输电线路雷击感应过电压计算 蒋陶宁

10kV架空配电线路感应雷过电压计算配电网架空输电线路的绝缘水平较低，因此雷电感应过电压引起的雷击跳闸率很高。

为了提高配电网架空输电线路的安全可靠性，本文基于改进的多导体传输线模型，计算了雷电回击电流产生的空间电磁场分布，使用时域有限差分法（FDTD）和Agrawal场线耦合模型对10kV配电线路的感应雷过电压进行了计算。

以实际10kV架空配电线路为例，计算了不同线路结构下的感应雷过电压，分析了地面损耗以及其他导线的存在对线路感应雷过电压幅值和波形的影响。

引言随着工农业的发展，对输配电线路供电可靠性的要求也越来越高。

由于架空输电线裸露在自然中，要承受自重、风力、冰雪载荷等机械力的作用和空气中有害气体的侵蚀，同时还受温度变化的影响，运行条件相当恶劣，极易受到外界的影响和损害。

架空线路遭受雷击是造成供电中断、供电设备等损坏的主要原因之一。

运行经验表明，对于110kV及以上的高压输电线路而言，直击雷过电压对线路绝缘的威胁最大，但它只占雷击率的10 %。

我国配电网络主要为6-35kV电网，其绝大多数无避雷线保护，加上其自身的绝缘水平较低，最容易发生雷害事故。

资料表明，低压配电系统由感应雷引起的故障率>90%[1]。

针对这一现状，对配电网架空线路雷害事故进行分析，分析感应雷耦合导线过程，计算线路上感应电压和电流分布，对其采取必要的防雷措施具有非常重要的意义。

20世纪40年代，Bruce和Golde首次提出雷电回击模型[2]，此后从不同角度提出的回击模型应运而生。

通过雷电回击模型确定雷电通道中雷电流的时空分布，根据电磁场计算公式计算雷电电磁场分量。

对于场线耦合的研究起于20世纪70年代，Rachidi、Taylor、Agrawal等先后提出了不同模型，由于根据激励源处Agrawal 模型考虑了电磁场各分量，与其他模型相比更准确，所以目前对于雷击问题比较常用的是Agrawal 模型[3]。

在对传输线理论的分析中，由于二阶时域有限差分法（FDTD）简单直接，可以得到线路上任意点的电压、电流，因此在雷电研究方面受到广泛应用。

1 概 论本章介绍了国内外现有的几种计算感应过电压的常用方法，分析了各种方法的适用条件和存在的问题，引出本课题研究的目的和意义。

最后陈述了课题所研究的具体内容和相应的研究方法。

1.1 课题目的和意义长期以来一直认为操作过电压在超高压电网中起主导作用，且线路防雷能力会随电压等级的提高而自然增大，因而对超高压线路防雷工作重视不够。

然而，随着开关性能的改进、保护设备性能的提高和保护措施的不断完善，在开关等设备因素造成的故障逐渐减少的情况下，操作过电压在绝缘配合中占突出地位的情况有所改变，由雷电导致的线路跳闸占故障总数的比例有所上升。

尤其是线路尺寸的增大和对其可靠性的要求增加使得线路的防雷问题随电压等级的提高而更加突出，这从俄罗斯1985~1994年10年间500kV 、750kV 、1150kV 线路的运行统计数据明显可以看出[1]。

我国电力行业有关规程规定雷击塔顶时导线上的感应过电压的计算公式为：⎟⎟⎠⎞⎜⎜⎝⎛−=01k h h h U d b d i α （1.1） 式中：h d 为导线对地平均高度，h b 为避雷线对地平均高度，k 0为导线和避雷线间的几何耦合系数，α在数值上等于以kA/µs 为单位的雷电流陡度。

对于一般线路利用上式计算导线上的感应过电压尚能满足输电线路防雷要求。

但是对于超高压输电线路，由于杆塔高度的增大，用上式计算出的感应过电压值过大。

例如，当h c =50m ，h g =60m ，k 0=0.3，α=150kA/2.6µs 时，导线上的感应过电压U i =1846kV ，感应过电压U i 已经占到绝缘子串临界放电电压的86%。

