架空配電線路雷電過(guò)電壓特性與MOA試驗(yàn)技術(shù)的研究進(jìn)展

湯 霖，王瑞發(fā)，趙冬一

（1.中國(guó)電力科學(xué)研究院，武漢43007411；2.國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司，哈爾濱15000；3.南陽(yáng)金牛電氣有限公司，河南南陽(yáng)473000）

架空配電線路雷電過(guò)電壓特性與MOA試驗(yàn)技術(shù)的研究進(jìn)展

湯 霖1，王瑞發(fā)2，趙冬一3

（1.中國(guó)電力科學(xué)研究院，武漢43007411；2.國(guó)網(wǎng)黑龍江省電力有限公司，哈爾濱15000；3.南陽(yáng)金牛電氣有限公司，河南南陽(yáng)473000）

筆者主要介紹了：1）國(guó)內(nèi)、外關(guān)于雷暴云閃電的物理過(guò)程，特別是下行負(fù)地閃放電過(guò)程方面的研究進(jìn)展；2）對(duì)架空配電線路雷電過(guò)電壓數(shù)值計(jì)算和真型試驗(yàn)研究等進(jìn)行了分析和總結(jié)；3）結(jié)合我國(guó)近些年配電型避雷器的故障情況，重點(diǎn)介紹了國(guó)際上關(guān)于重雷區(qū)特別是多重雷擊下MOA動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)的研究進(jìn)展，比較分析了GB11032與IE60099-4、IEEEStd66.22關(guān)于重負(fù)載配電MOA試驗(yàn)技術(shù)的差異。主要結(jié)論為：1）地閃雷電，特別是下行負(fù)地閃雷電放電主要表現(xiàn)為短時(shí)間的回?fù)艉烷L(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)電流的疊加，同時(shí)也包括回?fù)糁g的長(zhǎng)時(shí)間低幅值的連續(xù)電流；2）目前建立輸電線路雷電過(guò)電壓數(shù)值計(jì)算模型的本質(zhì)都是從麥克斯韋方程推算而來(lái)的，不同點(diǎn)在于采用了雷電電磁脈沖產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的不同分量；3）雷電直擊架空導(dǎo)線或擊到架空導(dǎo)線附近造成導(dǎo)線產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓，流過(guò)避雷器的沖擊電流為多重電流脈沖并且脈沖之間存在幅值較低的持續(xù)電流；4）金屬氧化物電阻片在多重電流脈沖下的破壞形式主要是側(cè)面閃絡(luò)?，F(xiàn)有版本的各類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，仍然沒(méi)有建立與IEC62305-1:2010的附錄A給出了的可能組合方式雷電波形感應(yīng)到架空線路上的感應(yīng)過(guò)電壓，對(duì)避雷器造成的電流沖擊負(fù)載的試驗(yàn)要求和程序；5）建議按照IEC62305-1:2010的附錄A給出了的可能組合方式雷電波形和參數(shù)，建立配電線路避雷器動(dòng)作負(fù)載的試驗(yàn)方法。多重雷電電流沖擊試驗(yàn)技術(shù)有待于進(jìn)一步提高。

金屬氧化物避雷器；配電架空線路；雷電過(guò)電壓；IEC62305

0 引言

我國(guó)處于亞熱帶地區(qū)，雷電災(zāi)害性天氣頻繁。受雷電活動(dòng)強(qiáng)烈的影響，配電線路用金屬氧化物避雷器（MOA）動(dòng)作頻繁、受損嚴(yán)重。以廣東電網(wǎng)為例，2001～2008年在網(wǎng)運(yùn)行的491，768臺(tái)MOA中，共有30,159臺(tái)配電MOA故障。其中，由于雷擊或操作過(guò)電壓導(dǎo)致的避雷器故障率最高，約占總故障率的55.5%[1]。雷電過(guò)電壓特別是雷電感應(yīng)過(guò)電壓是威脅配電線路安全可靠性的重要因素之一。

雷擊架空線路或者其附近產(chǎn)生的雷擊過(guò)電壓或感應(yīng)過(guò)電壓本身是一個(gè)非常復(fù)雜的自然現(xiàn)象。近些年，隨著高時(shí)間分辨率雷電探測(cè)技術(shù)的進(jìn)步，使得人們對(duì)雷電的微秒時(shí)間尺度的發(fā)生、發(fā)展過(guò)程的詳細(xì)描述成為可能，從而對(duì)雷電物理過(guò)程和機(jī)理的認(rèn)識(shí)取得了許多突破性的進(jìn)展[2-3]。當(dāng)代雷電感應(yīng)過(guò)電壓理論的日益完善，促進(jìn)了配電線路雷電感應(yīng)過(guò)電壓的數(shù)值計(jì)算技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)已基本弄清楚了架空配電線路雷電感應(yīng)過(guò)電壓的主要特性[4-5]，而真型試驗(yàn)驗(yàn)證了這些仿真計(jì)算的基本正確性[6]。

重雷區(qū)特別是多重雷擊下MOA工作狀況的研究，一直是避雷器行業(yè)研究的重點(diǎn)課題。經(jīng)過(guò)國(guó)際上的專家、學(xué)者不懈的努力，對(duì)于ZnO電阻片沖擊能量耐受能力的研究達(dá)到了一個(gè)新的水平，基本上弄清楚了ZnO電阻片沖擊能量耐受能力與沖擊電流波形之間的關(guān)系[7]，并根據(jù)研究的成果，修訂了IEC60099-4標(biāo)準(zhǔn)中關(guān)于重雷區(qū)配電MOA的試驗(yàn)技術(shù)要求[8]。

筆者系統(tǒng)調(diào)研了大量的國(guó)際、國(guó)內(nèi)相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)導(dǎo)，分析和總結(jié)了上述領(lǐng)域的研究成果，并初步探討其發(fā)展趨勢(shì)。

1 國(guó)內(nèi)、外關(guān)于地閃雷電放電過(guò)程方面的研究進(jìn)展

1752年5月10日，在位于巴黎附近的鄉(xiāng)村Marly laVille,Coiffer退役騎兵第一次用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了雷暴中帶電，自此拉開(kāi)了人類對(duì)雷電的科學(xué)探求。但是，真正的雷電實(shí)驗(yàn)始于18世紀(jì)中葉本杰明·富蘭克林進(jìn)行的“風(fēng)箏試驗(yàn)”[9]。

1926年，英國(guó)Boys發(fā)明了條紋相機(jī)[10]，從而可以快速拍攝雷電通道的發(fā)展演化圖像，極大的促進(jìn)了人類對(duì)雷電放電過(guò)程的認(rèn)識(shí)。美國(guó)Scholand等利用條紋相機(jī)在南非拍攝的雷電照片清楚的顯示，中和云中負(fù)電荷的負(fù)地閃由下行的先導(dǎo)和向上的回?fù)艚M成，首次回?fù)舻南葘?dǎo)以梯級(jí)的形式發(fā)展[11]。Scholand曾對(duì)南非的主要研究成果進(jìn)行了總結(jié)，這些成果后來(lái)被美國(guó)、蘇聯(lián)、法國(guó)、日本和瑞士的科學(xué)家廣泛證實(shí)，迄今我們一直沿用的大部分雷電術(shù)語(yǔ)都來(lái)自南非的研究。

