10kV架空配電線路感應(yīng)雷過電壓防護(hù)探究

鄧宇輝

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司江門開平供電局，廣東 江門529300）

0 引言

常出現(xiàn)于架空線路上的雷擊過電壓有直擊雷過電壓與感應(yīng)雷過電壓2種形式，直擊雷過電壓對(duì)架空線路的危害比較大。因此，以往的研究長(zhǎng)期偏向于對(duì)直擊雷過電壓的防護(hù)研究。但在實(shí)際架空線路受雷擊的影響中，由感應(yīng)雷過電壓引起的故障占了架空線路受雷擊影響產(chǎn)生故障的大多數(shù)，所以對(duì)架空線路的感應(yīng)雷過電壓的防護(hù)研究是十分重要的。

1 雷電概論

1.1 雷電參數(shù)

雷電參數(shù)包括：（1）雷暴日、雷電小時(shí)。只要在某一天（或一小時(shí)）中聽到一個(gè)雷聲就屬于一個(gè)雷暴日（或雷電小時(shí)）。地理位置與雷暴日的分布有密切關(guān)系，通常來說，熱且潮的地區(qū)相較于冷且干燥的地區(qū)多，陸地相較于海洋多，山區(qū)相較于平原多。在我國(guó)，南方地區(qū)的年平均雷暴日大于50日，屬于多雷區(qū)。（2）地面落雷密度。它指的是在每一個(gè)雷暴日地面每平方公里受到的平均落雷次數(shù)，與雷暴日有關(guān)，可表示為γ＝0.023T，其中Td是雷暴日數(shù)。（3）雷電參數(shù)還包括雷電流的幅值、波形以及陡度。

1.2 感應(yīng)雷過電壓簡(jiǎn)介

電氣設(shè)備附近地面被雷擊中，在雷電放電過程中因?yàn)榭臻g電磁場(chǎng)出現(xiàn)急劇的變化使得沒有直接被雷擊中的電氣設(shè)備出現(xiàn)感應(yīng)的過電壓，稱為感應(yīng)雷過電壓。有關(guān)資料顯示，10kV配電線路因雷擊而引起的故障的主要因素為感應(yīng)過電壓，因此感應(yīng)雷過電壓應(yīng)作為配電線路的防雷保護(hù)重點(diǎn)。

1.3 感應(yīng)雷過電壓的產(chǎn)生機(jī)理

以負(fù)雷電來舉例，在放電的初始階段，先有一個(gè)先導(dǎo)放電過程，在雷云和先導(dǎo)通道的電場(chǎng)中存在著線路，因?yàn)榇嬖陟o電感應(yīng)，沿著導(dǎo)線方向的電場(chǎng)強(qiáng)度會(huì)將在導(dǎo)線兩端的正電荷吸引到與先導(dǎo)通道靠近的一段導(dǎo)線上，此時(shí)形成束縛電荷，同時(shí)由于Ex的排斥作用使導(dǎo)線上的負(fù)電荷向兩端運(yùn)動(dòng)，通過系統(tǒng)中性點(diǎn)以及線路的泄漏電導(dǎo)流向大地，在先導(dǎo)通道中不會(huì)形成明顯的電流，同時(shí)導(dǎo)線的電位和遠(yuǎn)離雷云處的導(dǎo)線電位一樣。當(dāng)雷云對(duì)線路附近的地面放電時(shí)，之前存在于先導(dǎo)通道中的負(fù)電荷會(huì)快速被中和，先導(dǎo)通道的電場(chǎng)快速降低，這時(shí)釋放了導(dǎo)線上的束縛電荷，它們沿著導(dǎo)線的兩側(cè)運(yùn)動(dòng)，由此形成了感應(yīng)雷過電壓，如圖1所示。

圖1 感應(yīng)雷過電壓形成示意圖

1.4 感應(yīng)雷過電壓危害

大部分的10kV架空配電線路的絕緣水平低，感應(yīng)雷過電壓會(huì)引起其對(duì)地閃絡(luò)，當(dāng)前的配電網(wǎng)采取的是不直接接地的方式，其優(yōu)點(diǎn)是線路在發(fā)生單相接地故障后，還能繼續(xù)0.5～2h的運(yùn)行，這使得供電可靠率提高。但隨著電纜以及架空線路的逐漸增多，在單相接地故障發(fā)生于配電網(wǎng)時(shí)，如果接地的電弧沒有自己熄滅則會(huì)引起短路，造成停電以及設(shè)備損壞。