由于雷电流流经杆塔时横担处的电压与导线上的感应过电压极性相反，所以无论杆塔接地电阻有多小，绝缘子串肯定要闪络。

这和实际情况显然是不相符合的，此计算电压远远大于实际电压。

上述计算公式是前苏联半个世纪以前的研究成果，已落后于时代。

尤其不适合高杆塔的线路（如同杆双回线路和大跨越线路）和山区线路。

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（8）装置区内若设计独立避雷针及其接地装置至被保护建筑物及与其有联系
的管道、电缆等金属物之间距离，应符合下列表达式的要求，但不得小于3m。
（9）生产装置区内法兰、阀门的连接处应设金属跨接线，其跨接接触电阻值 不大于0.03Ω。当法兰用5根以上螺栓连接时，法兰可不用金属线跨接，但必须 构成电气通路，其法兰间的电阻值不大于0.03Ω。
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（三）雷电活动规律及雷击的选择性 ◆我国年平均雷电日数按地理环境分布规律。 我国平均雷电日的分布，大致可以划分为四个 区域: 西北地区一般15日以下； 长江以北大部分地区（包括东北）平均雷电日 在15～40日之间； 长江以南地区平均雷电日达40日以上； 北纬23°以南地区平均雷电日达80日。 广东的雷州半岛地区及海南省，是我国雷电活动最剧 烈的地区，年平均雷电日高达120～130日。
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（二）雷电的主要特点
●雷电冲击电流大，甚至高达几十千安至几百千安。
●时间短，先导放电、主放电、余光放电三个阶段不会超过60微秒。 ●雷电流有的可达10千安/微秒的变化梯度。
●有强大的冲击电压高达上亿伏。 ●雷电活动 雷电活动从季节来讲以夏季最为活跃，冬季最少；从地区分布来讲 是赤道附近最活跃，随纬度升高而减少，极地最少。 ●雷电日 一年当中该地区有多少天发生耳朵能听到雷鸣的天数称该地区年平 均雷电日。
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1、直击雷防护原理 第一阶段： 典型的雷云电荷分布为上部带正电荷，下部带负电荷。当雷云的底部积 聚越来越多的负电荷，相应地，地表就会积聚很多正电荷。他们之间暂时由 干燥的空气带隔开，但当空气潮湿后，大地中的正电荷，就会被向上吸引， 通道就是建筑的雷电保护系统。 第二阶段： 当雷云中的负电荷继续吸引大地中的正电荷，至先导距被保护建筑150 英尺时，大地中的正电荷开始与之相遇，并将其中和。 第三阶段： 两种相反的电荷在1/5000秒内迅速中和。

配电线路雷电感应过电压仿真计算分析发表时间：2018-08-06T14:55:01.773Z 来源：《电力设备》2018年第11期作者：杨世华刘利鹏程世军[导读] 摘要：在架空配电线路实际运行中，为能够使其稳定运行得到更好保证，应当对相关影响因素进行积极分析，以便能够更好应对，而雷电感应过电压就是各种影响因素中比较重要的一种。

（国网太原供电公司山西太原 030012）摘要：在架空配电线路实际运行中，为能够使其稳定运行得到更好保证，应当对相关影响因素进行积极分析，以便能够更好应对，而雷电感应过电压就是各种影响因素中比较重要的一种。

为有效避免雷电感应过电压影响，应当对进行科学合理计算，以便能够依据计算结果通过有效策略实行应对，以保证架空配电线路能够得以更好运行，使其输电功能及效率能够得到更加理想的保证，促进其进一步发展。

关键词：配电线路；雷电感应；过电压；仿真计算 1架空线路过电压及其波形特点对于10kV架空配电线路而言，在其周围有较高大建筑物聚集情况下，由于这些建筑物高度通常均高于架空导线，在建筑遮挡屏蔽情况下，导致导线弧度会有较大程度降低，因而相比于空旷地区导线而言，这些导向受到雷电直接击中可能性也就相对较小。