1966年，Berger和Vogelsanger利用條紋相機(jī)拍攝到了地閃先導(dǎo)的光學(xué)圖像，從而提供了正、負(fù)先導(dǎo)發(fā)展的差異[12]。照片中的開(kāi)始的短亮線條或光帶是由先導(dǎo)過(guò)程的向下傳播產(chǎn)生的，而后面的連續(xù)長(zhǎng)亮線條或光帶是由回?fù)舢a(chǎn)生的。

圖1 始于云內(nèi)的地閃先導(dǎo)過(guò)程的條紋照片F(xiàn)ig.1 Begins with stripe images flashed the forerunner process within the cloud

根據(jù)全球閃電的衛(wèi)星觀測(cè)結(jié)果估計(jì)：全球每秒約有46次閃電發(fā)生，其中85%以上出現(xiàn)在陸地上，地閃約占閃電總數(shù)的1/3。地閃按照中和云中電荷的極性和放電發(fā)展方向的不同，可分為4種形式，如圖2所示，下行負(fù)地閃形式占全部地閃的90%以上，比例最高。因此人們對(duì)下行負(fù)地閃進(jìn)行了廣泛而深入的研究[13]。

圖2 4種不同形式的地閃放電示意圖Fig.2 Four different forms of lightning discharge diagram

1973年，Uman把條紋相機(jī)觀測(cè)到的地閃結(jié)構(gòu)與譜圖相機(jī)觀測(cè)到的閃電圖像做了對(duì)比，可以清楚的看到一次地閃放電過(guò)程中包括梯級(jí)先導(dǎo)、首次回?fù)簟⒅备Z先導(dǎo)、繼后回?fù)舻冗^(guò)程，如圖3所示[14]。

圖3 地閃結(jié)構(gòu)模式Fig.3 Lightning structure model

1.1 預(yù)擊穿過(guò)程

預(yù)擊穿過(guò)程發(fā)生在云內(nèi)的初始擊穿過(guò)程。我國(guó)學(xué)者郄秀書(shū)等利用快天線雷電電場(chǎng)變化儀（簡(jiǎn)稱快天線），測(cè)量到2010年大興安嶺地區(qū)的一次典型的負(fù)地閃首次回?fù)艏捌渲胺烹娺^(guò)程的地面電場(chǎng)變化波形[14]。預(yù)擊穿總的持續(xù)時(shí)間平均為4.1 ms，其中首個(gè)脈沖前半周期峰值點(diǎn)到首次回?fù)舻姆逯迭c(diǎn)之間的時(shí)間間隔為55.4±34.3 ms,單個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間為8.8±4.9 μs，相鄰脈沖時(shí)間間隔為111.0±49.1 μs[15]。

1.2 先導(dǎo)過(guò)程

負(fù)先導(dǎo)可能以梯級(jí)的形式發(fā)展，也可能以箭式梯級(jí)先導(dǎo)或箭式先導(dǎo)的形式發(fā)展，但負(fù)先導(dǎo)梯級(jí)的形成可能都離不開(kāi)所謂“空中先導(dǎo)”的形成。負(fù)先導(dǎo)的梯級(jí)發(fā)展并不是單一的一次擊穿放電，而是由比較復(fù)雜的一系列放電過(guò)程組成。早在1938年，美國(guó)Scholand就提出了先導(dǎo)雙向發(fā)展、整體不荷電的概念[16]。1956年，Scholand發(fā)現(xiàn)負(fù)地閃首次回?fù)羟暗奶菁?jí)先導(dǎo)過(guò)程通常具有較多的分支，它們中的某些分支會(huì)在很短時(shí)間內(nèi)一次到達(dá)地面，形成多接地點(diǎn)閃擊，在地面電場(chǎng)變化上呈現(xiàn)相隔時(shí)間很短的多個(gè)峰值[11]。2009年，Kong對(duì)廣東、青海及山東地區(qū)拍攝到的19次地閃進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，發(fā)現(xiàn)其中9次地閃包含多接地回?fù)?，且多接地回?fù)舳紴槭状位負(fù)?，所占比例?5.3%[17]。由于閃電在較短的時(shí)間內(nèi)產(chǎn)生不同接地點(diǎn)的可能性，增加了雷電防護(hù)的難度。

1.3 連接過(guò)程

連接過(guò)程是下行先導(dǎo)到回?fù)舻倪^(guò)渡階段。對(duì)閃電先導(dǎo)與地面物體的連接過(guò)程的研究是地閃放電研究工作中人們認(rèn)識(shí)最少、相關(guān)文獻(xiàn)也最少的方面之一。1977年，Berger等拍攝到了一張閃電連接過(guò)程照片如圖4[18]。

圖4 Berger等拍攝到的負(fù)下行先導(dǎo)連接過(guò)程Fig.4 Berger,etc of negative downward pilot connection process

由于連接過(guò)程與閃電的物理機(jī)制的聯(lián)系以及連接過(guò)程在輸電線路雷擊研究的重要性，對(duì)連接過(guò)程的研究不僅是目前理論研究者的重要任務(wù)，也是電力線路雷擊研究的重要內(nèi)容。在對(duì)連接過(guò)程的研究中，閃擊距離是一個(gè)重要的參數(shù)量[19-21]。光學(xué)觀測(cè)給出的閃擊距離一般在十到幾百米的范圍，典型的閃擊距離為50～100 m，90%的閃擊距離超過(guò)20 m，91%的閃擊距離超過(guò)45 m，84%的閃擊距離超過(guò)60 m[22]。

1.4 回?fù)暨^(guò)程

當(dāng)先導(dǎo)接地后形成強(qiáng)烈的回?fù)舴烹娺^(guò)程，由于回?fù)暨^(guò)程發(fā)生在已經(jīng)電離的先導(dǎo)通道中，其發(fā)展速度很快。當(dāng)回?fù)粢越咏馑傺刂葘?dǎo)通道向上發(fā)展時(shí)產(chǎn)生瞬變電磁輻射脈沖，而決定回?fù)綦姶泡椛鋸?qiáng)弱的最重要的參數(shù)是回?fù)綦娏骱突負(fù)羲俣鹊?，回?fù)綦娏鞯牟ㄐ翁卣鲄?shù)是雷電防護(hù)設(shè)計(jì)的重要依據(jù)。

