雷击电晕对输电线感应电压的影响

雷击电晕对输电线感应电压的影响

尹广力

（国网北京昌平供电公司北京102200）

摘要：当输电线因受雷击产生电晕放电时，电晕会发生电离、复合等物理过程，由于热效应，电晕放电的影响会使输电线路的过电压值增大，电晕产生高的脉冲电流，形成一定的辐射，从而对电子信号的传输产生干扰。采用Agrawal模型和返回电流模型，采用FDTD算法的研究是电晕在传输线的不同位置上的感应过电压的影响。

关键词：输电线；Agrawal；过电压；电晕

引言

当输电线因受雷击产生电晕放电时，电晕能电离的，复杂的物理过程，并伴随有热效应，由于该电晕放电的影响将导致输电线路过电压的增加值，和电晕将产生高脉冲电流，和一定的某些干扰引起的辐射传输电子信号的形成。因此，研究电晕对输电线路过电压的影响，有助于深入了解输电线路的雷电过电压和电晕现象，了解整个电晕形成和发展的微物理过程。

目前，大多数的研究都是基于基于雷击感应过电压的计算。事实上，闪电更容易击中高层建筑，例如高塔。然而，在国内外电晕输电线路感应过电压的计算量相对小。因此，研究了电晕对感应过电压的影响。

1输电线过电压计算

1.1闪电回击电磁场计算

作者的示意图如图1所示。从图中可以看出，假设雷电通道垂直于大地，且模拟空间呈现轴对称特征，因此本文采用二维柱面坐标的时域有限差分法计算雷电回击电磁场。

图1基于2DFDTD算法的计算模型

如果我们采用TM波进行差分形式，其主要包含有三个物理量，其中将其分别分为Er、Ez和Hφ。下方程为其对应的Maxwell旋度

我们通过对其进行离散差分后，可以得到下列表达式，FDTD可以表达为：

在上文中对于其数值进行了计算，得到其数值稳定性的条件，并对其进行了介绍，通过计算表明，其方程需要满足：

在FDTD计算模型中，空间尺寸为1500×2000×m，空间步长为5m，时间步长为5ns。第一阶Mur吸收边界。

1.2时域有限差分方法对Agrawal模型实现

耦合模型之间有两个不同的情况。一个是忽略耦合中接地阻抗的影响。同时，在时域Agrawal方程的一阶差分。

如果我们对其中的阻抗项进行考虑其所带来的影响，那么则可以使用二阶差分的方法，对Agrawal耦合模型方程组进行二阶差分，得到以下表达式：

2电晕对输电线过电压的影响

唐卡等。在电晕放电试验中，用导线半径代替电晕强度。Carneiro等，根据EMTP电磁计算软件，研究了雷电徜徉在输电线路电晕放电模型。

一些研究者认为，圆柱导体的半径是传输线上起晕的电场强度，提出了导体放电时电场强度与导体半径的关系式。

在上述计算表达式中，m是传输线的表面系数。

对传输线的表面临界电场强度是ECP（正电场强度）和ECN（负电场的强度和极性），如下式所示：

雷电过电压的影响，表面电荷和电压传输线之间的正相关关系之间存在线性关系，即闪电在高压输电线路上形成的较大的表面，钢丝表面的电荷也高，但电压值超过真理的临界电压，充电开始显著的趋势。这一过程中，采用动态电容计算公式。

在C0是电容的等效传输线没有电晕时单位长度；K1（1以上）的电晕高压输电线路表面价值超过UTH临界值充电和恒电压变化后，1.5-3.0的总价值；K2（1以上）为电晕高压输电线路表面价值超过电晕对真理的电晕起始电压，逐渐增加恒定电压。

输电线路电晕模型对计算结果有很大影响。这是合理的把K1=1.2，K2=4.8，=29kV／cm的真理的分析。此外，还有另一个公式来计算：

B的计算公式为

式中，r为导线的半径。输电线电晕起始电压可由Peek公式来计算：

式中，Eth（kV/cm）为输电线表面临界起晕场强，按下式计算：

式中，ms为导线表面粗糙系数。

当传动中心距闪电通道的距离60和200米，均匀大地电导率为0.01S/M，传输线的长度是1200米，距地面高10米，本文计算了防雷接地的时候没有电晕条件下的传输线和位置的端点，中点电压传感。图2和图3是感应过电压在不同的位置，在输电线路雷电通道60米和200米的中间点，当没有电晕。从图中可以看出，输电线路电晕的存在在一定程度上改善了感应过电压。在图2中，输电线路雷电通道60米的中点，在电晕线的存在，在中点位置的计算100.8kV峰值电压传输，计算在有线传输的中间点没有电晕过电压峰值为84V，可以看出有电晕由于存在过电压传输线中点增加20%；在电晕的存在，在计算电压峰值的结束位置线传输44kV，线端位置计算没有运输过电压峰值的电晕40KV中可以看出，在高压输电线路的终点位置电晕由于增加了10%。在图3中，输电线路雷电通道200米的中点，在电晕线的存在，在中点位置的计算33.6kV峰值电压传输，计算在有线传输的中间点没有电晕过电压峰值为30V，可以看出有电晕由于存在过电压传输线中点增加12%；在电晕的存在，在计算电压峰值的结束位置线传输14.84kV，线端位置计算没有运输过电压峰值的电晕14KV可以看出电晕由于存在过电压传输线端点的位置增加6%。

3结论

基于时域有限差分法和Agrawal模型，建立了输电线路的感应过电压的计算模型，研究了电晕对感应过电压的影响。主要结果：输电线路电晕存在，在一定程度上提高了感应电压，输电线路和避雷线点60米，电晕由于存在过电压传输线中点增加了20%，峰值电压的输电线路端点位置增加了10%。在输电线路和雷电通道200m处存在电晕，输电线路中点的过电压峰值增加12%，使输电线路末端过电压峰值增加6%。

参考文献：

[1]吴静文.输电走廊雷电过电压特性及其影响规律研究[D].西南交通大学，2014.