这主要是因为一些比较高大的建筑物能够使雷电先导所产生电场直接减弱，从而也就能够使局部被束缚的相关电荷总量得以降低，在雷击大地时也就能够使导线上所产生雷过点击得以有效降低。

对于雷电感过电压而言，其最大感应过电压和雷电流幅值之间存在一定关系，两者之间表现出正相关关系。

在架空线路高度及雷电流幅值之间达到一定比值情况下，对于架空线路而言其能够会出现线路跳闸反应，从而导致出现配电线路事故。

然而，对于雷击电流，若雷击点附近导线能够开放释放通道，则可有效避免绝缘子串出现闪络跳闸情况，也就能够有效避免配电线路出现故障。

另外，最大感应过电压和大地电导率存在一定关系，对于雷电感应过电压而言，其最重要影响因素就是大地电导率，大地电导率对电压正负极以及幅值等因素均会产生直接影响，因而随着大地电导率升高，电流幅值也会不断增加，电压升幅率也会不断提升。

同塔双回输电线路的雷电反击计算及仿真蔡雨楠;叶赞【摘要】As the inductance of the double-circuit trans-mission line is very large, the line faces serious lightning-protection problems. In order to reduce the rate of transmission lines trips,it is necessary to study the influence factors of the lightening back-striking of the transmission line. This paper, using ATP-EMTP to establish the simulation model of the lightening back-striking,studies the changes of voltages at the Insulator 2 under different lightning current amplitudes. The paper calculates the lightening resistance level and lightning tripping probability of the transmission line under different impulse grounding resistances, different tower heights and different surge impedances. The calculation results show that reducing the earthing resistance or the height of the steel tower can effectively reduce the outrage rate of the double circuit transmission line,and when the wave impedance of the steel tower changes 10 percent independently,the back striking rate of the transmission line will change 20 percent accordingly.%由于同塔双回输电线路电感较大，将面临更加严苛的防雷保护问题，所以为了降低输电线路的跳闸率，有必要对输电线路雷电反击的影响因素进行研究。

输电线路防雷设计及措施的探讨何　平(泸州电业局设计院,四川泸州　646000)摘　要:通过对雷击过程及线路在遭受各种雷击情况下,过电压产生的原因、引起绝缘子发生闪络、线路跳闸,影响线路耐雷水平的相关参数特性的分析,有针对性地提出在线路防雷设计、运行维护、施工过程中应加以考虑的一些问题;并对不同雷击所产生效果的不同,对线路的防雷设计进行探讨,提出一些相应的防雷方式和解决办法,以提高送电线路耐雷水平。

关键词:输电线路;防雷措施A b s t r a c t:T h i s p a p e r w i l l a n a l y s e s t h e f a c t o r s o f t r a n s m i s s i o n l i n e o v e r v o l t a g e i n l i g h t n i n g a n d a n a l y z e t h e r e l a t i o n s h i pb e t w e e n a n t i-l i g h t n i n g l e v e l a n dt r a n s m i s s i o n p a r a m e t e r s.I t w i l l a l s o g i v e s e v e r a l a s p e c t s t h a t s h o u l d b e c o n s i d e r e d i n l i g h t n i n g p r o-t e c t i o na n d p r o v i d e s o m e w a y s t o r e d u c e t h e l i g h t n i n g d a m a g e.K e yw o r d s:T r a n s m i s s i o nl i n e;l i g h t n i n g p r o t e c t i o n中图分类号:T M862　文献标识码:A　文章编号:1003-6954(2008)增-0025-05 随着国民经济的发展与电力需求的不断增长,电力生产的安全问题也越来越突出。