目前國(guó)內(nèi)外的雷電研究者通過(guò)矮塔、高塔直接觀測(cè)，人工引雷觀測(cè)和電場(chǎng)電流關(guān)系反演對(duì)地閃回?fù)綦娏鬟M(jìn)行了大量的觀測(cè)研究。并取得了豐富的觀測(cè)資料。1975年，蘇聯(lián)Corin等在莫斯科塔不同高度測(cè)量雷電波形，如圖5所示。2008年，加拿大學(xué)者Lafkovici等在多倫多CN塔測(cè)量到一次閃電回?fù)綦娏鞑ㄐ渭捌渥兓剩鐖D5所示[23]。從圖5中可以看出，高塔測(cè)量雷電流具有反射現(xiàn)象。高塔對(duì)雷電流的影響是由于高塔本身的阻抗、塔的接地阻抗和雷電通道阻抗三者不匹配，使得瞬態(tài)雷電過(guò)程在塔內(nèi)存在反射。大量觀測(cè)結(jié)果表明：負(fù)地閃首次回?fù)綦娏髌骄禐?0 kA，繼后回?fù)綦娏髌骄鶠?2 kA。

由于自然雷電發(fā)生發(fā)展的隨機(jī)性，對(duì)雷電流的直接測(cè)量時(shí)不容易的，有些雷電數(shù)據(jù)是通過(guò)雷電定位系統(tǒng)反演得到的。利用高塔直接測(cè)量的自然雷電首次回?fù)綦娏鞣逯挡怀^(guò)150 kA，而利用雷電定位系統(tǒng)反演得到的自然雷電首次回?fù)綦娏鞣逯底畲蟮?00～600 kA。2012年，Cooray發(fā)表文章指出，地閃回?fù)綦娏鞣逯档拇笮∨c雷電云和大地之間的環(huán)境電場(chǎng)大小有關(guān)，二者滿足Ip=kE0.967，其中IP和E分別為回?fù)綦娏鞣逯岛铜h(huán)境電場(chǎng)大小，k為系數(shù)[24]。

圖5 多倫多CN塔的一次閃電回?fù)綦娏鞑ㄐ渭捌渥兓蔉ig.5 The CN tower in Toronto a lightning current waveform and its change rate

1.5 閃擊間的過(guò)程

對(duì)于負(fù)地閃而言，其回?fù)魯?shù)通常不止一次，一次典型的負(fù)地閃過(guò)程通常包含3～5次回?fù)?，時(shí)間間隔為幾十毫秒。表1給出了不同國(guó)家和地區(qū)觀測(cè)到的負(fù)地閃回?fù)舸螖?shù)和單回?fù)舻亻W所占的比例。在多回?fù)舻亻W的兩個(gè)回?fù)糁g，會(huì)發(fā)生連續(xù)電流、M分量和K變化。

1952年，Hagenguth等首次在帝國(guó)大廈的雷電測(cè)量中發(fā)現(xiàn)了連續(xù)電流這一電流分量[25]。1962年，Kitagawa等將連續(xù)電流分為兩類：1）長(zhǎng)連續(xù)電流≥40 ms；2）短持續(xù)電流≤40 ms。1989年，Shindo等統(tǒng)計(jì)表明，連續(xù)電流平均值為100 A左右，變化范圍30～200 A，轉(zhuǎn)移電荷10～20 C[26]。1994年，Rakov等發(fā)現(xiàn)連續(xù)電流可以發(fā)生在任何一次回?fù)糁骩27]。2011年，王東方等對(duì)大興安嶺地區(qū)的負(fù)地閃連續(xù)電流統(tǒng)計(jì)表明，約有27%的負(fù)地閃伴隨有連續(xù)電流過(guò)程，連續(xù)電流持續(xù)時(shí)間在20～40 ms所占的比例最多，約為23%；其次是10～20 ms，約為12%，持續(xù)時(shí)間在80～100ms和40～60ms，分別為11%和10%。連續(xù)電流的平均持續(xù)時(shí)間為127.4 ms，最長(zhǎng)超過(guò)400 ms[28]。

表1 負(fù)地閃的回?fù)魯?shù)及單回?fù)舻亻W的比例Table 1 Negative to flash back number and the percentage of single back to flash

連續(xù)電流持續(xù)時(shí)間的長(zhǎng)短，在一定程度上決定了對(duì)地釋放的電荷量，一次回?fù)粢话汜尫艃H幾庫(kù)倫的電荷，而連續(xù)電流可釋放幾十甚至更大的電荷量，連續(xù)電流釋放的電荷占總電荷量的75%以上。

M分量是疊加在地閃連續(xù)電流上的脈沖過(guò)程，伴隨著放電通道突然增亮以及電場(chǎng)突變。2003年，Rakov等統(tǒng)計(jì)得到了人工引雷的M分量電流幅值為100～200A，上升時(shí)間 300～500 μs，轉(zhuǎn)移電荷 0.1～0.2C[29]。2011年，蔣如斌等分析了由人工觸發(fā)閃電試驗(yàn)得到的6次強(qiáng)烈M分量特征，其峰值電流范圍為3.8～7.0 kA，平均為5.5 kA，電流波形10%～90%峰值的上升時(shí)間為12～72 μs，平均為42 μs[30]。

國(guó)際電工委員會(huì)在IEC62305-1：2010[31]中，對(duì)雷電參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，以便于實(shí)際防雷工程設(shè)計(jì)的需要。IEC62305-1：2010附錄A中規(guī)定，雷電流由一個(gè)或多個(gè)不同的雷擊組成。短時(shí)間雷擊（T2≤2ms）和長(zhǎng)時(shí)間雷擊(2 ms≤Tlong≤1 s)參數(shù)由附錄圖A.1、圖A.2給出。IEC62305-1：2010附錄A中的表A.1給出了典型的雷電流參數(shù)值。

IEC62305已被我國(guó)雷電防護(hù)標(biāo)準(zhǔn)化委員會(huì)轉(zhuǎn)化成GB/T21714[32]系列標(biāo)準(zhǔn)。

另外需要指出的是，日本學(xué)者橫山茂報(bào)道，在日本冬季雷電活動(dòng)中，出現(xiàn)了雷電流持續(xù)時(shí)間異常長(zhǎng)的情況，電荷量超過(guò)300 C的例子很多，有時(shí)高達(dá)夏季雷的100倍以上[33]。

2 輸電線路雷電感應(yīng)過(guò)電壓數(shù)值計(jì)算和真型試驗(yàn)研究進(jìn)展

2.1 輸電線路雷電感應(yīng)過(guò)電壓數(shù)值計(jì)算

輸電線路桿塔一般高于周圍的地面，更極易遭受雷擊。再者，雷云對(duì)地放電的過(guò)程中，放電通道周圍空間的電磁場(chǎng)也會(huì)發(fā)生急劇變化，會(huì)在附近架空線路的到線上產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓。美國(guó)IEEEstd1243-1997[34]和IEEEstd 1410—2010[35]給出了架空輸電線路、特別是配電線路防雷準(zhǔn)則。這里重點(diǎn)介紹輸電線路雷電感應(yīng)過(guò)電壓數(shù)值計(jì)算的研究發(fā)展。

