10kV配電線路防雷保護措施

古濟雄

(廣東電網公司 茂名高州供電局，廣東 高州525200)

隨著我國城市電力系統的不斷發展，各種電壓級別的配電站數量日益增加，對配電線路的運行安全也提出了新的要求。10kv 配電線路是確保城市工農業及生活用電的重要基礎設施，在促進經濟發展、改善人們生活方面發揮著至關重要的作用。但由于10kv 配電線路結構復雜、絕緣水平較低，在雷電活動頻繁的地區時常會發生配電線路雷擊事故，這不僅影響到配電線路的運行，給工農業的發展帶來損失，而且還可能導致配電設備和用戶設備的損壞，造成大面積的停電。因此，加強10kv 配電線路的防雷研究力度就顯得十分重要了。本文結以某地區為例，深入闡述了感應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 感應雷過電壓產生機理

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

1.2 配電線路雷擊跳閘率高的原因

結合現場調研的情況，分析配電線路雷擊跳閘率高的原因有:

1)線路所處地區落雷較多；

2)線路絕緣水平不高；

3)10kV 線路經過的地區大多為高山和丘陵，容易遭受直接雷擊；

4)線路沒有裝設避雷器進行有效保護。

2 感應雷過電壓計算

2.1 裝設避雷器對于感應雷過電壓的限制

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

圖1 避雷器布置及分析電路

為了簡化計算，假定雷擊點不位于兩個氧化鋅避雷器之間的區間的感應電壓分布與雷擊點所在的這個區間的分布相同，即圖1 中的AA′區間和BB′區間內的感應電壓的分布與區間AB 感應電壓的分布相同(這個假設的結果是計算結果偏大，偏向于安全側)。再根據對稱性和相關電路知識，可以把O 點和O′點斷開然后并聯在一起，最后得到簡化電路如圖2 所示。用圖2 來分析輸電導線末端接氧化鋅避雷器時的感應電壓分布。

圖2 簡化分析電路

我國電力規程給出的經驗公式說明，雷擊輸電導線周圍是大地時，導線上感應過電壓的幅值與雷電流的幅值以及導線的平均高度成正比，與雷擊點離導線的距離成反比。可采用下面的方法對施感電壓函數進行簡化，施感電壓幅值的計算式為：

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

2.2 10kV 線路計算結果

10kV 配電線路導線的平均高度取10m，發生雷擊時雷擊點距離輸電導線的最短距離S 取65m，根據施感電壓幅值計算公式(3)，要使施感電壓達到Um=100kV，需要的雷電流幅值為26kA，雷電流幅值超過I 的概率為：

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

式中:N 為線路每100km·y (標準雷暴日40d) 遭受雷擊閃絡的次數，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 為雷擊點與導線的最近距離。

當Um=100kV，10kV 配電桿塔高度h=10m 時，計算得到線路總閃絡次數為N=27.09。

當線路末端裝設有氧化鋅避雷器MOA 后，由于其對感應過電壓的限制，此時要使輸電導線上的最大感應電壓達到能夠引起絕緣閃絡的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生閃絡。表明避雷器的存在，使線路的耐雷水平提高了。施感電壓和感應雷耐雷水平的具體大小則跟避雷器的具體布置方式有關。表1 給出了不同的避雷器布置間距下，感應雷耐雷水平以及線路總閃絡次數的變化情況。

表1 感應雷耐雷水平及線路總的閃絡次數變化情況

2.3 不同線路絕緣水平下感應雷耐雷性能計算

配電線路容易遭受感應雷危害的一個重要原因就是線路的絕緣水平低。因此，加強線路的絕緣水平，是提高線路耐雷水平、降低雷擊閃絡次數的重要措施。

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，感應雷線路耐雷水平和總閃絡次數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次數變化情況

表2 10kV 線路不同絕緣水平下感應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次數變化情況次

3 結論

通過探討10kv 配電線路的防雷措施，筆者總結出以下兩點結論：①感應雷過電壓是影響10kv 配電線路安全運行的最主要原因，建議對于10kV 配電線路每隔300m 裝設一組避雷器，可將線路閃絡次數降低90%以上；②線路感應雷耐雷水平的提高有助于降低線路總閃絡次數，這也表明增強線路的絕緣水平是提高感應雷耐雷水平和降低線路閃絡次數的有效措施。

［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.10kv 配電線路防雷措施分析[J].科技創新與應用，2012（11）.