2 防護(hù)措施

2.1 提高線路的絕緣水平

在配電網(wǎng)線路中，由雷電活動(dòng)產(chǎn)生的感應(yīng)雷過電壓因?yàn)榕潆娋W(wǎng)的絕緣水平低，很容易造成線路的絕緣子閃絡(luò)事故，并且在配電線路中為了節(jié)約投資通常使用的是同塔多回路技術(shù)，這種情況下因?yàn)橥嗷芈返母骶€路之間沒有足夠的電氣距離，當(dāng)一回線路受到雷害之后線路的絕緣子對(duì)地?fù)舸諝鈺?huì)由于持續(xù)的接地電弧產(chǎn)生熱游離以及光游離，因?yàn)橥瑮U架設(shè)各回路的間距不大，游離的電弧會(huì)影響到其他電路，這會(huì)引起同桿的各回路接地事故的發(fā)生，在嚴(yán)重時(shí)有可能出現(xiàn)多回路同時(shí)跳閘。對(duì)于這種問題，可以采取的方法是增強(qiáng)線路絕緣水平，具體的措施有：用絕緣導(dǎo)線代替裸導(dǎo)線、使絕緣子片增加、于導(dǎo)線和絕緣子間增加絕緣皮以及更換絕緣子型號(hào)等，絕緣水平的提高能夠明顯降低因感應(yīng)雷過壓而造成的線路閃絡(luò)。

2.2 對(duì)于架空絕緣導(dǎo)線的雷擊防斷線措施

有實(shí)踐研究表明，在線路上安裝防雷絕緣子，雖然在雷擊中還是會(huì)出現(xiàn)絕緣子受損的現(xiàn)象，但是沒有發(fā)現(xiàn)有斷線的現(xiàn)象出現(xiàn)，這表明絕緣子對(duì)防止遭受雷擊斷線的情況有效。同時(shí)還表明，在安裝了防雷絕緣子后，配電線路的跳閘重合的成功率較高，達(dá)到90%，所以在10kV配電線路加裝防雷絕緣子，能夠有效地防止絕緣導(dǎo)線受到雷擊斷線，其防雷支柱的絕緣子結(jié)構(gòu)如圖2所示。

2.3 降低10kV配電線路的雷擊建弧率

（1）對(duì)配電網(wǎng)的運(yùn)行使用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈的中性點(diǎn)接地方式，能夠使配電網(wǎng)中的單相接地電流得到自動(dòng)補(bǔ)償，從而促使接地電弧熄滅，自動(dòng)補(bǔ)償消弧裝置可以對(duì)配電網(wǎng)的電容流進(jìn)行實(shí)時(shí)地在線測(cè)量，確保自動(dòng)補(bǔ)償電流，控制補(bǔ)償后的殘流在一定范圍內(nèi)，使其小于熄弧臨界值，這樣有利于電弧熄滅，以有效降低電弧故障建弧率，提高供電的可靠性。（2）通過消弧線圈來治理過電壓。大量研究以及實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，將自動(dòng)跟蹤安裝補(bǔ)償裝置安裝在電容電流超過10A的配電網(wǎng)中，由于該裝置能夠?qū)埩髦凳冀K控制在10A以下，從而有利于接地電弧熄滅，可以有效控制住發(fā)生弧光接地過電壓，致使配電網(wǎng)的故障建弧率降低。

圖2 防雷支柱絕緣子結(jié)構(gòu)圖

2.4 加強(qiáng)避雷器對(duì)10kV配電線路的保護(hù)

對(duì)于配電線路中的雷過電壓，避雷器能夠產(chǎn)生很好的防護(hù)效果，但目前其僅能使安裝了避雷器的桿塔受到保護(hù)，若能夠使配電線路上的全線都受到避雷器保護(hù)，這是一個(gè)很好的防雷措施，但是這在當(dāng)前的經(jīng)濟(jì)以及技術(shù)上都存在困難，所以在安裝避雷器對(duì)配電線路進(jìn)行保護(hù)時(shí)，有如下建議：（1）將避雷器安裝在配電線路雷害的事故多發(fā)段桿塔；（2）將避雷器安裝在配電線路的分支處桿塔；（3）將避雷器安裝在重要的配電設(shè)備處，如配電變壓器、柱上開關(guān)以及刀閘等；（4）將避雷器安裝在架空絕緣線路和電纜線路的轉(zhuǎn)換處。

2.5 降低配電設(shè)備接地電阻

將自動(dòng)重合閘裝置投運(yùn)在配電線路中，可以使配電線路中受到雷擊而造成的破壞范圍有效減小，同時(shí)還能夠?qū)⒁蚶缀υ斐傻乃矔r(shí)故障如絕緣子閃絡(luò)等快速切除，使配電線路的供電可靠性得到有效的提高。

3 結(jié)語(yǔ)

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)電力的需求日益增長(zhǎng)，對(duì)供電質(zhì)量的要求也越來越高。10kV線路供電的覆蓋面大，總線路很長(zhǎng)，并大多以架空形式出現(xiàn)，缺少避雷線，暴露在野外，很容易受到雷擊，而大多數(shù)尤其是在南方地區(qū)，如果不能將防雷措施做好，很容易造成配電設(shè)備損壞，影響正常的生產(chǎn)生活。因此，對(duì)10kV架空線路做好防雷保護(hù)是十分重要的。

［1］陳思明，尹慧，唐軍，等.10kV架空配電線路感應(yīng)雷過電壓電暫態(tài)特性分析［J］.電瓷避雷器，2014（2）

［2］竺興妹.架空配電線路感應(yīng)雷過電壓防護(hù)的研究［J］.機(jī)械制造與自動(dòng)化，2009（6）