配電網安全運行的防雷措施探討

程志林

（廣東電網肇慶供電局，廣東 肇慶 526070）

配電網安全運行的防雷措施探討

程志林

（廣東電網肇慶供電局，廣東 肇慶 526070）

分析雷電產生機理及雷擊過電壓形式，指出感應雷過電壓是配電網安全運行的雷害事故的主要原因。架空線防雷是配電網防雷的關鍵，需要從降低架空配電線路閃絡概率、防止雷擊架空絕緣線路斷線、避雷器與間隙配合、選用恰當的中性點運行方式、降低配電設備接地電阻并加強防雷保護多方位采取措施，提高供電可靠性。

架空線路；過電壓；防雷措施

架空線是裸露在大自然中，是雷害影響配電網安全運行最主要因素。據肇慶地區跳閘事故統計，雷電引起的跳閘事故次數占所有跳閘事故的76％。在一些土壤電阻高、地形復雜、雷害多發的地區，雷害對配電網安全運行的威脅就更為明顯。盡管經過多年改造，肇慶地區城鄉電網狀況得到極大的改善，但在雷電活動頻繁地區，雷擊事故并沒根本的好較，嚴重影響供電可靠性。因此，解決配電網線路的雷害依然是電力生產一線工程師迫切的課題。

1 配電路線感應雷過電壓

1.1 雷電的產生原理

帶電荷的雷云是引起雷電放電的唯一原因，或雷云內部放電、或雷云之間放電或雷云對大地放電，通常研究的雷害是指雷云對大地放電。雷云對地放電過程分為先導放電階段、主放電階段、余光放電階段。由于雷云對大地的靜電感應，在雷云負電荷與大地正電荷越積越多，開成巨大的電容器，此電容器的電場強度達到一定程度產生擊穿，一段指向大地的導電通道便打開了，這導電通道便是雷電先導，一段接一段的向前推進，當下行先導與地面發出的迎面先導相遇時實現正負極“中和”，產生巨大的瞬時電流，伴隨著閃電與雷鳴的出現，這就是主放電階段。主放電結束后，云中還帶有殘余的電荷也會經過導電通道流下來，電流約數百安，持續時間相對長，這階段稱為余光放電階段。雷云分布不均勻還會引起第二個、第三個甚至更多的電荷中心向第一個電荷中心放電，由經第一個導電通道流過大地，但電流相對較小。

1.2 配電線路雷擊過電壓形式

直擊雷過電壓和感應雷過電壓是配電線路遭受雷害的兩種過電壓形式。直擊雷過電壓是指雷云直接擊中配電網的電力裝置、桿搭，伴隨著巨大的電流經過被擊物體流入大地，致使極高的電壓降產生。感應雷過電壓是雷電擊中大地時，處于擊中點附近的線路會因電磁感應而產生過電壓的現象。據肇慶供電局近五年來的雷害事故統計，10kV架空配電線路遭受雷擊事故中，由雷擊產生的線路閃絡或故障，75％是由于感應雷過電壓引起的，25％是由于直擊雷引起的。由此可見，架空配電路線雷擊形式主要是感應雷過電壓，感應雷過電壓及其防雷措施是研究本文的重點。

1.3 感應雷過電壓產生及危害

雷云同時存在正負兩極雷電，但主要以負雷電為主。在負雷電在雷云放電開始前已經向大地發展先導放電，在清電感應的作用下，處于雷云與先導通道電場中的線路也會產生沿導線方向的電場，在場強的作用下，導線靠近先導一側形成束縛電荷，并向兩端運動，經中性點我泄漏電導流入大地。當雷云對地放電，先導通道負電荷迅速中和，導線束縛電荷被釋放，沿導線形成感應雷過電壓，這種靜電壓突然消失而引起的感應過電壓是感應雷過電壓的靜電分量。雷電通道中的雷電流在通道空間建立的強大電磁場變化產生的高壓稱為感應雷過電壓的電磁分量。靜電分量比電磁分量要大很多，在感應雷過電壓幅值構成上，主要是看靜電分量的影響。

肇慶市10kV架空配電線路絕大多數絕緣子少，絕緣水平低，容易受雷害影響導致絕緣子閃絡或者三相導線對地閃絡。多數架空配電網采用中性點不接地的接地方式，在發生斷續性的弧光接地就會引起非常高的弧光過電壓，導致整個配電網中的絕緣薄弱設備都可能被放電擊穿，引發安全事故。當感應雷過電壓沿線侵入配電室或竄入低壓系統時，情況現危險，不但損壞設備、造成停電事故，還威助人員的人身安全。

2 架空配電線路防雷措施

2.1 降低架空配電線路閃絡概率措施

由于雷云活動與放電形式原因，感應雷過電壓盡管幅值小，但變化較大，容易造成絕緣擊穿。線路雷擊閃絡概率跟感應過電壓與配電線路絕緣水平密切相關，用統計方法計算，可能認為每個區間雷擊并引起絕緣子閃絡的次數疊加可得到全年雷擊的閃絡次數。由于配電線路絕緣水平較低，且還有采用塔多回路技術，受到線路間電氣距離的影響，一旦其中一會路線遭受雷害后，發生絕緣子對地擊穿，那么在工頻電流影響下，持續的接地電弧使得空氣發生光游離與熱游離，引發短距離的其他回路發生接地事故，更嚴重的會引起多回路同時跳閘。針對這種情況，可以采取將絕緣導線代替裸線、更換絕緣子型號、增加絕緣子片數、增加絕緣子絕緣皮等等措施，增強路線的絕緣水平，降低感應雷過電壓造成線路閃絡的概率，提高配電線路供電可靠性。