20世紀(jì)上半葉，解釋雷電感應(yīng)過(guò)電壓的最為常見(jiàn)的理論為“束縛電荷學(xué)”。隨著科學(xué)技術(shù)的進(jìn)步、測(cè)試儀器的越來(lái)越精密，從而誕生了基于雷電回?fù)暨^(guò)程中的雷電感應(yīng)過(guò)電壓理論[36-38]：首先雷電在云層和地面之間產(chǎn)生雷電通道，發(fā)生回?fù)暨^(guò)程中，在通道中形成回?fù)綦娏?；回?fù)綦娏饔诌M(jìn)一步在空間感應(yīng)電磁場(chǎng)，感應(yīng)產(chǎn)生的電磁場(chǎng)最終耦合到架空線路形成過(guò)電壓[39-40]。要準(zhǔn)確計(jì)算雷電感應(yīng)過(guò)電壓，需要解決的主要問(wèn)題包括：1）雷電流波形模型；2）雷電流回?fù)裟Ｐ停?）電磁場(chǎng)傳播模型和4）場(chǎng)線耦合模型。

1）雷電流波形模型 國(guó)際電工委員會(huì)在IEC62305-1：2010[31]中，對(duì)雷電參數(shù)進(jìn)行了標(biāo)準(zhǔn)化，以便于實(shí)際防雷工程設(shè)計(jì)的需要。這里不再贅述。

2）雷電流回?fù)裟Ｐ?回?fù)綦娏髂Ｐ椭饕糜诿枋鐾ǖ离娏骰螂姾傻臅r(shí)空分布。自1941年Bruce[40]等首次提出雷電回?fù)裟Ｐ鸵詠?lái)，從不同角度提出的回?fù)裟Ｐ捅銘?yīng)運(yùn)而生。我們主要關(guān)心用于電磁場(chǎng)計(jì)算數(shù)值計(jì)算的工程模型的發(fā)展。

目前，用于電磁場(chǎng)計(jì)算數(shù)值計(jì)算的工程模型有7種：BG模型[39]，TL(Transmission line)模型，MTLE模型[40]，MTLL 模型[41]，MULS 模型[42]，TCS 模型[43]和 DU模型[44]。利用DU模型計(jì)算的地面不同距離處的電磁場(chǎng)波形特征與觀測(cè)結(jié)果也是一致的。其他模型都無(wú)法完全模擬出地閃回?fù)綦姶艌?chǎng)波形特征[3]。

3）電磁場(chǎng)傳播模型1992年，Cooray提出的全距離計(jì)算地面附近電場(chǎng)的電磁場(chǎng)傳播模型是一種考慮了垂直地面方向電場(chǎng)影響的方法[44]。Rubin?stein在Cooray模型的基礎(chǔ)上，提出了考慮非理想大地雷電流所產(chǎn)生的水平電場(chǎng)的計(jì)算方法，被稱之為Rubinstein-Cooray模型[45]，被電力系統(tǒng)計(jì)算雷電感應(yīng)過(guò)電壓廣泛采用。

4）場(chǎng)線耦合模型此類模型主要有：Taylor模型[46]，Agrawal模型[47]和 Rachidi模型[48]。應(yīng)當(dāng)注意，三種模型的待求未知量是不同的，外界電磁場(chǎng)在架空線路上的等效電源情況也有區(qū)別，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)特別注意各個(gè)模型的使用條件。

國(guó)內(nèi)外專家、學(xué)者采用上述仿真計(jì)算模型對(duì)配電架空線路的雷電感應(yīng)過(guò)電壓進(jìn)行了各種工況下的計(jì)算[4、5、6、49、50、51]。架空導(dǎo)線雷電感應(yīng)過(guò)電壓是一件非常復(fù)雜的自然現(xiàn)象，使用目前廣泛采用的工程模型進(jìn)行仿真計(jì)算，也只能夠在一定程度上得到接近實(shí)際工況的計(jì)算結(jié)果。而判定仿真計(jì)算得到的結(jié)果是否足夠真實(shí)可靠十分復(fù)雜，涉及到測(cè)量設(shè)備的參數(shù)、實(shí)際試驗(yàn)的工況、計(jì)算選取的參數(shù)，并非簡(jiǎn)單的和某些工況下的試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較皆可以得到結(jié)論。

IEEEstd1410給出了一種簡(jiǎn)化的感應(yīng)過(guò)電壓的計(jì)算方法，有興趣的讀者可以參閱。

各國(guó)學(xué)者提出的多種不同的計(jì)算雷電電磁場(chǎng)對(duì)架空線路的電磁耦合模型，都是從麥克斯韋方程推導(dǎo)出來(lái)的，不同的觀點(diǎn)是雷電電磁脈沖產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的不同分量。

需要指出的是，到目前為止，雷電感應(yīng)過(guò)電壓的數(shù)值計(jì)算還停留在簡(jiǎn)單的單次回?fù)綦娏鳟a(chǎn)生的感應(yīng)過(guò)電壓計(jì)算，還沒(méi)有見(jiàn)到按照一個(gè)完整的雷電地閃過(guò)程（包括預(yù)擊穿、先導(dǎo)放電、首次回?fù)簟⒗^后回?fù)粢约伴W擊間過(guò)程）的參數(shù)進(jìn)行仿真計(jì)算。輸電線路雷電感應(yīng)過(guò)電壓數(shù)值計(jì)算的研究還處于理論探索階段，還沒(méi)有達(dá)到工程防雷設(shè)計(jì)的水平。

2.2 輸電線路雷電感應(yīng)過(guò)電壓真型試驗(yàn)研究

真型試驗(yàn)是指實(shí)際尺寸的配電線路試驗(yàn)，是研究配電線路雷電感應(yīng)過(guò)電壓最為直接有效的手段。目前雷電感應(yīng)過(guò)電壓的真型實(shí)驗(yàn)主要在日本、美國(guó)、南非和中國(guó)進(jìn)行，墨西哥也進(jìn)行了一些試驗(yàn)。

1979年，美國(guó)Master觀察了自然雷電在線路附近產(chǎn)生的電場(chǎng)以及在線路上產(chǎn)生的過(guò)電[52]。1985年，Rubinstein觀察了自然雷電在線路附近產(chǎn)生的電磁場(chǎng)以及在線路上產(chǎn)生的過(guò)電壓[53]。

1980年，日本電力中央研究所橫山茂博士等在日本海岸附近建立了一個(gè)真型實(shí)驗(yàn)場(chǎng)，進(jìn)行了大量的研究[54]。1981～1989年期間，橫山茂博士帶領(lǐng)的團(tuán)隊(duì)進(jìn)行了各種方式的線路感應(yīng)過(guò)電壓的測(cè)量和仿真計(jì)算[55-56]。1993～1997年，他們測(cè)量了雷電電流波形和線路上的過(guò)電壓波形，建立了更為完善的雷擊高塔建筑物的感應(yīng)過(guò)電壓計(jì)算模型，并和實(shí)際測(cè)量結(jié)果進(jìn)行了比較[57]。

