10kV線路雷擊破壞及綜合防雷措施探討

丘 忠

(廣東電網公司佛山供電局,廣東佛山，528000)

10kV線路雷擊破壞及綜合防雷措施探討

丘 忠

(廣東電網公司佛山供電局,廣東佛山，528000)

10kV線路屬于中壓輸配電網絡，是我國主要的供配電網絡。本文在介紹10kV線路雷電過電壓的計算方法，并結合防雷思想及綜合對策的基礎上，探討了10kV線路綜合防雷技術措施。

10kV線路；防雷；安全

10kV線路由于存在網絡結構較復雜、分支線路較多、負荷晝夜季節波動較大、絕緣水平較低等問題，容易發生雷害。據一些統計資料和實踐工作經驗可知，雷擊也成為10kV線路跳閘故障或事故的重要組成部分，約占10kV網絡跳閘故障率的80%以上。雷擊線路事故，會直接影響到10kV中壓供配電網供電的安全可靠性，影響其運行質量和經濟效益。因此，認真分析10kV線路的工況狀態，找出雷害事故頻發的原因，并有針對性的采取合理的防雷措施和裝設防雷設備，有效提高10kV線路綜合防雷水平，確保其安全可靠、優質經濟的高效穩定運行，就顯得非常有工程實踐應用研究意義。

1 雷電過電壓計算

雷電過電壓計算中，雷電流是反映雷擊危害程度的重要指標。雷電流波形的三大主要參數(幅值、波頭時間、以及波尾)是判斷雷電流大小的重要特征參量。在大量科學研究和實際工程應用經驗的不斷積累下，雖然對雷電流參數演變規律已基本達到一致，但針對不同的工程而言，其具體數值關系間依然存在一定差異。從大量的科學研究成果表明，雷電放電過程除了與工程自身的氣象條件、地質條件、地形地貌等外部自然因素有關外，還與雷電流的測量措施、測量裝備、以及測量技術手段水平高低等有很大關聯。

為了對10KV變電站雷電過電壓進行定性分析計算，工程中通常用簡潔的數學函數關系來描述雷擊過電壓這個復雜時變過程，其典型的雷電流波形走勢圖如下圖1所示：

圖1 雷電流波形走勢圖

圖1 中，利用雙指數等值波形進行雷電流表示為：

式（1）中，常數α和β（通常β＞＞α）是雷電流變化過程中的兩個特性參數，可由雷擊閃電過程中位于先導通道處所積累的電荷密度、回擊速度、以及在雷電回反擊過程中先導電荷間相互復合率大小計算獲得。

2 10kV線路綜合防雷思想及綜合對策

2.1 10kV線路綜合防雷的思想體系

（1）對直擊雷保護要不留死角

避雷針和避雷線是電力系統廣泛采用的直擊雷防范措施，采取沿線裝設避雷線，并在易發生雷擊段加裝避雷器等防雷措施，對直擊雷保護要不留死角，可以有效避免和減小直擊雷產生的雷擊過電壓對線路設備的損害。

（2）加強沿輸電線路遠傳雷電侵入波的防護

雷電侵入波是造成電氣設備發生雷擊損害的主要破壞源，在線路規劃設計時應按照相關計算，合理選擇加裝氧化鋅避雷器，這樣可以有效抑制雷電侵入波對其它電氣設備的危害程度。應該加裝母線避雷器,用來限制線路中入侵雷電波的電壓幅值, 使通過線路侵入電氣設備的過電壓值不致于超過設備自身的沖擊耐壓值，加強沿輸電線路遠傳雷電侵入波的防護，保證設備安全運行。

（3）構筑完善接地網

線路中各類防雷裝置所捕獲或誘惑的雷電流，最終均需要通過相應的接地網絡安全可靠泄入到大地中。當雷電直接擊中線路中導線、桿塔等，為了防止雷電流出現瞬時高壓或大電流，超出設備相關耐壓值對電氣設備進行破壞，通常采用保護接地網將雷電流安全可靠的引入大地中進行泄流。綜合保護接地網是由電源線纜接地、電氣設備接地、接地導線等系統相互互連組成的完善防雷金屬接地網。

從工程實踐應用來看，降低10kV線路雷擊跳閘率的技術措施有很多種，每種措施或方案均有其優缺點，綜合投入成本也存在一定差異。在建立10kV防雷綜合體系的過程中，必須要遵循4方面的原則，即：（1）要合理優化線路路徑，盡量避免線路通過易雷擊區，降低導線雷擊發生率；（2）要采取合理的桿塔和防護方案，盡量保證線路即使受雷擊也不會使絕緣發生閃絡；（3）即使雷擊后發生閃絡，也要盡量避免其不能建立穩定的工頻電弧；（4）即使建立了工頻電弧，也要盡量保障線路供電不會中斷。