2.2 防止雷擊架空絕緣線路斷線措施

架空絕緣導線處于電纜和架空裸線之間，既能降低樹矛盾，又遠低于電纜的投資。但當發生雷電過電壓閃絡時，引起數千安培工頻續流，高溫弧根被固定在絕緣層的擊穿灼燒，使其脆化，降低導線拉斷強度；絕緣子閃絡在電弧通道上也會形成絕緣皮全針孔，導線表現產生紋痕；弧根產生的電磁推力與工頻短路電流的平方成正比，加上導線截面自身受到重力和張力的作用，使得導線受到多種力的作用。以上多種原因會導致架空絕緣導線在感應雷過電壓下發生整體斷裂。

針對雷擊架空絕緣線路斷線機理，應該采取三點預防措施：第一，安裝避雷器。借鑒輸電路線安裝避雷器的實踐防雷效果，可以在架空線路配電路線也使用此方法。選用目前較為先進、認可度比較高且免維護的氧化鋅避雷器，安排在配電路線容易遭受雷害段以及配電變壓品、柱上開關等配電設備，對配電線路進行全面的保護；第二，提高線路局部的絕緣水平。為提高線路的沖擊放電電壓，采用架空絕緣導線固定處加厚絕緣的方式；第三，并聯放電間隙在絕緣子之間，使得間隙的放電電壓大于絕緣子的沖擊電壓，使得線路雷電放電只在保護間隙之間發生，防止絕緣導線絕緣層被擊穿。

2.3 避雷器與間隙配合保護線路

安裝避雷器是保護架空配電線路的非常好措施，但在實踐中大量使用避雷器，不僅成本高，而且運行維護困難，因此，應該是有選擇性地安裝避雷器，如在架空絕緣線與電纜轉換處安裝，在配電變壓器、刀閘、柱上開關等重要設備處安裝，在雷害事故多發段安裝，線路T接處、分支處桿塔安裝等。同時要科學設計保護間隙，配合避雷器保護配電線路。設計保護間隙時應當達到兩方面要求：一是設計保護間隙要耐受操作過電壓，不應被正常系統預測的操作過電壓所擊穿；二是保護間隙距離要滿足雷擊線路閃絡時迅速捕捉電弧根部，將故障電流引入大地，使得電弧盡可能不接觸到絕緣子表面，從而起到保護導線、絕緣子、線路零部件的作用。配電網安裝保護間隙還有解決絕緣線路紛雷擊損傷、避免絕緣子長時間爬弧而燒傷、有利于提高 重合閘的重合成功率、運行維護也簡介，可以用肉眼進行檢查。

2.4 選用恰當的中性點運行方式

10kV架空配電路線的雷擊建弧率與中性點運行方工密切相關，實踐表明，采用科學的中性點運行方式，可以有效地降低配電路線的雷擊建弧率。選用恰當的中性點運行方式需要從三個方面發出：

第一，可以采用消弧線圈補償工頻續流方法。配電線路選用中性點經消弧線圈接地的中性點運行方式，配電網的單相接地電流得到自動補償裝置實時的自動補償，使得接地電弧小于熄弧零臨界值，以達到熄滅的目的，有效地降低了電弧的建弧率。

第二，安裝自動跟蹤補償消弧裝置。長期的實踐證明，在電容電流超過10A的配電網安裝自動跟蹤補償消弧裝置可以有效地將殘流控制在10A以下，熄滅接地電弧，控制弧光接地過電壓的發生，這是解決長期以來因雷電過電壓引起的配電網弧光接地過電壓與鐵磁諧振過電壓的可靠措施。

第三，根據不同網絡結構選用不同的中性點接地方式。如純架空配電線路時宜采用消弧線圈；架空線與電纜混合中，當電纜占總長度50％時，慎投消弧線圈；當電纜占總長度70％以就當采用經小電阻接地和配合零序保護方式運行。

2.5 降低配電設備接地電阻并加強防雷保護

在配電線路運行中，降低接地電阻通常有水平接地體和施加降阻劑進行降阻的兩種方法。水平接地體是最常見的降阻方式，但在高土壤電阻率和干旱地區效果不明顯，而且容易腐蝕，使用年限比較短。施加降阻劑進行降阻是水平接地體方式的一個很好的補充，在水平接地體周圍施加高效膨潤土降阻防腐劑，相當于增大接地體截面，具有很強的吸水性和保水性，并隨時間而滲透與擴散，有效降低接地土壤的電阻。另外，還需要加強如配電變壓器、柱上開關、電纜分接箱等配電設備的防雷保護，選用一些體積小、重量輕、易安裝且具有防水、耐污、防爆和密封性能好避雷器進行防雷保護，配電變壓器要求執行“三點共一地”的接地方法等等。

3 結語

架空配電線路能否安全運行，關鍵在于防雷措施是否到位。雷害事故的發生是由多方面原因共同造成的，防雷措施需要全方位的考慮，降低架空配電線路閃絡概率、防止雷擊架空絕緣線路斷線、避雷器與間隙配合、選用恰當的中性點運行方式、降低配電設備接地電阻并加強防雷保護等措施在一定程度上達到防雷的目的，但要永絕雷患，還需要更深入的研究。

[1]陳維江.防止10kv架空絕緣導線雷擊斷線用穿刺型防弧金具的研究[J].電網技術，2005（20）.

[2]王宇，楊文彥.配電變壓器防雷保護措施分析[J].貴州電力技術，2006（03）.

程志林（1960—）男，廣東肇慶人，主要從事：配電線路運行維護管理工作。