式中：H -杆塔高度，R -杆塔计径，r 3-塔基半径，h 1-塔基到中点的高度，波形如图2所示。

2仿真计算
从表1可知：输电线路在相同架设方式下，最大击距随地面倾角增大而增大。

因此，捕雷面积、雷击概率都随之增大，相应的最大绕击雷电流也愈大。

计算中，考虑到本文所研究的330kV 工程均处于山区和丘陵地形，地面倾角都比较大，因此可能遭受的绕击雷电流幅值较大。

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—作者简介:徐宇骏（1991-），男，安徽安庆人，本科，研究方向为高
电压与绝缘、电力系统保护控制。

图1杆塔的等效电路
图2 1.2/50的标准雷电波。

输电线路雷击感应过电压计算及闪络研究发布时间：2021-12-20T00:56:21.586Z 来源：《当代电力文化》2021年27期作者：潘乃铭[导读] 本文重点讨论输电线路受到雷击后，形成的感应过电压计算，分别从静电分量及电磁分量展开探讨。

潘乃铭云南电网公司楚雄供电局云南楚雄 675000摘要：本文重点讨论输电线路受到雷击后，形成的感应过电压计算，分别从静电分量及电磁分量展开探讨。

进一步分析雷击线路的闪络概率问题。

以供有关人员参考。

关键词：输电线路；雷击；感应过电压；闪络引言：在供给侧生产及居民生活中，输电线路均扮演者难以取代的角色，现代人无法离开电能。

国内输电线路的建设，辐射面积大，单条线路会比较长，加之其运行特点，容易发生雷击事件。

通过统计情况来看，跳闸事件中的四成左右，以及有1/5的输电停运，均为雷击导致的。

一、线路雷击感应过电压的计算在输电线路不远处出现雷云放电的情况，会对线路电磁场形成干扰，实际扰动强度会被无向量及向量的延迟性电动位影响。

相关计算公式为：其中，V表示具备体积电荷密度以及传导电流的密度，涉及到的全部空间体积；r/c表示电磁场影响到距离源点r经过的延迟时长，其中c 代表光速。

由于雷电实际截面积无法和距离线路之间的垂直距离相比，所以在确定体积中，可采取线积分的计算方式。

在发生主放电中，输电线路上会形成三个场强分量，可用以下等式表示：其中，与各表示电场的强度，在x及y方向上的分量情况，而二者和主放电出现之前，会提前导放至通道，形成电厂强度相同，符号正好相反，保持线路在主放电出现前，处于零电位的状态；表示雷电流出现后，电磁场波动决定[1]。

（一）静电分量静电分量会根据距离的调整发生变化，在输电线路和雷击点相距偏远的位置，静电分量幅值相对偏大。

在主放电的雷电通道内，电荷的中和对于输电线路实际感应束缚电荷来说，具备延迟效应的影响作用。

而且对于和放电点相距更远的输电线路，束缚电荷的释放时刻更晚。

因为避雷线的耦合作用，感应电压减小了。
s ，是计算用波形陡度。
上面分析表明，避雷线可使导线上感应过电压由
U gd 下降到 U gd (1 k ) 。
耦合系数k越大，则导线上的感过电压越低。
输电线路的直击雷落雷部位
无避雷线线路直击雷的两种情况 有避雷线线路直击雷的三种情况
｛
｛
①雷击杆塔塔顶； ③雷电击于导线； ①雷击杆塔塔顶； ②雷击避雷线档距中央； ③雷绕过避雷线击于导线；
hb hd
2
实际上，避雷线是通过每基杆塔接地的，为了保证避雷线 的零电位，则在避雷线上出现一个 - U gb 的强制电压分量。由 于避雷线和导线间的耦合作用，这时将在导线上产生一个耦
合电压
- kUgb ，k为避雷线与导线的耦合系数。在有避雷
U g .d (1 k ) Leabharlann 线的情况下，导线上的电压为：
6
小结：当雷击点在离线路垂直下方的距离S＞65m时，导 线上出现感应雷过电压。

感应雷过电压计算，分有避雷线线路和无避雷线线路 两种情况：

1.无避雷线线路
I L hd U g 25 kV S
2. 有避雷线时的感应过电压
.d U g .d kU g .b Ug hb U g .d 1 k hd U g .d (1 k )
a I L 2.6
有避雷线时，感应过电压的最大值为：
U ' g .d ahd (1 K )
因为避雷线的耦合作用，感应电压减小了。
4