美國(guó)弗羅里達(dá)大學(xué)的雷電研究中心開(kāi)展了大量的火箭引雷試驗(yàn)。他們?cè)贐landing建立了一個(gè)實(shí)驗(yàn)基地[58-59]。文獻(xiàn)[60]報(bào)道了一次測(cè)試結(jié)果，通過(guò)線路避雷器的電流為多峰值的沖擊電流，并且沖擊過(guò)后有較長(zhǎng)一段持續(xù)低電流。

2000年6月-8月份，他們?cè)谠摶剡M(jìn)了一系列引雷試驗(yàn)，共用了6只線路避雷器，獲得了8個(gè)雷電地閃（包含34個(gè)回?fù)簦┑碾娏鞑ㄐ斡涗沎60]。

2000～2003年，美國(guó)Schoene博士等在Blanding實(shí)驗(yàn)基地也進(jìn)行了一系列試驗(yàn)。與之前的試驗(yàn)相比較，這次他們發(fā)現(xiàn)避雷器的脫離器動(dòng)作。分析認(rèn)為，避雷器脫離器動(dòng)作必然有低頻、長(zhǎng)持續(xù)時(shí)間電流通過(guò)避雷器，證實(shí)了在一個(gè)完整的地閃雷電過(guò)程中存在閃擊間的過(guò)程-即2次回?fù)糁g有長(zhǎng)時(shí)間低幅值的連續(xù)電流[61-62]。

我國(guó)廣東防雷中心在廣東從化建設(shè)了一個(gè)配電線路雷電感應(yīng)過(guò)電試驗(yàn)基地，也取得了一些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)[63]。

2014年，日本東京電力公司500kV線路避雷器連續(xù)出現(xiàn)故障[64]。經(jīng)過(guò)對(duì)現(xiàn)場(chǎng)錄波和故障避雷器解體進(jìn)行分析認(rèn)為：雷擊造成的過(guò)電壓給避雷器注入的能量并沒(méi)有超過(guò)設(shè)計(jì)裕度，線路避雷器發(fā)生故障的原因主要是遭受了多重雷擊，發(fā)生了側(cè)面閃絡(luò)。

3 重雷區(qū)特別是多重雷擊下MOA動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)的研究

從上述的輸電線路雷電感應(yīng)過(guò)電壓數(shù)值計(jì)算和真型試驗(yàn)研究成果中，我們可以看出，配電線路避雷器在雷電直擊或感應(yīng)過(guò)電壓下，將需要承受很大的電流沖擊。沖擊電流波形非常復(fù)雜，典型的波形為間隔時(shí)間約ms級(jí)的多次高幅值電流重復(fù)脈沖，并且電流重復(fù)脈沖之間有低幅值的持續(xù)電流通過(guò)。

國(guó)際上，學(xué)者們很早就注意到輸電線路用避雷器要承受電流重復(fù)脈沖的沖擊。1992年，Sargent首次報(bào)道了非線性金屬氧化物電阻片耐受多重電流沖擊的試驗(yàn)情況，并簡(jiǎn)單分析了試驗(yàn)時(shí)電阻片故障的原因和機(jī)理[65]。1994年，Darveniza等又重復(fù)進(jìn)行了這種試驗(yàn)[66]。1997年，Darveniza改進(jìn)了多重電流沖擊試驗(yàn)設(shè)備，采用高速攝像機(jī)拍攝沖擊時(shí)電阻片周圍的放電圖片[67]，并在文獻(xiàn)[68]分析認(rèn)為，在多重電流沖擊下金屬氧化物電阻片失效的主要模式為側(cè)閃，側(cè)閃的主要原因是電阻片側(cè)面釉與本體之間存在空間電荷，發(fā)生等離子體放電，在多重電壓脈沖下發(fā)生等離子體放電濃度達(dá)到一定水平，從而激發(fā)側(cè)面閃絡(luò)。

2005年，韓國(guó)學(xué)者Bok-Hee Lee發(fā)明了一種多重電流沖擊試驗(yàn)設(shè)備，進(jìn)行了電阻片多重電流沖擊試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果與Darveniza的結(jié)論吻合[69]，如圖6、7。印度尼西亞學(xué)者Tarcicius Haryono等也得到了類似的結(jié)論[70]。

圖6 多重電流脈沖發(fā)生器及其輸出的電流波形示意圖Fig.6 Multiple current pulse generator and its output current waveform

圖7 多重電流脈沖下電阻片發(fā)生等離子體放電照片及閃絡(luò)痕跡Fig.7 Resistors under multiple current pulses occur pictures of the plasma discharge and flashover trace

上述試主要研究了金屬氧化物電阻片對(duì)多重電流脈沖的耐受能力及失效模式，并沒(méi)有考慮脈沖間低幅值電流沖擊的影響。2014年，上海交通大學(xué)江安烽[71]等受到 GJB3567[72]、GB/T1927[73]的啟發(fā)，建立起了一套多波形重復(fù)電流脈沖發(fā)生器，如圖8。對(duì)金屬氧化物電阻片進(jìn)行試驗(yàn)。試驗(yàn)波形如圖9所示。但是，他們使用的電流波形組合及其幅值與實(shí)際工況還不十分吻合，有待進(jìn)一步細(xì)化試驗(yàn)要求和步驟。

GB11032—2010[74]標(biāo)準(zhǔn)在附錄C明確規(guī)定了“電壓范圍1 kV～5 kV強(qiáng)雷電負(fù)載避雷器的要求”，要求在避雷器動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)時(shí)，對(duì)試品施加3次峰值40 kA、波形30/80的沖擊電流，3次電流沖擊的時(shí)間間隔為50s～60s。

IEEEStdC62.11-2012[75]與以前的版本相比較，也增加這樣的規(guī)定：動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)中，要求注入的能量為2次峰值40 kA、波形8/20的電流沖擊。

圖8 多重電流脈沖發(fā)生器及其控制柜Fig.8 Multiple current pulse generator and control cabinet

圖9 試驗(yàn)工裝及多重電流脈沖波形Fig.9 Test equipment and multiple current pulse waveform

IEC60099-4 Edtion 3.0 2014-06[8]與 2006 版相比較，也增加這樣的規(guī)定：動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)中，要求注入的能量為2次波形8/20的電流沖擊，注入電荷量不小于0.55C。

國(guó)內(nèi)、外對(duì)于重雷區(qū)特別是多重雷擊下MOA動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)的研究成果非常豐富，電阻片在多重電流脈沖下的破壞形式主要是側(cè)面閃絡(luò)。但是，受試驗(yàn)手段的限制，對(duì)電阻片施加的沖擊電流波形與實(shí)際工況還有一定差距。

