配網(wǎng)防雷技術(shù)保護(hù)方案研究

（廣東電網(wǎng)公司佛山高明供電局，廣東 佛山 528500）

配網(wǎng)防雷技術(shù)保護(hù)方案研究

蘇耀隆

（廣東電網(wǎng)公司佛山高明供電局，廣東 佛山 528500）

本文筆者結(jié)合多年的配電網(wǎng)實(shí)際運(yùn)行工作經(jīng)驗(yàn)，針對(duì)目前我國(guó)配網(wǎng)雷擊故障方面問(wèn)題進(jìn)行了分析，并研究試用了新型雷電過(guò)電壓保護(hù)裝置，因此，對(duì)配網(wǎng)防雷薄弱環(huán)節(jié)提出了技術(shù)改進(jìn)方案，以提高配電網(wǎng)防雷保護(hù)效果和供電可靠性。

配網(wǎng)；防雷；保護(hù)措施

一、概述

配網(wǎng)系統(tǒng)是向客戶(hù)供電的重要末端環(huán)節(jié)，直接決定了局部區(qū)域的供電可靠性水平。據(jù)本地區(qū)域10kV配網(wǎng)故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在每年配網(wǎng)停電故障中，約70%是雷害造成。佛山市高明區(qū)近年年均雷暴日約140天，遠(yuǎn)高于國(guó)家年平均40天雷暴日的多雷區(qū)標(biāo)準(zhǔn)，屬于重雷區(qū)。在社會(huì)對(duì)供電可靠性要求更高的形勢(shì)下，針對(duì)“逢強(qiáng)雷暴皆可能跳閘停電”的配網(wǎng)防雷保護(hù)提出整套技術(shù)改進(jìn)方案，十分有必要。

二、雷擊配網(wǎng)原因分析

雷擊有兩種形式，一種是直擊雷，一種是感應(yīng)雷。

雷電流一般高達(dá)數(shù)十千安，在雷電直接擊在配電設(shè)施時(shí)，局部過(guò)電壓數(shù)值（＞500kV）將遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)配電線(xiàn)路和設(shè)備的絕緣水平，配網(wǎng)線(xiàn)路和設(shè)備的絕緣將不可避免地被永久擊穿。由于配電線(xiàn)路離地面不高（≤15米），帶電線(xiàn)路與地絕緣，鄰近的構(gòu)建物、樹(shù)木等物體均有一定的集雷效應(yīng)，直接擊中配電線(xiàn)路的雷電概率相當(dāng)少。

感應(yīng)雷過(guò)電壓，包括放電前形成的靜電感應(yīng)過(guò)電壓，和放電瞬間產(chǎn)生的電磁感應(yīng)過(guò)電壓，疊加時(shí)幅值可達(dá)400～500kV，已超過(guò)配電線(xiàn)路絕緣子和設(shè)備的雷電沖擊耐壓，極容易發(fā)生線(xiàn)路絕緣子閃絡(luò)或配網(wǎng)設(shè)備絕緣擊穿，是配網(wǎng)防雷的關(guān)鍵。

按雷電成因分析，配電線(xiàn)路易受雷擊的區(qū)域包括：穿越高壓輸電線(xiàn)路或鄰近通信鐵塔、跨越大片水體等地方。據(jù)高明區(qū)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，在雷擊導(dǎo)致永久故障中，位于上述區(qū)域的配網(wǎng)故障點(diǎn)分別占了54%、37%。

三、配網(wǎng)雷害故障分析

受運(yùn)行成本限制，配網(wǎng)設(shè)備的耐雷水平整體較低。高明區(qū)10kV線(xiàn)路耐張串采用兩片XP-7耐張絕緣子，直線(xiàn)桿塔瓷橫擔(dān)使用SQ-210或SC-210型，雷電全波沖擊耐壓均≥200kV；變壓器或開(kāi)關(guān)的雷電沖擊耐受電壓一般≥60kV；YJV22交聯(lián)電纜的雷電沖擊耐受電壓≥95kV。

