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分析10kV配電線路的雷電感應(yīng)過(guò)電壓特性

李云勇

(國(guó)網(wǎng)湖南省電力有限公司嘉禾縣供電分公司湖南嘉禾424500)

針對(duì)10kV配電線路雷電感應(yīng)過(guò)電壓特性相關(guān)內(nèi)容，做了簡(jiǎn)單的論述，提出過(guò)電壓防護(hù)措施。為了有效應(yīng)對(duì)雷電感應(yīng)過(guò)電壓的影響，要提高配電線路的絕緣水平，改進(jìn)安裝工藝，使用防雷性能較好的材料。

10kV；配電線路；過(guò)電壓防護(hù)

從實(shí)際運(yùn)行情況來(lái)說(shuō)，架空配電線路絕緣水平過(guò)低，則線路發(fā)生雷擊閃絡(luò)事故的幾率高。以往按照過(guò)電壓規(guī)程中的公式，進(jìn)行雷電感應(yīng)過(guò)電壓分析，不過(guò)電壓計(jì)算的精確性難以得到保障?，F(xiàn)階段，利用改進(jìn)后的算法，比如FDTD，模擬實(shí)際系統(tǒng)，計(jì)算雷電感應(yīng)過(guò)電壓值，具有準(zhǔn)確性優(yōu)勢(shì)。

一、10kV配電線路看雷電感應(yīng)過(guò)電壓計(jì)算方法

利用FDTD算法，進(jìn)行雷電感應(yīng)過(guò)電壓計(jì)算，考慮到外部分布式電力源的作用，依據(jù)帶有支路的導(dǎo)體多導(dǎo)體傳輸線MTL系統(tǒng)，獲得MTL方程，使用裝置絕緣子的桿塔，進(jìn)行模型制作。絕緣子支路模型如圖1所示，使其成為簡(jiǎn)易開關(guān)，當(dāng)絕緣子兩端電壓大于1.5倍CFO時(shí)，絕緣子發(fā)生閃絡(luò)，如同于開關(guān)閉合。在統(tǒng)計(jì)上，CFO閃絡(luò)的概率為50%，絕緣子閃絡(luò)能夠等效為間隙放電，進(jìn)行計(jì)算時(shí)，考慮到間隙的伏秒特性，系數(shù)選擇1.5。對(duì)于近似計(jì)算，采用的是Rubinstein所提出的方法。經(jīng)驗(yàn)證，此方法的應(yīng)用，誤差較小，具有應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。

圖1 考慮絕緣子的桿塔模型

二、10kV配電線路的雷電感應(yīng)過(guò)電壓波形特性分析

(一)線路最大感應(yīng)過(guò)電壓

當(dāng)配電線路受到雷擊后，受到各類影響，比如線路距離地面的高度、雷電流波前時(shí)間等，使得最大感應(yīng)過(guò)電壓極易變化。除此之外，回波傳播速率因素和桿塔接地電阻等，會(huì)影響過(guò)電壓情況。據(jù)相關(guān)試驗(yàn)數(shù)據(jù)顯示，當(dāng)回波速率不斷增加，越靠近雷擊事故發(fā)生點(diǎn)的配電線路，其感應(yīng)電壓越近似于峰值，并且電壓變化明顯。若配電線路和雷電災(zāi)害事故點(diǎn)的距離相同，只有回波速率出現(xiàn)變化，在進(jìn)行過(guò)電壓值計(jì)算時(shí)，則可以不考慮回波傳播造成的影響。除此之外，波前時(shí)間越短，和雷擊點(diǎn)的距離越短，則雷電感應(yīng)電壓就越近似于峰值[1]。

(二)過(guò)電壓波形特性

10kV配電線路的雷電感應(yīng)過(guò)電壓計(jì)算時(shí)，通過(guò)構(gòu)建模型，進(jìn)行模擬分析，能夠發(fā)現(xiàn)回波傳播速率以及線路桿塔接地電阻因素，對(duì)雷電感應(yīng)過(guò)電壓的影響相對(duì)較小?；诖?，在進(jìn)行計(jì)算時(shí)，可以忽略不計(jì)。不過(guò)考慮到大地的電阻率情況，進(jìn)行FDTD算法分析時(shí)，能夠發(fā)現(xiàn)配電線路末端的感應(yīng)電壓，其波形形狀差異不大，對(duì)局部有著較大的影響。若大地電導(dǎo)率過(guò)低，則電壓幅值越低。以10kV三相配電線路為例，利用上述算法，進(jìn)行過(guò)電壓計(jì)算?？紤]到雷擊位置以及雷電流參數(shù)具有不確定性，因此采用雙指數(shù)波，進(jìn)行雷電流波形描述，在計(jì)算時(shí)，雷電流幅值選擇10kA；波頭f為0.5μs；波尾t為20μs；雷電流波速選擇為1.3×108m/s；桿塔接地電阻取值為50；直擊雷點(diǎn)坐標(biāo)為(0,0)；非直擊雷點(diǎn)坐標(biāo)為(0，50)，對(duì)比不同安裝距離下，避雷器的防護(hù)效果，獲得計(jì)算結(jié)果：在直擊雷下，安裝避雷器，無(wú)法有效避免配電線路閃絡(luò)，不過(guò)過(guò)電壓幅值減小。