按照上述4條原則，并結合10kV線路綜合防雷治理和優化設計要求，從提高線路耐雷水平，境地雷擊故障跳閘率等目的出發，在雷害各過程中建立完善的防范體系，確保線路供電的安全可靠性。10kV線路綜合防雷的思想體系結構如圖2所示：

圖2 10kV線路綜合防雷思想體系

2.2 10kV防雷的綜合對策方案

10kV線路雷電放電，主要表現在直擊雷和感應雷在線路上產生過電壓后，引起絕緣閃絡或破壞。首先，在規劃設計、運行維護、技術升級改造等過程中，需要通過合理的方案優化，提高線路的綜合耐雷水平，其主要的技術措施包括：降低線路桿塔接地電阻、架設耦合底線、采用絕緣線路加強絕緣等。若雷擊過程中過電壓水平超過絕緣子的耐壓水平時，則會發生絕緣閃絡，相應就會形成工頻續流，此時可以采取加裝線路避雷器、加強線路絕緣水平等避免絕緣子發生閃絡。若雷擊線路引起線路發生單相接地故障時，按照相關規范要求，此時線路依然可以帶故障運行2h，此時應結合分支線路斷路器自動跳閘、自動重合閘等方案，及時隔離存在故障點的分支線路，限定雷害影響區域，提高線路的供電安全可靠性。按照圖1的思想建立包括雷電預測、堵塞式、疏導式、限定雷害地點區域四個方面的綜合對策方案，詳見圖3所示：

圖3 10kV架空線路四功能綜合方案對策

3 10線路綜合防雷技術措施探討

3.1 合理選擇絕緣子提供線路絕緣耐雷水平

目前，我局10kV線路中很多采用瓷質防污針式絕緣子、玻璃盤型懸式絕緣子、10kV瓷絕緣橫擔（加強型SQ）等。采用上述加強、防污型的絕緣子或絕緣橫擔，可以有效降低雷擊事故率，同時在防止雷擊斷線方面也存在較好的優越性。但從一些實際工作經驗可知，現場絕緣橫擔長度不夠嚴重影響到線路的綜合防雷水平，需要結合現場實際情況，合理選擇適應的橫擔長度。目前，線路中常用的支柱絕緣子，其在實際運行過程中跳閘率非常高，需要在線路技術升級改造過程中，設計出新型結構的防雷支柱絕緣子或更換為其他材質的絕緣子，確保線路具有較高運行安全性和經濟性。

3.2 增加懸式絕緣子片數提高線路絕緣水平

從實測資料表明：在污穢程度較小的地區，絕緣子50%閃絡電壓平均值在198kV左右；而在污穢較為嚴重的地區，絕緣子50%閃絡電壓平均值僅有129kV左右，嚴重影響到線路運行的安全可靠性。因此，在規劃設計、施工建設、運行維護、技術更新等環節中，對于污穢程度較嚴重的地區，筆者建議對于耐張桿塔可以在原有基礎上額外增加一片懸式絕緣子，對于直線桿塔，可以將原有的兩片57-3型支柱絕緣子并聯組成57-4，并采用兩片57-4型支柱絕緣子。通過合理增加線路絕緣子片數，可以提高線路的綜合耐雷絕緣水平。

3.3 架設線路避雷線

在DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護與絕緣配合》等國家標準中要求：對于35kV及以下的中低壓供配電線路，原則上不宜全線架設避雷線。對于雷電活動較為強烈的區域或經常出現雷擊故障的桿塔和線段，應通過架設避雷線、改善接地裝置等，提高線路耐雷水平。通過在易雷區的桿塔或線段處架設避雷線，可以改善易雷區線路的運行環境，能夠提高線路感應雷耐雷水平。但架設避雷線會增加引雷問題。因此，應結合線路實際情況，從技術、經濟等角度合理確定是否在易雷區加裝防雷避雷線。

3.4 安裝線路避雷器

安裝線路避雷器是10kV線路降低雷擊跳閘故障率較為有效的技術措施之一。由避雷器動作特性可知，當雷擊引起某相導線上的感應過電壓超過避雷器限制時，避雷器就會導通將沖擊電流泄入到大地，相應該相導線同其他未安裝避雷器的導線間就會存在一定耦合作用。耦合產生的電壓與其它相導線自身雷擊過程中產生的感應過電壓就會相互疊加，在相互抑制過程中絕緣子兩端的雷擊過電壓就會變低，線路耐雷水平也會得到有效改善。對于同塔雙回的10kV輸電線路，不同相安裝避雷器的防雷擊效果對比如表2所示：

To investigate the 10kV lightning damage and comprehensive measures of lightning protection

Qiu Zhong
(Guangdong Power Grid Corporation Foshan Power Supply Bureau,528000)

10kV line belongs to the medium voltage power network, is the main power supply and distribution network. This paper introduces the calculation method of lightning overvoltage of 10kV line,and combining the lightning protection and comprehensive countermeasures,and probes into some measures for lightning protection technology of 10kV line.

10kV transmission line;lightning protection;safety