10kV架空配電線路實用防雷技術(shù)研究

李玲

（廣東電網(wǎng)公司湛江供電局，廣東 湛江 524005）

1 10kV架空配電線路雷電過電壓形成機理及其防護研究概況

雷電過電壓的形成原因一般分兩種，分別是直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓。研究表明，10kV配電線路由雷擊引起的線路閃絡(luò)或故障的主要因素不是直擊雷過電壓而是感應(yīng)雷過電壓，感應(yīng)雷過電壓導致的故障比例超過75%。因此，配電網(wǎng)防雷的重點應(yīng)放在感應(yīng)雷過電壓上。

感應(yīng)雷過電壓是指雷擊線路附近大地或雷擊桿塔時由于電磁感應(yīng)在導線上引起的過電壓。由于雷云對地放電過程中，放電通道周圍空間電磁場的急劇變化，會在附近架空線路的導線上產(chǎn)生感應(yīng)雷過電壓。

感應(yīng)雷過電壓主要針對架空線路作用，對電纜影響較小，而城市配電網(wǎng)由于高層建筑物對配電線路起到了屏蔽作用，所以城市配電網(wǎng)遭受感應(yīng)雷過電壓的影響比較小。因此，對配電網(wǎng)的防雷保護應(yīng)放在城鄉(xiāng)結(jié)合部、城鎮(zhèn)或農(nóng)村地區(qū)的架空配電線路上。架空配電線路感應(yīng)雷過電壓的防護包括兩個方面，一是從限制感應(yīng)雷過電壓的角度進行防護，二是從降低感應(yīng)雷過電壓的角度進行防護。目前，國內(nèi)外研究較多的是從限制感應(yīng)雷過電壓的角度進行防護，采用的防護措施包括加強線路絕緣、加裝線路避雷器、降低桿塔接地電阻、裝設(shè)自動重合閘裝置等。針對不同的線路采取的防雷措施也不同。

2 10kV架空配電線路防雷主要措施

第一，提高線路絕緣水平。由于配電線路絕緣水平低，通常發(fā)生感應(yīng)雷過電壓時，絕緣子閃絡(luò)的可能性比較大。因此，我們對器材和設(shè)施要進行合理的選擇，施工保持間距要規(guī)范，可以針對性采取更換絕緣子型號或增加絕緣子片數(shù)的方法提高線路絕緣水平，降低10kV配電線路閃絡(luò)概率。按照10kV配電線路的具體情況增加絕緣子片數(shù)，每增加一片絕緣子，沖擊放電電壓幾乎提高1倍。或者，以瓷橫擔代替鐵橫擔，瓷橫擔的耐雷水平是鐵橫擔針式絕緣子的3倍多，因此，在10kV線路中應(yīng)盡量選擇瓷橫擔；對于現(xiàn)有鐵橫擔線路，應(yīng)更換成高一級的沖擊放電電壓更高的絕緣子，比如把P15型絕緣子適當?shù)負Q成P20絕緣子。

第二，降低桿塔接地電阻。架空線路桿塔接地電阻的大小對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行至關(guān)重要，特別是一些位于山區(qū)、多雷區(qū)的線路由于桿塔接地電阻高而產(chǎn)生的雷擊閃絡(luò)事故比較頻繁，影響了電網(wǎng)的安全穩(wěn)定性。對線路桿塔接地進行降阻改造是提高線路耐雷水平、降低線路雷擊跳閘率的有效措施，常用的降阻改造方法包括加大接地體尺寸、水平外延接地體、外引接地、采用降阻劑或深埋接地極等措施。在實際中究竟采用那種方法降阻，要根據(jù)實際情況做認真的技術(shù)經(jīng)濟比較，到現(xiàn)場進行認真的勘探測量、計算設(shè)計后，選出經(jīng)濟、有效、合理的方法；一般情況下水平接地體施加降阻劑的方法比較經(jīng)濟且效果好，如采用深井，地下一定要有低電阻率的地層才有明顯效果。

第三，安裝線路避雷器。雷電活動強烈或土壤電阻率高、降低接地電阻有困難的地區(qū)，通過在配電線路桿塔上安裝避雷器，能夠有效提高線路的耐雷水平、抑制過電壓，在雷擊閃絡(luò)后吸收放電能量，阻止工頻續(xù)流起弧，達到保護線路的目的。通常，保護絕緣子的線路避雷器與線路絕緣子并聯(lián)安裝。安裝避雷器注意事項如下:

（1）避雷器的選擇。安裝避雷器前，必須對避雷器進行選擇，根據(jù)10kV架空配電線路的特點，氧化避雷器具有重量輕、體積小、散熱性好和耐污性的特點，良好的非線性電阻特性使其能迅速截斷工頻續(xù)流，吸收雷擊時的放電能量，對感應(yīng)雷過電壓進行有效限制；還可以在氧化鋅避雷器后加裝串聯(lián)間隙，因串聯(lián)間隙的隔離作用，避雷器本體部分（即裝有電阻片的部分）基本上不承擔系統(tǒng)運行電壓，有效減緩長期運行電壓下的電老化問題，且本體部分的故障不會對線路的正常運行產(chǎn)生隱患。因此，一般推薦使用帶串聯(lián)間隙的氧化鋅避雷器。

（2）避雷器安裝地點。安裝避雷器是對10kV架空配電線路防雷易實現(xiàn)且有效的措施，但是避雷器只能保護所在桿塔；如果要在每基桿塔的每相都安裝避雷器，從經(jīng)濟技術(shù)比而言不合適，而且全線安裝避雷器的運行維護也是很大的問題。因此，建議在配電線路中有選擇地安裝避雷器進行保護，安裝地點建議如下:在配電線路雷害事故多發(fā)段桿塔進行安裝；在配電線路分支處桿塔安裝；在配電變壓器、柱上開關(guān)、刀閘等重要配電設(shè)備處安裝；在線路T接處安裝；在架空絕緣導線與電纜線路轉(zhuǎn)換處安裝。在山區(qū)地形復(fù)雜，接地電阻比較高，且曾經(jīng)發(fā)生過絕緣子閃絡(luò)事故的桿塔；為防止感應(yīng)雷電波在轉(zhuǎn)角桿處因雙向進波幅值升高，引發(fā)絕緣子閃絡(luò)，在角度小于100度的轉(zhuǎn)角桿上，加裝一組避雷器進行保護；為防止不同電壓等級線路交叉跨越點事故，在與10kV線路交叉的35kV線路的交叉擋的兩側(cè)各加裝一組35kV線路避雷器。

第四，有選擇地采取經(jīng)消弧線圈接地方式。配電網(wǎng)中性點接地運行方式一般采用中性點不接地、中性點經(jīng)小電阻接地、中性點經(jīng)消弧線圈接地等運行方式。

在發(fā)生雷擊單相閃絡(luò)接地故障時，消弧線圈通過自動補償故障相容性電流促使接地電弧熄滅，有效的降低了雷擊線路建弧率，提高了配電網(wǎng)的供電可靠性。但當線路中出現(xiàn)的故障不是瞬時故障時（如電纜線路故障），消弧線圈的投入將會造成電網(wǎng)長時間帶故障運行，且故障可能因時間延長而發(fā)展擴大為相間短路。因此，應(yīng)在不同配電線路中有選擇的投運消弧線圈:（1）架空配電線路中應(yīng)采用消弧線圈；（2）架空裸線與電纜混合線路中，當電纜長度達到整條線路長度的80%時，應(yīng)該慎投消弧線圈，建議采用經(jīng)小電阻接地并配合零序保護方式運行；（3）架空絕緣線路與電纜混合線路中，當電纜長度達到整條線路長度的80%時，應(yīng)慎投消弧線圈。

第五，有選擇的投入自動重合閘。在配電線路中投入自動重合閘裝置，能有效減小配電線路中因雷擊造成的破壞范圍，并且能夠迅速排除因雷害造成的絕緣子閃絡(luò)等瞬時性故障，對于提高配電線路的供電可靠性作用非常明顯。但是自動重合閘在實際電力生產(chǎn)中也有其固有的缺陷，在架空線路中可以投入自動重合閘，因為架空線路的雷擊跳閘事故多為瞬時性故障引起；而在電纜線路中，一旦出現(xiàn)故障一般是永久性故障，此時投入重合閘不僅不能切除故障，還有可能進一步擴大故障范圍。因此，電纜線路不建議投入自動重合閘。對于架空、電纜混合線路，可以根據(jù)運行經(jīng)驗、電纜長度比例等確定是否投入。

第六，有針對性的架設(shè)避雷線保護。架設(shè)避雷線是輸電線路防雷保護的最基本和最有效的措施，避雷線可以防止直擊雷，并限制線路感應(yīng)過電壓。但是，出于經(jīng)濟方面的考慮，配電網(wǎng)架空線路大部分不架設(shè)避雷線，通常在變電站附近2km的進線段架設(shè)避雷線，一是作為進線段防雷保護，二是避免或減少變電站雷電波事故。

