10kV配电线路雷电感应过电压在线监测装置及其应用

第２５卷　第１期２０２１年１月　电　机　与　控　制　学　报Ｅｌｅｃｔｒｉｃ　Ｍａｃｈｉｎｅｓ　ａｎｄ　ＣｏｎｔｒｏｌＶｏｌ ２５Ｎｏ １Ｊａｎ．２０２１１０ｋＶ运行配电线路雷电感应过电压波形在线监测王建国，　王守鹏，　蔡力，　孔争，　樊亚东（武汉大学电气与自动化学院，武汉４３００７２）摘　要：雷电感应过电压是造成配电网故障的重要原因之一，针对雷电感应过电压波形特征不清晰的问题，作者采用过电压在线监测系统，对实际运行的佛山１０ｋＶ富油甲线雷电感应过电压波形进行观测，根据波形特征给出了过电压的波形参数。

结果表明，配电线路各相感应电压叠加在运行电压波形上，不同相上感应过电压与对应的回击电流在幅度、时间间隔和波形上都存在同时性，该线路观测的雷电感应电压波形表现为波头时间短、后续发生双极性高频振荡并逐渐转变为低频振荡的波形特点，首次回击感应过电压幅值大于后续回击过电压幅值，首次回击过电压的波头时间比后续过电压长，观测结果对于配电线路雷电保护具有重要意义。

关键词：配电线路；雷电过电压；在线监测；波形特征；过电压幅值；波头时间ＤＯＩ：１０．１５９３８／ｊ．ｅｍｃ．２０２１．０１．００１中图分类号：ＴＭ８６６文献标志码：Ａ文章编号：１００７－４４９Ｘ（２０２１）０１－０００１－０７收稿日期：２０１９－１１－２６基金项目：国家自然科学基金（５１８０７１４４）作者简介：王建国（１９６８—），男，博士，教授，博士生导师，研究方向为雷电防护与接地技术、高电压绝缘与测试技术；王守鹏（１９９４—），男，硕士，研究方向为配电线路雷电过电压；蔡　力（１９８７—），男，博士，副教授，研究方向为雷电物理与雷电探测技术、雷高电压试验技术；孔　争（１９９０—），男，硕士，研究方向为配电线路雷电过电压；樊亚东（１９６７—），女，博士，教授，博士生导师，研究方向为工程电磁场及应用、雷电防护与接地技术。

