10kV配電線路防雷保護(hù)措施

古濟(jì)雄

(廣東電網(wǎng)公司 茂名高州供電局，廣東 高州525200)

隨著我國城市電力系統(tǒng)的不斷發(fā)展，各種電壓級(jí)別的配電站數(shù)量日益增加，對配電線路的運(yùn)行安全也提出了新的要求。10kv 配電線路是確保城市工農(nóng)業(yè)及生活用電的重要基礎(chǔ)設(shè)施，在促進(jìn)經(jīng)濟(jì)發(fā)展、改善人們生活方面發(fā)揮著至關(guān)重要的作用。但由于10kv 配電線路結(jié)構(gòu)復(fù)雜、絕緣水平較低，在雷電活動(dòng)頻繁的地區(qū)時(shí)常會(huì)發(fā)生配電線路雷擊事故，這不僅影響到配電線路的運(yùn)行，給工農(nóng)業(yè)的發(fā)展帶來損失，而且還可能導(dǎo)致配電設(shè)備和用戶設(shè)備的損壞，造成大面積的停電。因此，加強(qiáng)10kv 配電線路的防雷研究力度就顯得十分重要了。本文結(jié)以某地區(qū)為例，深入闡述了感應(yīng)雷對配電線路的危害，希望對類似研究有所幫助。

1 雷害事故分析

1.1 感應(yīng)雷過電壓產(chǎn)生機(jī)理

當(dāng)線路附近發(fā)生雷擊時(shí)，雷擊通道的周圍將發(fā)生空間電磁場的劇烈變化，這樣會(huì)使輸電導(dǎo)線上產(chǎn)生過電壓，這種過電壓叫感應(yīng)雷過電壓。感應(yīng)雷過電壓由靜電分量和電磁分量構(gòu)成。靜電分量是由先導(dǎo)通道中雷電荷所產(chǎn)生的靜電場突然消失而引起的感應(yīng)電壓，其值很高。電磁分量是由先導(dǎo)通道中雷電流所產(chǎn)生的磁場變化所引起的感應(yīng)電壓，由于放電通道和導(dǎo)線互相垂直，即電磁感應(yīng)不大，電磁分量要比靜電分量小得多。在感應(yīng)雷過電壓幅值的構(gòu)成上，靜電分量起主要作用。

1.2 配電線路雷擊跳閘率高的原因

結(jié)合現(xiàn)場調(diào)研的情況，分析配電線路雷擊跳閘率高的原因有:

1)線路所處地區(qū)落雷較多；

2)線路絕緣水平不高；

3)10kV 線路經(jīng)過的地區(qū)大多為高山和丘陵，容易遭受直接雷擊；

4)線路沒有裝設(shè)避雷器進(jìn)行有效保護(hù)。

2 感應(yīng)雷過電壓計(jì)算

2.1 裝設(shè)避雷器對于感應(yīng)雷過電壓的限制

為了限制感應(yīng)雷過電壓，通常可在線路的每一個(gè)檔距或者隔幾個(gè)檔距設(shè)置一組氧化鋅避雷器雷擊點(diǎn)距離避雷器越近，導(dǎo)線上的感應(yīng)電壓越低，反之越高，因此，感應(yīng)電壓的最大值將出現(xiàn)在兩個(gè)避雷器所連接導(dǎo)線的中間位置，如圖1 所示。

圖1 避雷器布置及分析電路

為了簡化計(jì)算，假定雷擊點(diǎn)不位于兩個(gè)氧化鋅避雷器之間的區(qū)間的感應(yīng)電壓分布與雷擊點(diǎn)所在的這個(gè)區(qū)間的分布相同，即圖1 中的AA′區(qū)間和BB′區(qū)間內(nèi)的感應(yīng)電壓的分布與區(qū)間AB 感應(yīng)電壓的分布相同(這個(gè)假設(shè)的結(jié)果是計(jì)算結(jié)果偏大，偏向于安全側(cè))。再根據(jù)對稱性和相關(guān)電路知識(shí)，可以把O 點(diǎn)和O′點(diǎn)斷開然后并聯(lián)在一起，最后得到簡化電路如圖2 所示。用圖2 來分析輸電導(dǎo)線末端接氧化鋅避雷器時(shí)的感應(yīng)電壓分布。