（一）感應(yīng)雷過(guò)電壓估算。根據(jù)理論分析與實(shí)測(cè)結(jié)果，當(dāng)雷擊點(diǎn)距離線(xiàn)路附近時(shí)（≥65米），線(xiàn)路上產(chǎn)生的感應(yīng)過(guò)電壓最大值可按下式計(jì)算：

UJ=25×I×hd/S （kV）

I為雷電流峰值（kA）,hd為導(dǎo)線(xiàn)平均高度（m），S為雷擊點(diǎn)與線(xiàn)路的距離（m）

從雷電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)可知道，近3年高明區(qū)雷電流小于100kA的比例為98.8%，超過(guò)100kA的概率極少，可取100kA作為雷電流極限值。

按雷電流100kA落雷點(diǎn)距離線(xiàn)路65米，導(dǎo)線(xiàn)高度15米計(jì)算，線(xiàn)路感應(yīng)過(guò)電壓

UJ=25×100×15/65=576 （kV）

按10kV線(xiàn)路耐雷水平（200kV）、雷電流100kA反向估算落雷點(diǎn)的最近安全距離

S=25×I×hd/UJ、=25×100×15/200 =187.5 （米）

按10kV線(xiàn)路耐雷水平（200kV）、落雷點(diǎn)65米反向估算最大安全雷電流值

I=S×UJ/（25×hd）=65×200/（25×15）=34.7 （kA）

從雷電系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)，近年高明區(qū)雷電流大于34.7kA的比例為27.2%。

從上述估算，感應(yīng)雷對(duì)配網(wǎng)線(xiàn)路的危害很大，大電流的雷電感應(yīng)過(guò)電壓與直擊雷的危害相仿。由于10kV線(xiàn)路相間距離較少，感應(yīng)雷過(guò)電壓同時(shí)作用于三相線(xiàn)路，對(duì)地閃絡(luò)時(shí)大部分表現(xiàn)為三相對(duì)地閃絡(luò)，引起線(xiàn)路跳閘。

（二）雷害故障分析。根據(jù)本地區(qū)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，在線(xiàn)路投入重合閘保護(hù)功能下，雷擊跳閘的重合成功率一般達(dá)到85%。在重合不成功和單相接地的停電故障中，無(wú)法準(zhǔn)確定位故障點(diǎn)但試送電成功的比例約占36%，判斷為多點(diǎn)雷擊或相間沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)為穩(wěn)定工頻電弧；避雷器爆裂約占23%，耐張瓷瓶爆裂約占18%，線(xiàn)路斷線(xiàn)約占18%，其他原因約占5%。

保設(shè)備一直是配網(wǎng)防雷保護(hù)的重點(diǎn)，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是在設(shè)備兩端安裝無(wú)間隙金屬氧化物避雷器。從運(yùn)行數(shù)據(jù)可看出，配網(wǎng)主要設(shè)備，如變壓器、柱上開(kāi)關(guān)等，防雷保護(hù)較成功，極少發(fā)生雷擊燒毀情況。

然而，線(xiàn)路上的雷害故障較突出，反映了線(xiàn)路防雷的不足。在重合閘不成功的故障中，約36%屬相間持續(xù)閃絡(luò)或隱蔽性臨界缺陷。氧化鋅避雷器因內(nèi)部受潮或閥片老化，在高電壓強(qiáng)電流沖擊下，內(nèi)部熱崩潰擊穿或爆裂，極易引發(fā)單相接地或兩相短路故障造成次生停電事故。瓷質(zhì)絕緣瓶雷擊后表面閃絡(luò)或內(nèi)部擊穿，形成接地放電通路。小線(xiàn)徑導(dǎo)線(xiàn)在通過(guò)大電流時(shí)熱穩(wěn)定性不足發(fā)熱斷線(xiàn)。特別是雷擊引發(fā)的單相接地停電事件，故障點(diǎn)通常十分隱蔽，故障定位時(shí)間較長(zhǎng)，延誤了快速?gòu)?fù)電，降低了供電可靠性。

