分析导线弧垂对雷电感应过电压的影响

怀天娇

摘   要：在雷电感应的电压研究工作当中，通常情况下将架空线路直接看做直线，但是在实际的线路当中，由于线路自身的自重、风压、覆冰以及外部温度等方面因素的影响，造成了架空线路会产生一定的弧垂不再平行于水平地面，因此针对导线弧垂对雷电感应过压所产生的影响进行了分析和研究，有效降低雷电感应过电压问题对整个架空线路所产生的不良影响。

关键词：导线弧垂  雷电感应  过电压

中图分类号：TM75                                  文献标识码：A                        文章编号：1674-098X（2019）09（c）-0086-02

首先需要基于非均匀性传输线的理论建立起非均匀多导体传输线路祸合模型，其次使用单变量使与有限元法来对其进行求解，最后有效研究了在不同的水平应力条件下，雷电感应电流的电压以及感应电流的散落率进行了准确的计算，通过相关分析结果可以看出，有效考虑到了弧垂的大小可以有效降低雷电感应电压值的峰值以及感应，电过压闪落率的大小随着水平应力的降低，在雷电感应电压值的峰值上会存在明显的下降趋势。

1  非均匀多导体传输线场线耦合模型的改进FETD

架空配电线路作为电力系统当中非常重要的各种环节，其中大部分的线路基本上都是裸露在外部的环境当中，线路的整体绝缘水平相对较低，很容易会受到自然雷电灾害的影响，造成电力系统内部的设备被破坏，或者是直接造成线路的大面积供电中断，因为感应电流所造成的雷击故障率超过了90%以上，因此针对雷电感应的电压大小进行科学有效的计算和分析，对保证整个架空线路的雷电防护工作以及提高整个供电线路的安全性和稳定性有着至关重要的意义。在实际的工作过程中通常情况下将架空线路看成是一个均匀传输的导线来进行计算和求解，但是在实际的架空线路当中，基本上都是处于一种非均匀性结构的存在，关于非均匀性的雷电感应和电压的研究程度相对较低，关于非均匀性传输线路的研究工作来讲，其中比较常用的数值计算方法分为有限差分法、精细积分法以及时域有限元分析方法，FDTD法式时域求解非均匀性性传输线路电磁动态工作过程的有效方式，通过相关研究人员的研究和分析，对非均匀性传输线路可以实现，可以以分段指数分析的方法来进行实现，在每一段线路的离散段当中可以通过时域方程转换系数，将其有效转化成为祸合方程，最终可以通过相应的改进方式将其转化成为时域。

2  线差分散法

线差分散法，通过这种先进的算法，有效解决了传统形势下阶梯式的模型建立所产生的矛盾问题，同时可以将整个线路进行时域分析，通过这种计算方式具有更高的计算精确度以及更高的计算工作效率，不会产生相应的数值震荡，但是在时间的长短方面会直接受到线路的稳定性条件的影响，对小空间的线路损耗问题所耗用的计算机资源相对较多，并且在整个计算工作效率上相对比较低下。通过相关研究人员的研究分析提出了一種无条件稳定的算法，该算法可以用于一些非均匀性多导体传输线路的计算工作当中，通过该方式的应用可以将电压电流作为其中的求解变量，在整个变量的数目上相对比较复杂。研究工人员通过提出了一种任意差分精细的算法可以将非均匀性传输线路当中的电磁动态过程来进行模拟和分析，通过空间离散过程中所产生的阻抗剧烈变化状况来进行了有效的处理，通过增加线路的分段数来避免出现折反射等不良问题。

3  导线弧垂对雷电感应过电压的影响

所谓的线路弧垂主要针对的是在相对平坦的地面上，相邻两个电杆上的导线悬挂高度点相同，导线的悬挂最低点和两个悬挂点之间的垂直距离极为导线的弧垂。通常情况下，在输电线路较远的情况下，由于导线自动的影响会造成线路出现一定程度的弧垂造成的导线形成一个悬挂式的形状。通过选择一个实际35kV的配电网线路来进行分析，针对典型的架空线路来讲在有损大地对水平电厂的影响相对较大，同时厂线耦合模型的影响程度上相对较小，因此可以直接忽略有损大地的厂线耦合所产生的不良影响。在本文的研究过程当中，只针对计算电场过程中所考虑的有损大地，同时分析计算了弧垂对立感应电压所产生的不良影响，具体的模型如图1所示。

其中通过实地测量，导线的长度为1500m，水平的档距为300m，导线档距高度为15.6m，最大的弧垂大小为3.5m，三相导线之间呈水平排列状，导线相互之间的距离为4m，半径大小为8.5m，线路两端分别通过电阻r1和r2接地。雷电电流模型运用的是hd模型，雷电的风流值大小为40kA。雷电飞机模型运用的是MTLE模型，雷击点位于线路的垂直平分线当中，选取了雷击点距离A项导线100m和200m两个位置来进行设定，并且对这两个点被进行了相应的仿真和计算，雷电感应水平电场运用的是Cooray-Rubinsteinr公式来进行计算，并且有效计算了三种典型的大地电导率以及水平电场的分量大小。

4  结语

基于非均匀性多导体传输线路的计算和分析，有效推导出了非均匀性多导体传输线路和单电压变量时域有限方程，相比于FDTD计算方式来讲，在整个变量的数据的数量上下降了50%，大大提高了整个计算工作效率，同时还节省了大量的数据储存空间。

参考文献

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[2] 岳慧清，卢兵.导线弧垂对雷电感应过电压影响的研究[J].黑龙江电力，2018，40（5）：448-452，470.

[3] 李东铭. 雷电电磁场以及架空导线雷电感应过电压计算分析[D].华中科技大学，2011.