圖2 簡化分析電路

我國電力規(guī)程給出的經(jīng)驗(yàn)公式說明，雷擊輸電導(dǎo)線周圍是大地時(shí)，導(dǎo)線上感應(yīng)過電壓的幅值與雷電流的幅值以及導(dǎo)線的平均高度成正比，與雷擊點(diǎn)離導(dǎo)線的距離成反比。可采用下面的方法對施感電壓函數(shù)進(jìn)行簡化，施感電壓幅值的計(jì)算式為：

式中:Um 為施感電壓的幅值，I 為雷電流幅值，h 為輸電導(dǎo)線的平均高度，S 為雷擊點(diǎn)與導(dǎo)線的最近距離。施感電壓的波形則取為雙指數(shù)波，波形參數(shù)為2.6/40μs。

2.2 10kV 線路計(jì)算結(jié)果

10kV 配電線路導(dǎo)線的平均高度取10m，發(fā)生雷擊時(shí)雷擊點(diǎn)距離輸電導(dǎo)線的最短距離S 取65m，根據(jù)施感電壓幅值計(jì)算公式(3)，要使施感電壓達(dá)到Um=100kV，需要的雷電流幅值為26kA，雷電流幅值超過I 的概率為：

由此可以計(jì)算得到，雷電流幅值超過26kA 的概率為P=50.65%。輸電線路兩側(cè)附近地面遭受雷擊時(shí)，線路總閃絡(luò)次數(shù)的計(jì)算公式為：

式中:N 為線路每100km·y (標(biāo)準(zhǔn)雷暴日40d) 遭受雷擊閃絡(luò)的次數(shù)，λ 為地面落雷密度，取為0.07，P 為雷電流幅值超過I 的概率，S 為雷擊點(diǎn)與導(dǎo)線的最近距離。

當(dāng)Um=100kV，10kV 配電桿塔高度h=10m 時(shí)，計(jì)算得到線路總閃絡(luò)次數(shù)為N=27.09。

當(dāng)線路末端裝設(shè)有氧化鋅避雷器MOA 后，由于其對感應(yīng)過電壓的限制，此時(shí)要使輸電導(dǎo)線上的最大感應(yīng)電壓達(dá)到能夠引起絕緣閃絡(luò)的100kV，施感電壓需要更大，也就是要有更大的雷電流才能造成線路絕緣發(fā)生閃絡(luò)。表明避雷器的存在，使線路的耐雷水平提高了。施感電壓和感應(yīng)雷耐雷水平的具體大小則跟避雷器的具體布置方式有關(guān)。表1 給出了不同的避雷器布置間距下，感應(yīng)雷耐雷水平以及線路總閃絡(luò)次數(shù)的變化情況。

表1 感應(yīng)雷耐雷水平及線路總的閃絡(luò)次數(shù)變化情況

2.3 不同線路絕緣水平下感應(yīng)雷耐雷性能計(jì)算

配電線路容易遭受感應(yīng)雷危害的一個(gè)重要原因就是線路的絕緣水平低。因此，加強(qiáng)線路的絕緣水平，是提高線路耐雷水平、降低雷擊閃絡(luò)次數(shù)的重要措施。

表2、 表3 和圖3 給出了10kV 配電線路分別取80kV，100kV，120kV 的線路絕緣水平時(shí)，感應(yīng)雷線路耐雷水平和總閃絡(luò)次數(shù)隨避雷器安裝間距的變化情況。

圖3 10kV 線路不同絕緣水平下線路總閃絡(luò)次數(shù)變化情況

表2 10kV 線路不同絕緣水平下感應(yīng)雷耐雷水平變化情況kV

表3 10kV 線路不同絕緣水平下線路總閃絡(luò)次數(shù)變化情況次

3 結(jié)論

通過探討10kv 配電線路的防雷措施，筆者總結(jié)出以下兩點(diǎn)結(jié)論：①感應(yīng)雷過電壓是影響10kv 配電線路安全運(yùn)行的最主要原因，建議對于10kV 配電線路每隔300m 裝設(shè)一組避雷器，可將線路閃絡(luò)次數(shù)降低90%以上；②線路感應(yīng)雷耐雷水平的提高有助于降低線路總閃絡(luò)次數(shù)，這也表明增強(qiáng)線路的絕緣水平是提高感應(yīng)雷耐雷水平和降低線路閃絡(luò)次數(shù)的有效措施。

［1］秦粟.10kv 配電線路雷擊故障特性分析及防雷策略[J].電子測試，2013（13）.

［2］梁耀升，梁喜標(biāo).10kv 配電線路防雷措施分析[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2012（11）.