配電網(wǎng)感應(yīng)過(guò)電壓防范策略研究

王宇鵬

(四川電網(wǎng)攀枝花電業(yè)局，四川 攀枝花 617000)

自改革開(kāi)放以來(lái)我國(guó)經(jīng)濟(jì)迅猛發(fā)展，與此同時(shí)社會(huì)生產(chǎn)、生活的用電需求也與日俱增。為了更好的滿(mǎn)足用電需求，我國(guó)近年來(lái)加大了電網(wǎng)建設(shè)力度，已經(jīng)逐漸構(gòu)建起覆蓋全國(guó)絕大多數(shù)地區(qū)的配電網(wǎng)絡(luò)。但是隨著配電網(wǎng)規(guī)模的擴(kuò)大，各種自然因素引起的配電網(wǎng)故障也快速增多，尤其是雷電對(duì)配電網(wǎng)的影響近年來(lái)呈現(xiàn)逐年上升的態(tài)勢(shì)。如何才能更好的保護(hù)配電網(wǎng)在雷電影響下的安全穩(wěn)定運(yùn)行，已經(jīng)成為擺在我國(guó)電力工作者面前的頭等大事。

1 感應(yīng)雷過(guò)電壓形成機(jī)理分析

感應(yīng)雷過(guò)電壓是指雷擊線(xiàn)路附近大地或雷擊桿塔時(shí)由于電磁感應(yīng)在導(dǎo)線(xiàn)上引起的過(guò)電壓。感應(yīng)過(guò)電壓包括靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩個(gè)分量。實(shí)際上，感應(yīng)過(guò)電壓的靜電分量和電磁分量都是在主放電過(guò)程中，由統(tǒng)一的電磁場(chǎng)突變而同時(shí)產(chǎn)生的。由于主放電的速度比光速小得多，主放電通道和導(dǎo)線(xiàn)基本上互相垂直，互感不大，電磁感應(yīng)較弱，因此電磁感應(yīng)分量要比靜電感應(yīng)分量小得多，并且兩種分量出現(xiàn)最大值的時(shí)刻也不相同，所以在總的感應(yīng)過(guò)電壓幅值中，靜電分量將起主要作用。從產(chǎn)生靜電分量角度來(lái)看，雷電流幅值大，是由于先導(dǎo)通道的電荷密度大，或由于主放電速度高。電荷密度大，其產(chǎn)生的場(chǎng)強(qiáng)就高，導(dǎo)線(xiàn)上感應(yīng)的束縛電荷就越多，主放電階段釋放的束縛電荷也越多，導(dǎo)致靜電分量加大。導(dǎo)線(xiàn)平均高度越高則導(dǎo)線(xiàn)對(duì)地電容越小，釋放出同樣的束縛電荷所呈現(xiàn)的電壓也就越高。雷擊點(diǎn)距離導(dǎo)線(xiàn)的距離越近，導(dǎo)線(xiàn)上的束縛電荷越多，釋放后的過(guò)電壓也越高。從產(chǎn)生電磁分量來(lái)看，雷電流幅值越大、雷擊點(diǎn)距離導(dǎo)線(xiàn)越近，都將導(dǎo)致導(dǎo)線(xiàn)－大地回路中各部分的磁通隨時(shí)間的變化率加大，從而導(dǎo)致感應(yīng)過(guò)電壓的電磁分量增加。

2 配電網(wǎng)感應(yīng)過(guò)電壓的防護(hù)

在雷電的影響下，可能會(huì)引起配電網(wǎng)線(xiàn)路的跳閘故障，甚至有可能會(huì)直接導(dǎo)致配電網(wǎng)斷線(xiàn)。通常情況下架空的線(xiàn)路一般可以得到周邊的建筑物以及各種樹(shù)木的遮擋，反而不太容易直接受到雷擊，感應(yīng)雷過(guò)電壓則是造成故障的最主要因素，也是進(jìn)行配電網(wǎng)感應(yīng)過(guò)電壓防護(hù)的重點(diǎn)。防護(hù)的方式無(wú)外乎兩大類(lèi)方法，一是對(duì)其加以限制，二是盡可能的降低感應(yīng)雷過(guò)電壓。前者是目前研究最多的方法，主要方式就是安裝避雷裝置，也是本文研究的重點(diǎn)。

