10 kV 架空線路防雷措施及應用——以深圳坪山配網為例

龍文華

(深圳供電局有限公司，廣東深圳518000)

0 引言

由于架空配電線路長期暴露于野外，穿越叢山峻嶺、空曠區域，且具有供電網點多、供電面積廣、供電線路長等特點，運行中極易遭受雷擊，造成停電故障，不但會給供電企業造成經濟損失，而且嚴重影響到廣大居民的正常生產和生活用電。近十幾年來，經過線路改造，深圳配網10 kV 架空線路大部分已改造為絕緣導線或電纜，配網安全運行水平顯著提高，但也出現了新的問題，架空絕緣導線遭受雷擊時，容易發生斷線故障。配電線路防雷工作一直是配網運行管理工作的重中之重。

1 坪山配網故障情況

1.1 配網線路基本情況

配網線路共287 回，其中公用線路217 條，專用線路70條，分別占75.6%和24.4%;配網線路總長1 161.2 km，其中公用線路957 km，占82.4%，專用線路204.2 km，占17.6%。在公用配網線路957 km 中，10 kV 架空線路有293.5 km，占30.7%，其中裸導線39.3 km，絕緣導線254.2 km，。

1.2 配網故障統計分析

坪山配網現有10 kV 架空線路，且大多分布在山區和空曠地區，運行環境差，雷電影響大，故障次數多。近幾年來，配網線路故障率呈逐年下降趨勢。下面對坪山2011 年～2013 年配網線路故障跳閘停電情況進行統計、分析。

1)配網故障跳閘停電次數。從統計數據得知:每年的6 ～9 月份是配電線路故障多發期，1 ～4 月份和10 ～12 月份相對較少。

表1 坪山2011 ～2013 年配網故障跳閘次數統計表

2)配網故障跳閘原因分類。從統計數據得知，引起線路跳閘最多的是自然災害，占63. 9% (其中:雷擊36. 1%;臺風21.1%);其次是外力破壞，占21.1%(其中:施工損傷9.2%;被盜4.2%);設備不良占15%(其中:公用設備5.8%，用戶設備9.2%)。

圖1 坪山2010 ～2013 年配網故障跳閘原因分類統計餅狀圖

3)配網故障跳閘原因分析。通過對坪山近3 年10 kV 配網故障的統計、分類不難看出，每年的6 ～9 月是故障的高發期，雷電造成的故障占全年故障的36.1%，占自然災害故障的56.6%。雷電對配網安全穩定運行影響越來越凸顯。雖然，我們不能阻止雷電的形成，但是，我們可以采取有效的防雷措施，加強對配網的保護。

2 配電線路防雷常識

2.1 雷電對配電線路的危害

1)電性質的破壞作用。表現為幾十萬伏、幾百萬伏甚至更高的沖擊電壓可能毀壞變壓器、斷路器、絕緣子等線路設備的絕緣，燒斷導線，劈裂桿塔，造成大規模停電;絕緣損壞可能引起短路，導致火災或爆炸事故;巨大的雷電流流入地下，可能導致接觸電壓或跨步電壓的觸電事故。

2)熱性質的破壞作用。表現為巨大的雷電流通過導體，在極短的時間內轉換出大量的熱能，造成絕緣導線燃燒或導線、金具熔化、飛濺而引起火災(如山火)或爆炸。

3)機械性質的破壞作用。表現為被擊物(如絕緣子、桿塔)遭到破壞，甚至爆裂成碎片。

2.2 雷擊配電線路的種類

1)直擊雷。雷云直接對導線、桿塔、絕緣子放電。

2)感應雷。也稱為雷電感應或感應過電壓。分靜電感應和電磁感應兩種。靜電感應是由于雷云接近地面，在架空線路或其他導電突出物頂部感應出大量電荷引起。一旦發生放電，感應電荷將轉換成強烈的高電壓沖擊波。電磁感應是由于雷擊后，巨大的雷電流在周圍空氣間產生迅速變化的強磁場引起，在附近導體上感應出很高的電壓。