1. 2
是雷电波的陡度，我们常接触的雷电波有两种，一个是
s ，陡度是， I Ld 50 1.2 是试验用波形；另一个

雷击杆塔时由于雷电流直接通过架空地线和杆塔雷电流对导线上感应电压的影响通过导线间的耦合已经体现出来如果这时认为导线上除有这部分电路耦合感应过电压以外还应计入雷电通道中电流的电磁感应电压分量就会造成雷电能量的重复计算
第 29 卷 第 6 期 2005 年 3 月
文章编号：1000-3673（2005）06-0072-06
∫ A(r,t) = µ0 z′ I0 (r′,t − (r − r′) ε0µ0 )dr′
4π 0
r −r,t) = 1
z′ q0 (r′, t − (r − r′)
ε
0
µ0
) dr
′
(4)
4πε0 0
r − r′
式中 r、r′分别表示场点和源点位置；z′为计算时
ANALYSIS ON COUPLING MECHANISM AND CALCULATION METHOD OF LIGHTNING INDUCED SURGE ON OVERHEAD TRANSMISSION LINES
MO Fu-jiang1,2，CHEN Yun-ping1, RUAN Jiang-jun1 （1.College of Electrical Engineering，Wuhan University，Wuhan 430072，Hubei Province，China； 2.College of Electrical Engineering，Jiangsu University，Zhenjiang 212013，Jiangsu Province，China）
于架空线路[3-8]。
对于雷电通道达成的共识是：伴随着主放电的
大电流，通道内还有大量的电荷[3]，它们会在周围
空间内产生电磁场。因此雷电通道在空间产生的总

输电线路雷电绕击跳闸率计算摘要经济的快速发展离不开电力系统的不断扩展和完善，随着电力系统容量的不断扩大，拓扑结构日趋复杂，对输电线路故障的研究和防止成为追求系统安全稳定运行这一目标的重要课题。