通信作者：蔡　力Ｏｎ ｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇｏｆｌｉｇｈｔｎｉｎｇｉｎｄｕｃｅｄｖｏｌｔａｇｅｗａｖｅｆｏｒｍｏｎ１０ｋＶｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌｉｎｅｓＷＡＮＧＪｉａｎ ｇｕｏ，　ＷＡＮＧＳｈｏｕ ｐｅｎｇ，　ＣＡＩＬｉ，　ＫＯＮＧＺｈｅｎｇ，　ＦＡＮＹａ ｄｏｎｇ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＥｌｅｃｔｒｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＡｕｔｏｍａｔｉｏｎ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｌｉｇｈｔｎｉｎｇｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅｉｓａｍａｉｎｃａｕｓｅｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｎｅｔｗｏｒｋｆａｕｌｔ．Ａｉｍｉｎｇａｔｔｈｅｐｒｏｂｌｅｍｔｈａｔｔｈｅｗａｖｅｆｏｒｍｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｌｉｇｈｔｎｉｎｇｉｎｄｕｃｅｄｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅａｒｅｎｏｔｃｌｅａｒ，ｔｈｅｏｎ ｌｉｎｅｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅｍｏ ｎｉｔｏｒｉｎｇｓｙｓｔｅｍｗａｓｕｓｅｄｔｏｏｂｓｅｒｖｅｔｈｅｌｉｇｈｔｎｉｎｇｉｎｄｕｃｅｄｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅｗａｖｅｆｏｒｍｏｆ１０ｋＶＦｕｙｏｕｊｉａｌｉｎｅｉｎＦｏｓｈａｎｃｉｔｙ，ａｎｄｔｈｅｗａｖｅｆｏｒｍｐａｒａｍｅｔｅｒｓｏｆｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅｗｅｒｅｇｉｖｅｎａｃｃｏｒｄｉｎｇｔｏｔｈｅｗａｖｅｆｏｒｍｃｈａｒａｃｔｅｒ ｉｓｔｉｃｓ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｉｎｄｕｃｅｄｖｏｌｔａｇｅｏｆｅａｃｈｐｈａｓｅｏｆｔｈｅｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌｉｎｅｉｓｓｕｐｅｒｉｍｐｏｓｅｄｏｎｔｈｅｏｐｅｒａｔｉｏｎｖｏｌｔａｇｅｗａｖｅｆｏｒｍ，ａｎｄｔｈｅｉｎｄｕｃｅｄｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅｏｎｄｉｆｆｅｒｅｎｔｐｈａｓｅｓａｎｄｔｈｅｃｏｒｒｅｓｐｏｎｄｉｎｇｒｅｔｕｒｎｓｔｒｏｋｅｃｕｒｒｅｎｔｈａｖｅｓｉｍｕｌｔａｎｅｉｔｙｉｎａｍｐｌｉｔｕｄｅ，ｔｉｍｅｉｎｔｅｒｖａｌａｎｄｗａｖｅｆｏｒｍ．Ｔｈｅｖｏｌｔａｇｅｗａｖｅｆｏｒｍｓｈｏｗｓｈｏｒｔｆｒｏｎｔｔｉｍｅ，ｂｉｐｏｌａｒｈｉｇｈ ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎａｔｗａｖｅｔａｉｌｗｈｉｃｈｇｒａｄｕａｌｌｙｃｏｎｖｅｒｔｓｔｏｌｏｗ ｆｒｅ ｑｕｅｎｃｙｏｓｃｉｌｌａｔｉｏｎ．Ｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅｉｓｇｒｅａｔｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｏｖｅｒ ｖｏｌｔ ａｇｅ．Ｔｈｅｆｒｏｎｔｔｉｍｅｏｆｔｈｅｆｉｒｓｔｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅｉｓｍｕｃｈｌｏｎｇｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏｆｔｈｅｓｕｂｓｅｑｕｅｎｔｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ．Ｔｈｅｏｂｓｅｒｖａｔｉｏｎｒｅｓｕｌｔｓａｒｅｏｆｇｒｅａｔｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｃｅｆｏｒｌｉｇｈｔｎｉｎｇｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎｏｆｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌｉｎｅ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｌｉｎｅ；ｌｉｇｈｔｎｉｎｇｉｎｄｕｃｅｄｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ；ｏｎ ｌｉｎｅｍｏｎｉｔｏｒｉｎｇ；ｗａｖｅｆｏｒｍｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓ ｔｉｃｓ；ｔｈｅａｍｐｌｉｔｕｄｅｏｆｔｈｅｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ；ｔｈｅｆｒｏｎｔｔｉｍｅｏｆｔｈｅｏｖｅｒ ｖｏｌｔａｇｅ０　引　言雷电过电压是配电线路故障及电气设备损坏的主要因素之一［１－２］。

10kV架空线路避雷器的使用发布时间：2021-04-28T10:55:07.483Z 来源：《电力设备》2020年第33期作者：李瑞奇李凡[导读] 摘要：当前，随着我国飞速发展，社会经济水平逐步提高，电力需求逐步增加，供电可靠性日益突出。