3)球雷。雷電放電時形成的發紅光、橙光、白光或其他顏色的火球。它是一團處在特殊狀態下的帶電氣體。

2.3 雷擊配電線路表現形式

1)直擊:雷電直接擊落在線路上，導致線路絕緣擊穿，如直擊雷。

2)繞擊:雷電繞過避雷線擊落在導線上，或雷電繞過線路頂端導線擊落在其他導線上，導致線路絕緣擊穿，如球雷。

3)反擊:雷擊線路桿塔或附近地面，引起地點位升高，產生感應過電壓，導致線路絕緣擊穿，如感應雷。

3 雷擊故障停電原因分析

架空配電線路受雷電過電壓的影響主要分為直擊雷和感應雷。直擊雷過電壓破壞力極大，跳閘率很高，但發生機率很少。感應雷過電壓是引起10 kV 架空線路閃絡或故障的主要因素，因此，防雷保護的重點應放在感應雷過電壓的防護上。

3.1 斷線停電

裸導線遭受雷擊后，雷電過電壓引起線路閃絡，工頻續流引起的電弧由于受到電磁力，迅速沿雷擊點兩側導線表面流動、衰減，并經過絕緣子、桿塔對地閃絡放電，或經過開關、變壓器等設備處的避雷器流入大地，或在燒斷導線之前，引起開關保護跳閘，因而很少發生斷線故障(線徑小的導線除外)。但是，絕緣導線遭受雷擊后，雷電過電壓引起線路絕緣子閃絡，并擊穿導線絕緣層。而擊穿點附近的絕緣物，阻礙了電弧沿著導線表面向兩側移動、衰減。電弧只能在擊穿點燃燒，高達幾千安、幾十千安的工頻電弧電流集中在絕緣擊穿點上，并在線路開關跳閘之前，很快把導線熔斷，導致停電。

3.2 接地停電

線路遭受雷擊后，很高的雷電壓或感應過電壓擊穿絕緣子和避雷器，或很大的雷電流擊斷導線，造成線路接地故障，引起開關跳閘或調度斷開開關停電。

3.3 短路停電

線路遭受雷擊后，很高的雷電壓或感應過電壓同時擊穿兩相及以上絕緣子和避雷器時，或很大的雷電流擊兩相及以上斷導線，造成線路兩相或三相接地短路故障，引起開關跳閘停電。

4 配電線路防雷措施

由于配電線路絕緣水平低，當線路遭受雷擊時，特別容易造成接地或短路故障，造成停電，影響供電質量。因此，采用以下防雷措施，可以防止或減少10 kV 架空線路雷擊故障，確保配電線路安全運行。

4.1 架設避雷線

為避免配電線路遭受直接雷擊，可采取全線或部分線段架設避雷線，利用避雷線的保護角，對線路進行保護。該方法效果好，少維護或免維護。缺點:①全線安裝投資成本大。②防止繞擊或反擊效果較差。

4.2 安裝線路避雷器

分段或選擇山頂容易遭受雷擊的桿塔，安裝避雷器，并安裝接地裝置，接地電阻≤10 Ω。一般采用氧化鋅避雷器，可有效地截斷工頻續流，限制雷電過電壓。缺點:①全線安裝投資成本大。②避雷器閥片長期承受工頻電壓，容易老化。③增加了線路運行設備數量。

4.3 安裝避雷針

選擇山頂或空曠地帶容易遭受雷擊的桿塔，在桿塔頂端安裝獨立避雷針，并安裝接地裝置，接地電阻≤30 Ω。利用避雷針的保護角對桿塔上的導線、絕緣子進行保護，避免遭受直接雷擊。缺點:①全線安裝投資成本大，需要安裝接地裝置。②安裝前需要對原有桿塔承受能力進行計算。