输电线路的雷击跳闸事故占输电线路事故的60%以上，尤其是在山区的输电线路，由于特殊的地理环境和多变的气候条件导致雷击成为线路故障的主要原因。

根据国内外输电线路的运行统计结果，雷电绕击事故是雷击线路故障中的比例最高，也是输电线路跳闸事故的主要原因。

因此，开展输电线路雷电绕击跳闸率计算研究，对于制定有效地防雷保护措施，指导我国输电工程线路防雷设计，提高电力系统安全可靠性具有重要的意义。

本课题主要研究雷电绕击的机理，输电线路雷电绕击对输电可能产生的影响。

在此基础上开展输电线路雷电绕击跳闸率计算方法分析，掌握几种不同计算方法的优缺点以及适用范围，并利用其中的一种计算方法对某一实例进行验证分析。

最后为输电线路制定有效地防雷保护措施以及指导我国输电工程线路防雷设计提供理论依据。

关键词：输电线路，跳闸率，雷电绕击AbstractRapid economic development is inseparable from the continuous expansion and improvement of the power system, with the growing capacity of the power system and the topology increasingly complex, researching and preventing faults on transmission lines to pursue system safe and stable operation became an important subject of the goal. Lightning Accident transmission accounts the transmission line accidents for more than 60%, especially in the mountains of transmission lines, due to the special geographical environment and changing climate conditions that cause lightning to become the main reason for the fault in the line.According to the statistical results at home and abroad to run transmission lines, lightning shielding failure was the highest proportion of Lightning stroke fault, which is also the main reason for tripping accidents. Therefore, developing the calculation research of transmission line lightning flashover rate of shielding failure for effective lightning protection measures to guide the design of the transmission line lightning protection engineering, improve power system security and reliability is of great significance.The main subject of this article is to study the mechanism of lightning shielding, and the effect of lightning shielding transmission lines on transmission .On the basis of it to develop the transmission line lightning strike trip out rate calculation method analysis, to grasp the scope of the advantages and disadvantages as well as several different calculation methods, and the use of a calculation method in which instances of a confirmatory analysis. Finally, the development of effective lightning protection measures, and guide our engineering lightning protection design of transmission lines to provide a theoretical basis for the transmission lines.Keywords：transmission lines, tripping rate ,lightning shielding fai目录摘要 (I)Abstract (II)第一章绪论 (1)1.1课题研究的背景和意义 (1)1.2课题研究的国内外现状 (2)1.3 本文主要工作 (3)第二章雷电绕击的机理 (4)2.1雷电对输电线路的危害 (4)2.2雷电绕击的机理 (4)2.2.1雷电先导闪击的特性 (4)2.2.2 高幅值雷电先导闪击的特性 (5)2.2.3 低幅值雷电先导闪击的特性 (8)第三章输电线路雷电绕击跳闸率计算方法 (9)3.1规程法 (9)3.2电气几何模型法 (10)3.3先导发展模型法 (11)3.4 ATP-EMPT仿真计算方法 (14)第四章电气几何模型法 (15)4.1 雷电参数 (15)4.1.1雷暴日与雷暴小时 (15)4.1.2 地面落雷密度 (15)4.1.3 雷电流幅值 (15)4.2 电气几何模型 (16)4.2.1电气几何模型的构建与分析 (16)4.2.2 暴露距离计算绕击率 (19)4.2.3 电气几何模型的改进 (23)第五章案例分析 (25)5.1 案例分析一 (25)5.2 案例分析二 (28)第六章总结与展望 (37)参考文献 (38)谢辞 (40)第一章绪论1.1课题研究的背景和意义随着我国国民经济的快速发展，我国电力系统发展的步伐日益加快，电力系统容量不断增长，网络结构不断扩大，系统发生故障的可能性也日趋增加。

输电线路防雷保护计算01class1. 雷电参数1.1 雷电活动频度雷暴日雷暴日T d是一年中发生雷电的天数，以听到雷声为准，在一天内只要听到过雷声，无论次数多少，均计为一个雷暴日。

雷暴小时雷暴小时T h是一年中发生雷电放电的小时数，在一个小时内只要有一次雷电，即计为一个雷电小时。

一个雷暴日折合三个雷暴小时。

少雷区年均雷暴日数不超过15d或地面落雷密度不超过0.78次/（km2·a）的地区。

注：《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB 50343-2012）规定少雷区年平均雷暴日在25d及以下的地区。

中雷区年平均雷暴日数超过15d 但不超过40d 或地面落雷密度超过0.78次/（km2·a）但不超过2.78次/（km2·a）的地区。

注：《建筑物电子信息系统防雷技术规范》（GB 50343-2012）规定中雷区年平均雷暴日大于25d ，不超过40d 的地区。

多雷区年平均雷暴日数超过40d 但不超过90d 或地面落雷密度超过2.78次/（km2·a）但不超过7.98次/（km2·a）的地区。

强雷区年平均雷暴日数超过90d 或地面落雷密度超过7.98次/（km2·a）以及根据运行经验雷害特殊严重的地区。

1.2 地面落雷密度地面落雷密度表示每平方公里地面在一个雷暴日受到的平均雷击次数。

用γ表示（次/km2·雷暴日）。

我国标准对T d＝40的地区，取＝0.07 。

1.3 雷电流幅值雷电流是指雷击于接地良好的目标时泄入大地的电流。

雷电流的幅值（I）一般都是在塔上或避雷针上用磁钢棒测出的。

一般地区，雷电流幅值超过I的概率可按下式计算：lg P=-I/8802class2. 防雷保护计算2.1 线路落雷次数每100km线路的年落雷次数N L按下式计算：式中：N L——线路落雷次数[次/（100km·a）]；Ng——地闪密度[次/(km2·a)]，对年平均雷暴日数为40d的地区暂取2.78次/(km2·a)；h T——杆塔高度(m)；b——两根底下之间的距离(m)。