输电线路雷击感应过电压计算蒋陶宁

蒋陶宁

国核电力规划设计研究院有限公司北京市海淀区100095

摘要：雷击感应过电压作为防雷的重要一部分，以往均采用规程推荐和近似算法，但是和实际均存在差异。雷击感应过电压的计算，由于涉及雷电流模型、雷电辐射场的计算、场-线耦合等多种问题，较为复杂，并且由于雷电流辐射场的频谱较宽，所以本论文采用时域的计算方法进行求解。

关键词：雷击感应过电压；雷电辐射场；场线耦合模型

1引言

图1是雷击线路附近时，线路上产生感应过电压的原理示意图。雷电流的典型波形呈现快速上升缓慢下降的特点，并且雷电过程发生的时间极短，因此雷电辐射的电磁场在时间上和空间上都发生剧烈变化[1]-[3]，并且在输电线路上通过电磁耦合产生感应过电压。

图1雷电感应模型

2雷击感应过电压计算方法

图2是雷击线路附近时雷电流辐射场和传输线耦合模型的示意图。借用天线理论的术语，外界激励场称为入射场；架空线上感应电流和感应电压产生的辐射场，称为散射场，总场为入射场和散射场的叠加。

图2雷击线路附近时场-线耦合模型示意图

计算雷电辐射场耦合到线路上产生的感应过电压，需要用到场-线耦合模型。场-线耦合模型描述传输线在外界激励电磁场的作用下，线路中感应电压和感应电流的计算模型。根据边界条件和外加激励场的情况，目前常见的场-线耦合模型有Taylor模型、Agrawal模型、Rachidi模型等。Agrawal模型的优点在于其求解过程只用到水平方向电场，因此本文采用Agrawal模型来求解雷电感应过电压。

Agrawal模型将场-线耦合问题处理为电磁散射问题[4]，其等效电路如图3所示。

图3Agrawal模型等效电路图

Agrawal模型的求解变量是传输线上的散射电压，沿传输线方向的入射电场是传输线的激励源，满足的方程为：

图5ATPDraw5.5中雷电感应过电压的实现模型

3结论

对高压输电线路的防雷设计，雷击线路附近引起的感应过电压的计算，是一个重要的研究课题。

本论文基于雷电流模型、雷电辐射场的计算方法、Agrawal场-线耦合模型，研究理想大地和非理想大地情况下，雷击线路附近时线路雷电感应过电压的时域计算方法。利用EMTP-ATP可自主开发的MODELS语言模块，实现雷电感应过电压的快速计算。

参考文献

[1]R.H.Golden著，周诗健，孙景群译.雷电（上，下卷）二.北京：电力工业出版社，1982

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[4]AgrawalAK，PriceHJ，GurbaxaniSH，etal.Transientresponseofmulticonductortransmissionlinesexcitedbyanonuniformelectromagneticfield.IEEETransactionsonElectromagneticCompatibility，1980，22（2）：119～129

[5]F.Rachidi，C.A.Nucci，M.Ianoz，C.Mazzetti.Influenceofalossygroundonlightning-inducedvoltagesonoverheadlines.IEEETrans.onEMC，1996，38（3）：250～264

作者简介：蒋陶宁（1985），男，硕士，工程师，从事电网设计与研究工作，单位：国核电力规划设计研究院有限公司。