(三)閃絡(luò)特性

利用FDTD算法，進(jìn)行10kV配電線路的雷電感應(yīng)過(guò)電壓計(jì)算，對(duì)于電流取值，采用的是蒙托卡羅法。通過(guò)隨機(jī)選擇采集點(diǎn)，產(chǎn)生多次雷擊，進(jìn)行感應(yīng)過(guò)電壓分析。按照統(tǒng)計(jì)結(jié)果，進(jìn)行數(shù)值計(jì)算。在進(jìn)行計(jì)算的過(guò)程中，需要對(duì)MTL模型，進(jìn)行分析。從以往的研究中，能夠了解若大地電導(dǎo)率增加，則由于雷擊所引起的配電線路最大感應(yīng)過(guò)電壓會(huì)減少，同時(shí)雷擊次數(shù)變化速率減少[2]。

三、10kV配電線路的雷電感應(yīng)過(guò)電壓防護(hù)措施

(一)加裝防雷絕緣子

從實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)來(lái)說(shuō)，在10kV配電線路上，裝置防雷絕緣子，雖然不能夠完全避免絕緣子受損問(wèn)題，但是也不會(huì)發(fā)生斷線情況。也就是說(shuō)，裝置絕緣子，能夠有效防止10kV配電線路的雷擊斷線事故。采取安裝防雷絕緣子的方式，進(jìn)行線路防護(hù)，能夠提高線路跳閘重合率，能夠達(dá)到90%以上。除此之外，要做好防雷裝置之間的空隙，做好間隙保護(hù)，減少線路故障的發(fā)生。

(二)做好防雷專項(xiàng)檢查

對(duì)于現(xiàn)有的10kV配電線路，為了能夠提高其防雷性能，需要做好專項(xiàng)運(yùn)維檢修工作，提高配電線路以及電氣設(shè)備的防雷災(zāi)害能力。以湖南某供電公司為例，為有效應(yīng)對(duì)雷雨季節(jié)，采取以下防雷措施：1)完善防雷事故預(yù)案。結(jié)合管轄范圍內(nèi)配電線路的實(shí)際情況，要求相關(guān)調(diào)度部門按照防雷預(yù)案要求，做好雷雨天氣下，配電網(wǎng)運(yùn)行方式的調(diào)整工作，以便于10kV配電線路發(fā)生雷擊故障后，能夠迅速及時(shí)的恢復(fù)供電，進(jìn)而保障供電的可靠性。2)做好防雷專項(xiàng)檢查。針對(duì)管轄范圍內(nèi)的61座變電站防雷設(shè)施，采取紅外測(cè)溫技術(shù)，開展防雷裝置檢查工作；對(duì)于避雷裝置，進(jìn)行帶電測(cè)試檢查。對(duì)于檢查中，發(fā)現(xiàn)的缺陷避雷器，及時(shí)進(jìn)行更換。除此之外，還開展了二次設(shè)備接地檢查與接地電阻測(cè)試，對(duì)于不符合要求的進(jìn)行相應(yīng)的處理。3)進(jìn)行地網(wǎng)測(cè)試等，通過(guò)系列檢查，發(fā)現(xiàn)27處缺陷，對(duì)其進(jìn)行相應(yīng)的處理，保證電網(wǎng)防雷效果。

(三)降低雷擊建弧率

對(duì)于配電網(wǎng)運(yùn)行，合理選擇中性點(diǎn)接地方式，比如中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈方式，使得配電網(wǎng)單相接地電流能夠得到自動(dòng)補(bǔ)償，使得接地電弧能夠熄滅。利用自動(dòng)補(bǔ)償設(shè)備，實(shí)時(shí)測(cè)量電容流，自動(dòng)補(bǔ)償電流，將補(bǔ)償后的殘流，給控制在合理范圍內(nèi)，使其低于熄弧值界值，以便于電弧熄滅，降低建弧率，進(jìn)而提高系統(tǒng)運(yùn)行的可靠性。除此之外，可利用消弧線圈，進(jìn)行過(guò)電壓治理。在電容電流大于10A的配電網(wǎng)中，設(shè)置補(bǔ)償裝置，控制殘流值，實(shí)現(xiàn)接地過(guò)電壓的控制，降低配電網(wǎng)雷擊故障建弧率[3]。

四、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于10kV配電線路的雷電感應(yīng)過(guò)電壓特性的分析，文中以FDTD算法為例，對(duì)利用此算法計(jì)算下過(guò)電壓特性，從線路最大感應(yīng)過(guò)電壓、過(guò)電壓波形特性、閃絡(luò)特性方面入手，做了簡(jiǎn)單的論述，提出過(guò)電壓防護(hù)的策略。

[1]蔡成毓.10kV配電線路的雷電感應(yīng)過(guò)電壓特性研究[J].通訊世界,2017(19).

[2]鄭學(xué)林.10kV配電線路的雷電感應(yīng)過(guò)電壓特性分析[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)月刊,2016,35(1):86-87.

[3]董廣志.10kV配電線路安裝避雷器后雷電感應(yīng)過(guò)電壓特性分析[J].消費(fèi)電子,2014(24).

李云勇，男，助理工程師，本科，主要從事供電所管理工作。