，设置补偿装置，控制残流值，实现接地过电压的控制，降低配电网雷击故障建弧率[3]。

四、结束语

综上所述，对于10kV配电线路的雷电感应过电压特性的分析，文中以FDTD算法为例，对利用此算法计算下过电压特性，从线路最大感应过电压、过电压波形特性、闪络特性方面入手，做了简单的论述，提出过电压防护的策略。

[1]蔡成毓.10kV配电线路的雷电感应过电压特性研究[J].通讯世界,2017(19).

[2]郑学林.10kV配电线路的雷电感应过电压特性分析[J].企业技术开发月刊,2016,35(1):86-87.

[3]董广志.10kV配电线路安装避雷器后雷电感应过电压特性分析[J].消费电子,2014(24).

李云勇，男，助理工程师，本科，主要从事供电所管理工作。