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3 10kV架空配電線路防雷注意事項

第一，注意配電變壓器的防雷保護。通常情況下，建議在配變高、低壓側(cè)均安裝避雷器[3]，這是對配變防雷保護的一般方法。這里需要注意兩點，一是一定要配置配變低壓側(cè)防雷保護（一般安裝金屬氧化鋅避雷器），一方面保護低壓繞組，另一方面防止發(fā)生正、逆變換過電壓引起的絕緣擊穿的雷害事故；二是配變高、低壓側(cè)避雷器接地引下線，變壓器外殼和低壓側(cè)中性點四點連接在一起接地，簡稱“四點共地”，以防配變高壓側(cè)中性點絕緣擊穿。

第二，注意柱上開關(guān)的防雷保護。隨著配電網(wǎng)的發(fā)展，線路分段開關(guān)和聯(lián)絡(luò)開關(guān)大量投運，這對保證電網(wǎng)運行方式的靈活性，提高供電的可靠性起了很大的作用，但是由于對柱上開關(guān)等設(shè)備的防雷保護措施不足，在雷電活動時經(jīng)常發(fā)生柱上開關(guān)、刀閘、避雷器等設(shè)備損壞。線路分段開關(guān)或聯(lián)絡(luò)開關(guān)處于斷開狀態(tài)時，當斷路器一側(cè)線路遭受雷擊，雷電波沿線路傳播，到開關(guān)或刀閘開斷處，將發(fā)生雷電波的全反射。雷電波在開斷的斷路器處由于全反射作用幅值形成2倍的過電壓，該電壓會危及開關(guān)或刀閘的絕緣，可能使開關(guān)內(nèi)部或外部絕緣發(fā)生擊穿或閃絡(luò)導致?lián)p壞開關(guān)，因此，開關(guān)兩側(cè)都必須安裝避雷器。

第三，謹慎使用架空絕緣導線。近年來，由于絕緣導線相對裸導線具有較高的絕緣水平，而且能夠有效降低“線樹矛盾”引起的停電事故，架空絕緣線路在配網(wǎng)中開始得到大量應(yīng)用。但是，隨著配電網(wǎng)絕緣化工作的深入開展，絕緣導線雷擊斷線問題日益突出。發(fā)生雷擊過電壓閃絡(luò)時，由于絕緣導線絕緣層阻礙電弧在其表面滑移，高溫弧根被固定在絕緣層的擊穿點持續(xù)燃燒導致導線整齊燒斷。在發(fā)生架空絕緣導線斷線后，在導線張力作用下絕緣層來不及融化、炭化，鋁絞線因為張力作用縮進絕緣層內(nèi)，電源側(cè)絕緣導線斷頭后不一定接地，或者接地后由于絕緣層的存在未能完全接地，因此線路不發(fā)出相間短路或單相接地故障信號，此類情況很可能會引起人身觸電身亡事故，且不便于運行維護。對于已安裝的絕緣導線，建議采用防弧金具（防護線夾）、過電壓保護器等防止絕緣導線雷擊斷線事故。

4 不同環(huán)境下10kV配電線路的防雷措施實用選擇

對不同類型的10kV配電線路，在不同環(huán)境條件下應(yīng)采取針對性的防雷措施，根據(jù)多年運行經(jīng)驗總結(jié)，提出實用防雷措施如下:

10kV配電線路防雷措施實用選擇:（1）提高線路絕緣水平。（2）降低桿塔接地電阻。（3）安裝線路避雷器。（4）適當?shù)闹行渣c接地（消弧線圈）。（5）有選擇性投運自動重合閘。（6）架設(shè)避雷線。（7）防弧金具。（8）過電壓保護器。

結(jié)語

從理論上分析，配電網(wǎng)存在多種多樣的防雷措施，但是這些措施的落實可能涉及資金、技術(shù)、停電等問題，難以大面積快速實現(xiàn)。實際上，多數(shù)地區(qū)的配電網(wǎng)防雷仍然存在很多薄弱點，比如存在大量的沖擊放電電壓較低、質(zhì)量較差的絕緣子，桿塔接地電阻不合格、變低未配置避雷器保護、接地線腐蝕嚴重、“四點共地”執(zhí)行不到位等等。因此，配電網(wǎng)防雷工作必須結(jié)合實際情況開展，分析配電線路所在區(qū)域的雷電情況、運行情況、環(huán)境條件等因素，結(jié)合掌握的資源選擇一種或數(shù)種防雷措施組合，真正做到經(jīng)濟、合理、有效。

[1]陸小花.架空配電線路感應(yīng)雷過電壓計算與防護的研究[D].南京:河海大學，2007.

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