（国网渭南供电公司陕西渭南 714000）摘要：当前，随着我国飞速发展，社会经济水平逐步提高，电力需求逐步增加，供电可靠性日益突出。

在春季和秋季，架空配电线经常因雷击而跳闸和断开。

因此在配置配电架空线时必须采取良好的防雷措施。

根据工作线路的实际配置，完善防雷配置措施，可以有效控制配电线路的雷击跳闸次数，避免因雷电影响而损坏10kV架空配电线路，确保日常电力的供应以及人员安全。

关键词：配电网；架空线路；10kV；防雷措施近年来，由于雷击引起的配电线路跳闸数量增加，这不仅导致设备损坏不能正常工作，而且降低了供电可靠性。

架空配电线路中的雷击一直威胁着配网运行安全，为减少配电线路中的雷击故障，相关人员还必须采取相关措施，以确保供电线路的正常运行。

1雷电对配电线路的影响配网线路的安装方法通常是高架水泥杆。

使用的大多数电线是JKLYJ型绝缘电线和LGJ型螺旋线的一部分。

当前的防雷措施是在杆顶横担上安装避雷器。

大多数配电线路位于平原、丘陵和一般高山上。

当春季和秋季发生雷电时，配网线路设备会受到雷电、雷击和断开连接的干扰。

根据最近的雷电位置统计，雷电点主要位于绝缘体、电线等中，其中绝缘体占一部分。

在正常情况下，放电间隙是在架空线上设置的，但是，如果塔架直接受到雷击，则线路可能会跳闸，并且供电可能会中断。

雷电击中线路时，主要影响配电线路的物理状况和输电线路的安全。

由于电磁效应、机械效应和热效应，当线路被雷击时，热电缆附近的材料特性会发生变化，从而对线路运行造成隐患。

2 10kV架空配电线路中的两种雷电过电压类型2.1感应雷电过电压感应雷电过电压意味着，当雷击周围的地面时，由于配电线导体的电磁感应会产生较大的过电压。

防雷绝缘子在线监测系统研究与应用方案摘要：随着社会经济的不断发展，电力作为国民经济发展中不可或缺的一部分，电力技术的应用也逐渐向着智能化、科学化方向的发展，人们对供电可靠性和电能的要求也越来越高。

供电企业为了强化用电的质量,满足供电服务更高层次的需求，电网绝缘化改造工作势在必行。

目前，10kV线路绝缘化改造工作已基本结束，但是由于绝缘线路的耐雷水平受限,很难承受雷电所带来的直接雷或感应雷作用,导致线路受雷击断线，部分瓷绝缘子炸毁受损，给配电线路的运维检修工作带来一定的难度。

因此，本文针对上述存在的问题，通过设计一种防雷绝缘子在线监测装置，利用手机APP管理平台的结合应用，实现对10kV绝缘线路的在线监测，为线路的安全运行提出针对性的技术方案。

关键词：防雷监测；绝缘子监测；线路监测引言：随着国网建设“智能电网”战略目标的实施，针对架空绝缘线路防雷击技术的运用，供电企业通过利用先进的传感和测量技术、先进的设备技术、先进的控制方法以及先进的决策支持系统技术的应用，实现对10kV绝缘线路的可靠、安全、经济、高效、环境友好和使用安全的目标，通过防雷绝缘子在线监测装置与手机APP管理软件的结合应用，形成一套综合性的线路监测服务保障体系，保护用户的供电服务质量。

一、国内外线路防雷状况分析目前国内外针对绝缘线路的雷击在线监测，仅仅局限在防雷击装置的安装应用层面较多，没有形成一套完整的10kV线路综合管理服务保障体系，如在柱式绝缘子上安装过电压保护器、安装钳箝位绝缘子、负荷侧装防弧金具等等。

这部分防雷击装置安装施工复杂,需停电剥开绝缘层，因此容易导致线芯进水和腐蚀，同时瓷绝缘子伞裙因燃弧烧裂等现象时有发生。

这些传统的防雷手段，技术瓶颈较为突出，特别是在线路受雷击后的定位报修处置方面，一直是个技术难题。

因此文章通过借鉴电能计量的工作原理，先用运放将该信号放大，整定调理到0～5V，然后通过A/D将模拟量转换到数字量，这样就便于电脑终端处理了。

探讨10kV配网线路防雷技术的保护方案1. 引言1.1 研究背景10kV配网线路是城市电力配送系统中重要的组成部分，其负责将高压输电线路输送的电能转变为可供市民使用的低压电能。

由于10kV 配网线路通常高高挂在空中，暴露在雷电天气下，因此存在着极高的雷电风险。

雷电可能会对10kV配网线路造成严重的损坏，导致供电中断、设备损坏甚至火灾等严重后果。

基于以上背景，急需研究10kV配网线路的防雷技术，以保障供电的可靠性和安全性。

目前，在国内外，已经存在各种不同的10kV配网线路防雷技术方案，包括避雷器的应用、接地技术的优化等。

在这样的背景下，本文将对10kV配网线路的雷电特点、常见雷电危害以及防雷技术方案等进行深入探讨，旨在为10kV配网线路的防雷工作提供科学的参考和指导。

1.2 研究意义10kV配网线路防雷技术的研究意义非常重大，主要体现在以下几个方面：随着电力设备的不断发展和智能化程度的提升，对10kV配网线路的稳定性和可靠性要求也越来越高。