2.1 線(xiàn)路避雷器

在一個(gè)三相供電網(wǎng)絡(luò)中，三相導(dǎo)線(xiàn)上都會(huì)存在感應(yīng)雷過(guò)電壓，而且相互之間在波形、幅值等方面都基本一樣，因此有可能會(huì)出現(xiàn)引起同事的對(duì)地閃絡(luò)。為此需要同時(shí)給三相導(dǎo)線(xiàn)安裝相應(yīng)的線(xiàn)路避雷器，如此才能更好的保護(hù)配電網(wǎng)絡(luò)。實(shí)際上避雷器就是將感應(yīng)雷過(guò)電壓通過(guò)電流的形式接入大地，從而避免設(shè)備和線(xiàn)路受到影響。最終的防護(hù)效果不僅與線(xiàn)路避雷器的技術(shù)和質(zhì)量有關(guān)，而且與如何更加合理的配置線(xiàn)路避雷器密切相關(guān)。如果在配電網(wǎng)的每一個(gè)基桿塔都安裝避雷器，顯然可以起到最佳的感應(yīng)過(guò)電壓防護(hù)效果，但是考慮到配電網(wǎng)規(guī)模的龐大，這種方式的成本是巨大的。為了綜合考慮安全性和經(jīng)濟(jì)型，有三種方案可以選擇:一是每?jī)蓚€(gè)相鄰的基桿塔作為一組，安裝一個(gè)避雷器;二是每三個(gè)基桿塔一組，安裝一避雷器;三是每六個(gè)基桿塔一組，安裝一組避雷器。無(wú)論是采用哪種方式，安裝了避雷器的那個(gè)基桿塔的絕緣子必然不會(huì)再閃絡(luò)，也就不會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，但是那些為了降低成本而沒(méi)有安裝避雷器的基桿塔則有可能會(huì)出現(xiàn)閃絡(luò)，進(jìn)而導(dǎo)致故障，這個(gè)概率和接地電阻的大小成正比，因此應(yīng)該結(jié)合接地電阻和途徑地區(qū)平均和最大雷電流峰值大小來(lái)決定一個(gè)相對(duì)合理的方案。此外如果采用了絕緣導(dǎo)線(xiàn)，也可以相對(duì)縮小安裝的數(shù)量。

2.2 避雷線(xiàn)

如果考慮在配電網(wǎng)架空線(xiàn)路上安裝避雷線(xiàn)，那么就可以在雷電經(jīng)過(guò)配電網(wǎng)線(xiàn)路周?chē)拇蟮貢r(shí)，起到有效的屏蔽作用，從而降低感應(yīng)過(guò)電壓、減少因此引起故障的概率。這種防護(hù)的基本原理如下:如果安裝的避雷線(xiàn)和架空的線(xiàn)路處于完全相同的告訴，那么這兩種線(xiàn)上的感應(yīng)雷過(guò)電壓的計(jì)算方式和參數(shù)都是基本一致的，最終得到的結(jié)果也是相近的。但是避雷線(xiàn)本身是接地的，和架空的線(xiàn)路高度完全不一樣，避雷線(xiàn)的電位等于零，就實(shí)際上相當(dāng)于給避雷線(xiàn)增加了一個(gè)極性相反，在耦合作用下使得兩者出現(xiàn)疊加效應(yīng)。這里就存在一個(gè)耦合系數(shù)的問(wèn)題，改系數(shù)與導(dǎo)線(xiàn)的位置、尺寸密切相關(guān)，相互距離越近那么系數(shù)就越大，最終的感應(yīng)過(guò)電壓就會(huì)相對(duì)較低，也就是說(shuō)避雷線(xiàn)的位置將直接影響到最終的防護(hù)效果。研究表明，使用避雷線(xiàn)進(jìn)行防護(hù)時(shí)，配電網(wǎng)架空線(xiàn)路的高度越高，那么應(yīng)對(duì)感應(yīng)過(guò)電壓的效果就會(huì)越低，與此同時(shí)防護(hù)的效果與避雷線(xiàn)、導(dǎo)線(xiàn)距離之間成正比關(guān)系。總的來(lái)看，使用避雷線(xiàn)還是可以起到很多的防護(hù)作用的，實(shí)際使用過(guò)程中需要結(jié)合考慮這兩個(gè)特點(diǎn)，考慮配電網(wǎng)具體位置的特殊情況，選擇一個(gè)合理的高度，并盡可能縮短避雷線(xiàn)與配電網(wǎng)導(dǎo)線(xiàn)之間的距離。