4 結(jié)論

1）地閃雷電，特別是下行負(fù)地閃雷電放電，主要表現(xiàn)為短時(shí)間的回?fù)艉烷L(zhǎng)時(shí)間的連續(xù)電流的疊加，包括幅值很大的首次回?fù)粢约胺禍p小的繼后回?fù)簦瑫r(shí)也包括回?fù)糁g的長(zhǎng)時(shí)間低幅值的連續(xù)電流。IEC62305-1:2010的附錄A給出了標(biāo)準(zhǔn)化的雷電參數(shù)和可能的組合方式，可供防雷工程設(shè)計(jì)時(shí)參考。

2）目前建立輸電線路雷電感應(yīng)過(guò)電壓數(shù)值計(jì)算模型的本質(zhì)，都是從麥克斯韋方程推算而來(lái)的，不同點(diǎn)在于采用了雷電電磁脈沖產(chǎn)生的電磁場(chǎng)的不同分量。同時(shí)考慮了雷電的回?fù)暨^(guò)程和雷電先導(dǎo)發(fā)展對(duì)于線路過(guò)電壓的貢獻(xiàn)的計(jì)算模型，更接近于實(shí)際測(cè)量。

3）大量的真型試驗(yàn)表明，雷電直擊架空導(dǎo)線或擊到架空導(dǎo)線附近造成導(dǎo)線產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓，流過(guò)避雷器的沖擊電流為多重電流脈沖并且脈沖之間存在幅值較低的持續(xù)電流。

4）金屬氧化物電阻片在多重電流脈沖下的破壞形式主要是側(cè)面閃絡(luò)。與一般配電型避雷器的技術(shù)要求相比較，最近的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)要求，強(qiáng)雷區(qū)重負(fù)載避雷器需要注入更多的電荷量。但是，現(xiàn)有版本的各類技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)、規(guī)范，仍然沒(méi)有建立與IEC62305-1:2010的附錄A給出了的可能組合方式雷電波形，感應(yīng)到架空線路上的感應(yīng)過(guò)電壓對(duì)避雷器造成的電流沖擊負(fù)載的試驗(yàn)要求和程序。

5）建議按照IEC62305-1:2010的附錄A給出了的可能組合方式雷電波形和參數(shù)，建立配電線路避雷器動(dòng)作負(fù)載的試驗(yàn)方法。多重雷電電流沖擊試驗(yàn)技術(shù)有待于進(jìn)一步提高。

[1]彭發(fā)東，彭向陽(yáng)，熊易等.廣東電網(wǎng)10kV配網(wǎng)避雷器運(yùn)行狀態(tài)分析與評(píng)估[J].高壓電器,2011,47（12）：56-61.PENG Fadong,PENG Xiangyang,XIONG Yi,et al.Run?ning status analysis and assessment of 10kV arresters in Guangdong power grid[J].High Voltage Apparatus,2011,47（12）：56-61.

[2]曾嶸，周旋，王澤眾等.國(guó)際防雷研究進(jìn)展及前沿述評(píng)[J].高電壓技術(shù)，2015,41（1）：1-13.ZENG Rong,ZHOU Xuan,WANG Zezhong,et al.Review of research advances and fronts on international lightning and protection[J].High Voltage Engineering,2015,41（1）：1-13.

[3]郄秀書(shū)，張其林等.雷電物理學(xué)[M].北京：科學(xué)出版社，2013.

[4]余占清，曾嶸，王紹安等.配電線路雷電感應(yīng)過(guò)電壓仿真計(jì)算分析[J].高電壓技術(shù)，2013,39（2）：415-422.YU Zhanqing,ZENGRong,WANG Shanan,et al.Simula?tion calculation and analysis of lightning induced overvolt?age on power distribution lines[J].High Voltage Engineer?ing,2013,39(2)：415-422.

[5]王希，王順超，何金良等.10kV配電線路的雷電感應(yīng)過(guò)電壓特性[J].高電壓技術(shù),2011,37（3）：599-605.WANG Xi,WANG Shunchao,HE Jinliang,et al.Charac?teristics of lightning induced overvoltage of 10kV distribu?tion lines[J].High Voltage Engineering,2011,37（3）：599-605.

[6]何金良，曾嶸.配電線路雷電防護(hù)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2013.

[7]湯霖，趙冬一，李凡等.國(guó)際上關(guān)于ZnO電阻片沖擊能量耐受能力的研究進(jìn)展[J].電瓷避雷器，2014（6）：121-132.TANG Lin,ZENG Rong,LI Fan,et al.International re?search progress on impulse energy tolerance of ZnO resis?tor[J].Insulators and Surge Arresters,2014(6):121-132.

[8]IEC TC37.IEC60099-4 Edition 3.0 2104-06 Surge arrest?er-Part 4:Metal-oxide surge arresters without gaps for a.c.systems[S].Geneva:International Electrotechnical com?mission(IEC),2014.

[9]FRANKLIN B.Experiments and observations on electricity made at Philadelphia in America[M].London:Printed and sold by E.Cave,at St.John's Gate,1751.

[10]BOYS C V.Progressive lightning[J].Nature,1926,118:749-750.

[11]SCHONLAND B F J.The lightning discharge[J].Handbu?ch der Physik,1956,22:576-628.

[12]BERGER K,VOGELSANGER E.Photographische Blitzun?tersuchungen der Jahre1955-1965 auf dem Monte San Sal?vatore[J].Bull Schweiz Elektrotech Ver,1966（57）:599-620.

[13]李家啟.基于閃電定位系統(tǒng)的雷電活動(dòng)規(guī)律分析[M].北京：氣象出版社，2012.

[14]UMAN M A,MCLAIN D K,FISHER R J,et al.Electric field intensity of the lightning return stroke[J].J Geophys Res,1973（78）:3523-3529.

[15]曹冬杰，郄秀書(shū)，楊靜等.閃電初始放電階段亞微秒電場(chǎng)變化波形特征[J].大氣科學(xué)，2011（4）：645-656.CAO Dongjie,QIE Xiushu,YANG Ji.Analysis on Charac?teristics of Sub-microsecond Electric Field Change Wave?form during the Initial Stage of Lightning Discharge[J].At?mospheric Sciences,2011（4）：645-656.

[16]SCHONLAND B F.PROGRESSIVE lightning,IV-the dis?charge mechanism[J].Proceedings of the Royal Society of London.Series A,Mathematical and Physical Sciences,1938,164(916):132-150.

[17]KONG X Z,QIE X S,ZHAO Y,et al.Characteristics of negative lightning flashes presenting multiple-ground ter?minations on a millisecond-scale[J].Atmos Res,2009，91（2-4）:381-386.

[18]BERGER K.The Earth flash in Lightning,Vol.1,Physics of lightning[M].New York:Academic Press,1977.

[19]王道洪，郄秀書(shū)，郭昌明.雷電與人工引雷[M].上海：上海交通大學(xué)出版社，2000.

[20]虞昊.現(xiàn)代防雷技術(shù)基礎(chǔ)[M].北京：清華大學(xué)出版社，2005.

[21]陳渭民.雷電學(xué)原理[M].北京：氣象出版社，2006.