雷电是导致配网线路设备损坏和停电的重要原因之一，因此研究防雷技术方案对于提高配网线路的抗雷能力至关重要。

配网线路作为电力系统的重要组成部分，承担着能源传输和分配的关键任务。

一旦遭受雷击导致设备损坏或停电，将对用户生活和生产带来严重影响。

研究10kV配网线路防雷技术方案可以有效保障用户的用电需求，提高电网的可靠性和供电质量。

随着现代社会的不断发展，人们对电力的依赖程度愈发增加。

研究10kV配网线路防雷技术方案也是为了保障电力系统的安全稳定运行，防止雷电等外界因素对电网造成不可估量的破坏。

研究10kV配网线路防雷技术方案具有重要意义，对于提高电网的稳定性和可靠性有着积极的促进作用。

2. 正文2.1 10kV配网线路雷电特点分析10kV配网线路作为城市电力配送的重要组成部分，受雷电影响较大。

雷电是一种自然现象，一旦雷击发生，可能对电力设备和线路造成损坏，导致停电或事故发生。

10kV配电线路防雷措施研究与应用摘要：社会经济在快速发展的过程中，对于电力系统的供电要求也在不断的提升，因此，要想使得电力系统在供电的时候稳定高效，就要求配电线路拥有非常高的质量。

电力系统在供电的工程中出现的问题主要是配电线路受到了影响，特别是10kv的配电线路容易遭受到雷电的影响，导致电能在输送的过程中质量得不到有效的提升，影响了人们的正常工作生活。

关键词：10kv配电线路；防雷措施；研究应用引言：从当前我国电力企业的发展来看，发展速度在不断的加快，在电力系统中10kv配电线路是最为重要的一个部分，但是目前在电力系统运行的过程中总是会出现遭遇雷电袭击的现象，不仅影响了电力系统的正常供电，同时还对电力企业的经济效益造成了严重的影响。

要想更加高效的防止配电线路遭受雷电的袭击，就应该对其存在的不足进行分析探究，根据实际情况科学的制定解决方案，并且严格的将其落实到位，使得防雷工作能够严格的落实。

1、10kv配电线路遭受雷击的原因1、外界环境造成的影响我国的地形环境比较复杂，且环境的差异非常的大，10kv配电线路已经普及，在运行的过程中最先会受到外界环境对其带来的影响，一些高海拔等地区配电线路被雷电袭击的现象会更为严重，因为该配电线路的电压相对比较高，因此每段之间的间隔都非常的大，段与段之间存在着很大的频续流，一旦遭遇雷电的袭击就会导致配电线路供电中断，影响电力系统的正常供电，对人们的正常生活工作造成严重的影响。

2、防雷设施较少从我国当前10kv配电线路的安装可以看出，防雷设施建设的非常少，并且很多地区在进行配电线路安装的时候对于防雷设施的建设不够重视，并且部分地区因为资金不足更是忽略了防雷设施的建设，因为没有防雷设施，配电线路更加容易遭受到雷电的袭击，对正常的工作造成严重的影响。

3、配电线路安装存在不足在进行配电线路安装的时候对于线路的设计不够科学合理，同时配电线路自身的一些因素也会使其容易遭受雷电的袭击，10kv的配电线路电压本就是比较高的，一旦出现雷雨天气则会容易受到雷击，又或是在安装的过程中没有严格的按照要求进行操作埋下了安全隐患，部分地区在安装之后进行检测调试的时候未能按照要求开展工作，导致在后期运行的时候遭受到雷击，对配电线路的正常工作带来了严重的影响[1]。