2.3 對(duì)直擊雷的防護(hù)分析

盡管本文研究的線(xiàn)路避震器以及避雷線(xiàn)兩種方式主要針對(duì)的是感應(yīng)雷過(guò)電壓這種雷電引起的危害，但是對(duì)特殊的直擊雷也可以起到一定的保護(hù)作用。首先在使用線(xiàn)路避雷器情況下，如果發(fā)生直擊雷那么只要這個(gè)基桿塔安裝了線(xiàn)路避雷器，就可以將絕大多數(shù)的雷電電流導(dǎo)入到大地當(dāng)中，避免對(duì)配電網(wǎng)造成傷害。這個(gè)時(shí)候防護(hù)的效果將與線(xiàn)路避雷器的最大容量成正比，也就是說(shuō)通流容量越大對(duì)于直擊雷的防護(hù)效果越佳。目前使用的各種線(xiàn)路避雷器對(duì)于一般性的雷電防護(hù)基本上足夠了。但是在這種方式下，沒(méi)有安裝線(xiàn)路避雷器的基桿塔則不能起到防護(hù)直擊雷的作用。其次針對(duì)使用避雷線(xiàn)的防護(hù)方式，直擊雷可以分為兩種可能:一是直接擊中了基桿塔塔頂，二是擊中了安裝的避雷線(xiàn)。后者由于接地作用，可以起到很好的保護(hù)作用。即使是前者，由于前文的分析兩者之間的距離非常近，避雷線(xiàn)也可以起到很好的分流作用，在一定程度上降低直擊雷經(jīng)過(guò)導(dǎo)線(xiàn)的電壓，減少對(duì)于配電網(wǎng)絡(luò)線(xiàn)路的傷害，起到一定的防護(hù)作用。

3 結(jié)束語(yǔ)

隨著我國(guó)電力系統(tǒng)的快速發(fā)展，配電網(wǎng)規(guī)模越來(lái)越大，雷電對(duì)于配電網(wǎng)的威脅也與日俱增，已經(jīng)成為影響我國(guó)配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的重要因素之一。為此本文著重分析了感應(yīng)雷過(guò)電壓的基本形成機(jī)理，在此基礎(chǔ)上探討了配電網(wǎng)感應(yīng)過(guò)電壓防護(hù)的基本方式，詳細(xì)闡述了線(xiàn)路避雷器、避雷線(xiàn)的使用特點(diǎn)，以及其對(duì)直擊雷的防范效果，以期能夠更好的促進(jìn)我國(guó)配電網(wǎng)感應(yīng)過(guò)電壓的防護(hù)理論和實(shí)踐的發(fā)展，乃至更好的維護(hù)我國(guó)整個(gè)配電網(wǎng)絡(luò)的安全、穩(wěn)定、高效運(yùn)行，更為的我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和人民的生活提供電力保障。

[1]文武.感應(yīng)雷電磁干擾及防護(hù)研究[D]，武漢大學(xué)，2004.

[2]朱海明.配電網(wǎng)感應(yīng)過(guò)電壓防護(hù)策略研究[D]，華南理工大學(xué)，2012.4.