[22]ALESSANDRO F D.The use of‘Field Intensification Fac?tors’in calculations for lightning protection of structures[J].J Electrostatics,2003,58(1-2):17-43.

[23]LAFKOVICI A,HUSSEIN A M,JANISCHEWSKYJ W,et al.Evaluation of the performance characteristics of the North American lightning detection network based on tallstructure lightning[J].IEEE Trans.Electromagn Compat,2008,50(3):630-641.

[24]COORAY V,RAKOV V.On the upper and lower limits of peak current of first return strokes in negative lightning flashes[J].Atmos Res,2012,117:12-17.

[25]KITAGAWA N,BROOK M,WORKMAN E J.Continuing currents in cloud-to-ground lightning discharge[J].J Geo?phys Res,1962,67(2):637-647.

[26]SHINDO T,UMAN M A.Continuing current in negative cloud-to-ground lightning[J].J Geophys Res,1989,94(D4):5189-5198.

[27]RAKOV V A,UMAN M A,Thottappillil R.Review of light?ning properties from electric field and TV observations[J].J Geophys Res,1994,99(D5):10745-10750.

[28]王東方，宣越健，劉繼明等.大興安嶺林區(qū)地閃放電特征的觀測(cè)與分析[J].大氣科學(xué)，2011,35（1）：147-156.WANG Dongfang,XUAN Yuejian,LIU Jiming.Analyses on the Characteristic of Cloud-to-Ground Lightning Flash in Da Hinggan Ling Forest Region[J].Atmospheric Scienc?es,2011,35（1）：147-156.

[29]RAKOV V A.A review of the interaction of lightning with tall objects[J].Recent Res Develop Geophys,2003,5:57-71.

[30]蔣如斌，郄秀書(shū)，王彩霞等.峰值電流達(dá)幾千安量級(jí)的雷電M分量放電特征及機(jī)理探討[J].物理學(xué)報(bào)，2011,60（7）：079201-1-079201-7.JIANG Rubin,QIE Xiushu,WANG Caixia,et al.Light?ning M-components with peak currents of kilo amperes and their mechanism[J].Acta Physica Sinica,2011,60（7）：079201-1-079201-7.

[31]IEC62305-1：2010.Protection against lightning Part 1:General Principles[S].Geneva:International Electrotech?nical Commission(IEC),2010.

[32]中華人民共和國(guó)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T21714.1-2008雷電防護(hù)第1部分：總則[S].北京，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2008.

[33]橫山茂著，吳國(guó)良譯.配電線路雷害對(duì)策[M].北京：中國(guó)電力出版社，2014.

[34]IEEE Power and Energy Society.IEEE Std 1243-1997 IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of Transmission Lines[S].New York:IEEE,2012.

[35]IEEE Power and Energy Society.IEEE Std 1410-2010 IEEE Guide for Improving the Lightning Performance of Electric Power Overhead Distribution Lines[S].New York:IEEE,2012.

[36]RACHIDI F,RUBINSTEIN M,GUERRIERI S,et al.Volt?ages induced on overhead lines by dart leader and subse?quent return strokes in natural and rocket-triggered light?ning[J].IEEE Transaction on Electromagnetic Compatibili?ty,1997,39(2):553-557.

[37]MICHEL I.Review of new developments in the modeling of lightning electromagnetic effects on overhead lines and buried cables[J].IEEE Transaction on Electromagnetic Compatibility,2007,49(2):224-236.

[38]余占清，曾嶸，王紹安等.配電線路雷電感應(yīng)過(guò)電壓仿真計(jì)算分析[J].高電壓技術(shù)，39（2）：415-422,2013.YU Zhanqing,ZENG Rong,WANG Shaoan.Simulation calculation and analysis of lightning induced overvoltage on power distribution lines[J].High Voltage Engineering,39(2):415-455,2013.

[39]BRUCE C E R,Golde R H.The Lightning discharge[J].J Inst Elect Eng-Part II:Power Engineering,1941,88(6):487-505.

[40]NUCCI C A,MAZZETTI C,RACHIDI F,et al.On light?ning returns stroke models for LEMP calculations[C].Pro?ceedings of 19thICLP.Graz(Austria):Austrain Electrotech,1988.

[41]RAKOV V A,DULZON A A.Calculated electromagnetic fields of lightning return strokes[J].Tek Elektr,1987,9(1):87-89.

[42]MASTER M J,UMAN M A,LIN Y T,et al.Calculations of lightning return stroke electric and magnetic fields above ground[J].J Geophys Res,1981,86(C12):12127-12132.

[43]DIENDORFER G,UMAN M A.An improved return stroke model with specified channel-base current[J].J Geophys Res,1990,95(D9):13621-13644.

[44]COORAY V.Horizontal fields generated by return strokes[J].Radio Science,1992,27(4):529-537.

[45]RUBINSTEIN M.An approximate formula for the calcula?tion of the horizontal field from lightning at close,interme?diate and long ranges[J].IEEE Transactions on Power De?livery,1995,10(1):330-339.

[46]TAYLER C D,SATTERWHITE R S,HARRISON C W.The response of a terminated two-wire transmission line excited by a non-uniform electromagnetic field[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,1965,13(6):987-989.

[47]AGRAWAL A K,PRICE H J,GURBAXANI,S H.Tran?sient response of multiconductor transmission lines excited by a nonuniform electromagnetic field[J].IEEE Transac?tions on Electromagnetic Compatibility,1980,22(2):119-129.

[48]RACHIDI F.Formulation of field-to-transmission line coupling equations in terms of magnetic excitation field[J].IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems,1993,35(3.3):404-407.

[49]李景祿.配電網(wǎng)防雷技術(shù)[M].北京：科學(xué)出版社，2014.

[50]吳廣寧，曹曉斌，李瑞芳.軌道交通供電系統(tǒng)的防雷與接地[M].北京：科學(xué)出版社，2011.

[51]魏光輝，萬(wàn)浩江，潘曉東.雷電放電數(shù)值模擬與主動(dòng)防護(hù)[M].北京：科學(xué)出版社，2014.

[52]MASTER M J,UMAN M A,BEASLEY W,et al.Lightning induced voltages on power lines:Experiment[J].IEEE Transactions on Power Apparatus and Systems,1984,103(9):672-684.

[53]RUBINSTEIN M,TZEHG A Y,UMAN M A,et al.An ex?perimental test of a theory of lightning-induced voltage on an overhead wire[J].IEEE Transactions on Electromagnet?ic Compatibility,1989,31(4):376-383.

[54]YOKOYAMA S,MIYAKE K,MITANI H,et al.Simultane?ous measurement of lightning induced voltage with associ?ated stroke currents[J].IEEE Transactions on Power Appa?ratus and Systems,1983,102(81):2420-2429.

[55]YOKOYAMA S,MIYAKE K,MITANI H.Advanced obser?vations of lightning induced voltage on power distribution linesⅡ[J].IEEE Transactions on Power Engineering Re?view,1989,4(4):2196-2203.