四、配網(wǎng)防雷保護(hù)的改善措施

從上述分析，目前配網(wǎng)防雷的現(xiàn)狀是：注重電力設(shè)備，忽視供電線(xiàn)路；注重設(shè)備安全，忽視供電穩(wěn)定；注重一次防范，忽視次生事故。以問(wèn)題為導(dǎo)向，配網(wǎng)防雷保護(hù)方向應(yīng)進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整，以適應(yīng)高供電可靠性要求。因此，設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)須相應(yīng)進(jìn)行完善。

（一）防范直擊雷。架設(shè)避雷針或避雷線(xiàn)是最有效措施，但相對(duì)配網(wǎng)投資額度，成本太高，只適合特別重要的線(xiàn)段。在路徑選擇上，盡量避開(kāi)輸電線(xiàn)路、大片水體、通訊鐵塔等易落雷地方。

（二）設(shè)備防雷。在主要設(shè)備兩端，設(shè)置無(wú)間隙式的金屬氧化物避雷器雷。降低接地電阻，接地線(xiàn)與設(shè)備外殼相連接地。

（三）線(xiàn)路防雷，以防感應(yīng)雷為主。本地區(qū)近年大量試用了兩類(lèi)過(guò)電壓保護(hù)器作為線(xiàn)路防雷的常規(guī)保護(hù)，每相隔約100米桿塔安裝一套，放電計(jì)數(shù)記錄顯示動(dòng)作較多，已安裝的線(xiàn)路極少發(fā)生雷害停電故障。過(guò)電壓保護(hù)器是在避雷器（固定式或跌落式）的基礎(chǔ)上串聯(lián)一個(gè)放電間隙。在非雷擊時(shí)，由于放電間隙存在，避雷器不再長(zhǎng)時(shí)間承受工頻電壓或過(guò)電壓，對(duì)避雷器起保護(hù)作用。在雷電過(guò)電壓時(shí)，由于放電間隙比線(xiàn)路絕緣低而瞬間擊穿建弧，氧化鋅避雷器同時(shí)動(dòng)作，隨著泄流后電壓降低，避雷器恢復(fù)工頻高阻切斷電弧電流，起到泄漏雷電流和隔絕工頻電壓的“泄雷器”作用，使線(xiàn)路不再發(fā)生閃絡(luò)。按照近海地區(qū)的10kV線(xiàn)路典型設(shè)計(jì)方案，把過(guò)電壓保護(hù)器作為線(xiàn)路防雷常規(guī)設(shè)計(jì)后，約增加投資6%。

（四）防次生事故。無(wú)間隙固定式避雷器、瓷瓶、小線(xiàn)徑導(dǎo)線(xiàn)是雷擊次生事故的多發(fā)設(shè)施。多雷地區(qū)，避雷器應(yīng)采用跌落型的防爆式避雷器，防范避雷器本體爆裂引發(fā)的單相接地或相間短路故障。耐張絕緣子采用鋼化玻璃瓶，其

零值自爆功能可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)雷擊缺陷。避免使用LGJ-35線(xiàn)徑的架空線(xiàn)，應(yīng)采用LGJ-70以上的導(dǎo)線(xiàn)，控制導(dǎo)線(xiàn)檔距和弧垂，且電氣連接點(diǎn)應(yīng)采用可靠的AMP線(xiàn)夾或雙線(xiàn)夾模式，提高線(xiàn)路的熱、動(dòng)穩(wěn)定能力，減少斷線(xiàn)故障。

結(jié)語(yǔ)

配網(wǎng)線(xiàn)路防雷問(wèn)題是一個(gè)經(jīng)濟(jì)技術(shù)問(wèn)題。我們既不希望線(xiàn)路因雷擊頻繁跳閘，也要考慮防雷設(shè)施的投資成本。各地應(yīng)根據(jù)本地的線(xiàn)路運(yùn)行水平和雷暴活動(dòng)強(qiáng)弱，有選擇性地進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)改造。

[1]崔林．云朝山雷達(dá)站防雷措施研究[D]．長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2009．

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