10kV配网线路防雷措施雷云击中杆塔、电力装置等物体时，强大的雷电流流过该物体泻入大地，在该物体上产生很高的电压降称为直击雷过电压。

由于线路的引雷特性，当雷击点与线路的最近距离小于65m时，雷电直击线路概率较大[1]。

雷电直击配电线路可产生远高于线路绝缘水平的过电压，通常会导致设备损坏。

（二）感应雷过电压当雷电击线路附近的大地时，导线上由于电磁感应产生过电压称为感应雷过电压。

配网线路中，感应过电压故障一般占雷击故障的 80% 以上[1]。

根据实测数据，感应过电压峰值一般可达300kV-400kV[2]。

在开阔地区，配电线路遭受直击雷概率增加;附近有高耸建筑物、构筑物或高大树木屏蔽，遭受直击雷的概率大幅下降，遭受感应过电压的概率增大。

二、配网典型雷害（一）雷击跳闸目前10kV线路通常设置了零序保护，雷击线路发生闪络后电弧持续燃烧，线路上采集到零序电流，将导致线路跳闸。

对于同杆架设的多回配电线路，在雷电直击或较高感应过电压的作用下，容易发生多回线路同跳故障。

此外，由于各回路间距离较小，若雷击闪络后工频续流较大，持续的接地电弧将使空气发生热游离和光游离，同样会导致多回短路故障和同时跳闸。

（二）线路故障1.配电线路雷击断线线路使用绝缘导线，雷击造成单相闪络或相间短路时，绝缘击穿最易发生在靠近绝缘子的位置，被击穿的绝缘层呈针孔状，并靠近绝缘子两侧特别是负荷侧。

工频短路电流的电弧弧根受周围绝缘层阻隔，固定在击穿点燃烧，在较短时间内烧断导线。

而当线路采用裸导线时，电弧在电磁力的作用下，高温弧根沿导线表面不断滑移，直至电弧熄灭，不会集中在某一点燃弧，因此不会严重烧伤导线，通常在工频续流烧断导线或损坏绝缘子之前，就会引起断路器动作切断电弧，因此，裸导线的雷击断线故障率明显低于绝缘导线。

由于绝缘导线易断线，宜采取雷击断线保护措施，可采取加强绝缘(如采用柱式绝缘子)、装设架空地线及安装线路避雷器(无间隙、带间隙)等堵塞式防雷措施，或安装防弧金具(剥线型、穿刺型)、放电钳位绝缘子(剥线型、穿刺型)、长闪络路径熄弧装置等疏导式防雷措施。

过电压在线监测技术在变电站安全运行中的应摘要：随着社会经济的迅速发展，对变电站运行的安全性和可靠性提出了更高的要求。

运行经验表明，在10KV-110KV电力系统中，10KV过电压事故率较高。

现行一些变电站其10KV系统经常发生一些不明原因的异常现象，如短路、跳闸、高压熔丝熔断、设备损坏甚至出现与避雷器并列运行的设备损坏等，特别在雷雨季节发生更频繁。

例如雷雨季节中变压器虽在各级避雷器（该避雷器事后进行试验正常）的保护下却莫名其妙的损坏。

为了掌握发生异常现象的规律和依据，有效分析异常原因，必须对运行系统中出现的过电压的捕捉和分析。

关键词：过电压；在线监测技术；变电站；安全运行；应用若将10KV配网过电压在线监测技术运用到该变电站现场，可以提高变电站运行的安全性和可靠性。

该技术主要采用基于PC总线的集中式过电压在线监测系统，能同时兼顾大气过电压和内过电压的采集，高速的频率响应，能够较好的满足工程实际的需要。

该系统的主要结构如下：高压分压器采用阻容式结构，其标准符合国家标准GB/T4704-92，是高低压变换装置，靠它连接一次系统和二次装置，耐短时冲击电压不小于电网额定电压的10倍，其线性范围不小于5-6倍的额定运行电压。

具备良好的频域特性通频带，带宽为40Hz-20MHz，可以不失真传输广域频率过压波形，窄脉冲宽度50ns3600s。

设计额定输出电压为AC3.5V。

50Ω高频同轴电缆联结分压器与监测装置，其高频特性阻抗为50Ω，通频带为0-1000MHz，其长度不应大于150米。

过电压监测装置是一套嵌人式微电脑智能化仪器。

它具备高速连续采样、连续存储、大容量记录、波形再现、数据通讯、数据联网等功能。

采样频率设定为5MHz。

可监测所有内部、外部过电压。

启动门槛为1.5倍额定电压（此值可设定）。

具备232，USB，485，422等接口可方便地安装于2.3m标准机柜内。

数据存储格式为国际通用的电力系统暂态数据交换格式，可记录故障前1/2周波，过压存故障13个周波，平均每个周波能采集1020万个数据，可存储2000个过电压记录文件。