[56]ASAKAWA A,MIYAKE,K,YOKOYAMA,S et al.Two of types of lightning discharge to a high stack on the coast of the Sea of Japan in winter[J].IEEE Transactions on Power Delivery,1997,12(3):1222-1231.

[57]MICHISHITA,K,ISHII M,ASKAWA,A et al.Voltage in?duced on a test distribution line by negative winter light?ning strokes to a tall structure[J].IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility,2003,45(1):135-140.

[58]FERNANDEZ M I,RAMBO K J,RAKOV V A,et al.Per?formance of MOV arresters during very close,direct light?ning strikes to a power distribution system[J].IEEE Trans?actions on Power Delivery,1999,14(2):411-418.

[59]MATA C T,FERNANDEZ M I,RAKOV V A,et al.EMTP modeling of a triggered-lightning strike to the phase con?ductor of an overhead distribution line[J].IEEE Transac?tions on Power Delivery,2000,15(4):1175-1181.

[60]CARLOS T M,RAKOV V A,RAMBO K J,et al.Measure?ment of the division of lightning return stroke current among the multiple arresters and grounds of a power distri?bution line[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2003,18(4):1203-1208.

[61]SCHOENE J,UMAN M A,RAKOV V A,et al.Direct light?ning strikes to test power distribution lines PartⅠ:Experi?ment and overall results[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2007,22(4):2236-2244.

[62]SCHOENE J,UMAN M A,RAKOV V A,et al.Direct light?ning strikes to test power distribution lines PartⅡ:Mea?sured and modeled current division among multiple arrest?ers and grounds[J].IEEE Transactions on Power Delivery,2007,22(4):2245-2253.

[63]王紹安.配電線路雷電感應(yīng)過(guò)電壓仿真計(jì)算機(jī)實(shí)驗(yàn)研究[D].北京：清華大學(xué)，2011.

[64]TSUBOI T,TAKAMI J,OKABE S,et al.Energy absorption capacity of a 500kV surge arrester for direct and multiple lightning strokes[J].IEEE Transactions on Dielectrics and Electrical Insulation,2014,22(2):916-924.

[65]SARGENT R A,DUNLOP G L,DARVENIZA M,et al.Ef?fects of multiple impulse currents on the microstructure and electrical properties of metal-oxide varistors[J].IEEE Transactions on Electrical Insulation,1992,27(3):580-592.

[66]DARVENIZA M,ROBY D,TUMMA L R.Laboratory and analytical studies of the effects of multipulse lightning cur?rent on metal oxide arresters[J].IEEE Transactions on Pow?er Delivery,1994,9(2):764-771.

[67]DARVENIZA M,TUMMA L R,RICHTER B,et al.Multi?pulse Lightning current and metal-oxide arresters[J].IEEE Transactions on Power Delivery,1997,12(3):1168-1175.

[68]DARVENIZA M,SAHA T K.Surface flashovers on metaloxide varistor blocks[C].Proceedings of the 1998 IEEE 6th International Conference on Conduction and Break?down in Solid Dielectrics.Vasteras(Sweden):IEEE,1998.

[69]LEE B H,KANG S M.Properties of ZnO varistor blocks under multiple lightning impulse voltages[J].Current Ap?plied Physics,2006,6(5):844-851.

[70]HARYONO T,SIRAIT K T,TUMIRAN,et al.多次雷電沖擊對(duì)氧化鋅避雷器閥片性能的影響[J].高電壓技術(shù),2011，37(11):2763-2771.HARYONO T,SIRAIT K T,TUMIRAN,et al.Effect of multiple lightning strikes on.the performance of ZnO light?ning arrester block[J].High Voltage Engineering,2011，37(11):2763-2771.

[71]JIANG A F,FU Z C,SUN W,et al.Experimental and ana?lytical studies of effects of multiple lightning impulse cur?rents on metal-oxide arrester blocks[C].Proceedings of 2014 International Conference Lightning Protection(ICLP).Shanghai(China):International Conference Light?ning Protection,2014.

[72]中國(guó)人民解放軍總裝部.GJB3567-99軍用飛機(jī)雷電防護(hù)鑒定試驗(yàn)方法[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，1998.

[73]中華人民共和國(guó)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB/T19271.1-2003雷電電磁脈沖的防護(hù)第1部分：通則[S].北京：中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社，2003.

[74]中華人民共和國(guó)質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)檢疫總局.GB11032-2010交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器[S].北京，中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社,2010.

[75]IEEE Power and Energy Society.IEEE Std C62.11-2012 Standard for Metal-Oxide Surge Arresters for AC Power Circuits(＞1kV)[S].New York:IEEE,2012.

Research Progress of Lightning Overvoltage Characteristics and MOA Test Technology on Overhead Line of Power Distribution

TANG Lin1，WANG Ruifa2，ZHAO Dongyi3
（1.China Electric Power Research Institute,Wuhan 430074，China;2.Heilongjiang Electric Power Co.，Ltd.，Harbin 15000，China ；3.Nanyang Jingniu Electric Co.，Ltd.,Nanyang 473000，China）

The author mainly introduced:1)the physical process of thunder cloud lightning domestic and foreign,especially progress of descending negative ground lightning discharge;2)analyzed and sum?marized about lightning overvoltage numerical calculation and model test research on overhead line of power distribution；3)the research progress of the duty test of fault distribution type arrester under multi?ple lightning earth-sized action recent years,especially about heavy lightning area all over the world;and comparative analysis of the GB11032 and IE60099-4,IEEEStd66.22 about heavy load distribution differ?ence of earth-sized test technique.The main conclusions as follows:1)cloud-to-ground lightning espe?cially descending negative ground lightning discharge is mainly embodied as short response time and long time of continuous current of overlay,as well as the response between the long time continuous current low-rising value；2)the numerical calculation model of transmission line lightning overvoltage is based on Maxwell's equation,but the difference is used the different components of electromagnetic field by the thunder and lightning electromagnetic pulse；3)the impulse current through the surge arrester is multiple current pulse and low amplitude constant current on direct lightning or lightning induced overvoltage；4)the side flashover is mainly failure for metal oxide resistors on multiple current pulses.,and the require?ments and procedures is still no established for operating duty test of surge arrester corresponding to pos?sible combination of lightning waveform on the induced overvoltage by IEC62305-1:10 appendix A in ex?isting all kinds of technical standards and specifications；5)Suggestions is that operating duty test method of surge arrester on distribution line shall be established with possible combinations of lightning wave?forms and parameters according to the appendix A of IEC62305-1:2010.Multiple lightning current strik?ing test technology remains to be further improved.

metal oxide surge arrester；distribution overhead line；lightning overvoltage；IEC62305

10.16188/j.isa.1003-8337.2017.05.021

2016-07-29

湯霖（1983—），男，碩士，工程師，主要從事避雷器及其在線監(jiān)測(cè)技術(shù)的研究工作。