4.4 安裝線路過電壓保護器

過電壓保護器相當于間隙+氧化鋅避雷器組合，在運行中不承受工頻電壓，線路損耗低，使用壽命長，免維護，故障隔離效果好，不影響線路安全運行。缺點:①全線安裝投資成本大，每基桿塔需要安裝接地裝置和接地網。②增加了線路設備數量。

4.5 安裝保護間隙

保護間隙結構簡單，維護方便，安裝在絕緣子或絕緣子串兩端，當雷擊線路時，它在系統中與自動重合閘配合使用，既可將雷電流及時接地，又可對客戶不間斷供電，從而起到防止絕緣子閃絡燒毀，維持線路正常運行的作用。缺點:①間隙不能切斷雷電流之后的工頻短路電流，必須借助于自動重合閘配合來切斷電弧。②間隙電壓擾動將影響電能質量。③間隙放電可能導致線圈形式的設備擊穿。

4.6 安裝放弧線條

在絕緣導線固定處兩側剝離絕緣層各約300 mm，在剝離段加裝防弧線條或并聯同截面裸導線，在雷擊引起絕緣子閃絡之后，工頻續流電弧迅速沿著被剝離的導線移動，通過絕緣子放電，直至線路開關跳閘，切斷電弧，避免導線雷擊斷線。因此，該方法保護絕緣導線效果最佳，投資節省，施工方便。缺點:①線路絕緣遭到破壞，若密封不好，易使線芯進水，腐蝕導線。②不能避免線路遭受直接雷擊。

4.7 改善桿塔接地電阻

架空線路桿塔接地對電力系統的安全穩定運行至關重要，降低桿塔接地電阻，是提高線路耐雷水平，減少線路雷擊跳閘率的主要措施。桿塔接地電阻高，造成線路耐雷水平低，易發生雷電繞擊或反擊，使線路跳閘，影響配網安全穩定運行。所以，在多雷區，桿塔接地電阻一般不要超過30 Ω，若是聯絡線路或重要線路，桿塔接地電阻最好＜10 Ω。充分利用鋼筋混凝土桿和鐵塔的自然接地作用，必要時對桿塔接地電阻進行改造，增設人工接地裝置。

5 典型10 kV 架空線路防雷技術應用

坪山、葵涌地處深圳東部，頻臨大鵬海灣，年平均雷暴日在80 日以上，屬于多雷區域。同時配網架空線路較長，大部分穿越空曠地域和山區，遭受雷擊的機會較多，防雷技術推廣應用尤其顯得重要。以下是典型10 kV 架空線路，采用不同的防雷技術現場應用情況。

5.1 典型線路基本情況

四回典型架空線路均穿越山區，地形復雜，運行環境差，雷電活動頻繁。分別采用了不同的防雷措施，基本情況見表2。

表2 典型線路基本情況表

5.2 防雷措施應用效果分析

從統計得知，采用全線架設避雷線技術的防雷效果最佳，采用全線安裝過電壓保護器技術的防雷效果次之，采用有選擇性(如山頂或空曠地帶桿塔)安裝避雷針和避雷器防雷技術效果也很明顯，上述防雷措施，對降低斷線和接地故障明顯，平均降幅分別達到了75%和57.3%。同時，投資成本與故障下降速度成正比，即投資成本大，故障下降快，投資成本小，故障下降慢。所以，采用防雷技術，能有效減少配網架空線路遭受雷擊的風險，從而確保配網安全可靠運行。

6 架空線路防雷措施運行維護管理

1)加強防雷設施的日常巡視、檢查、維護工作，特別是雷電高發季節，防止防雷設施缺失、失效。

2)定期測量避雷線、避雷器、避雷針、過電壓保護器和桿塔的接地電阻，防止接地裝置失能。采取措施，降低接地電阻。

3)加強配電線路絕緣子檢測和更換，抓好缺陷管理，做好消缺工作，及時消除隱患，不讓設備、設施帶病運行。

4)加大配網建設改造力度，提高線路整體絕緣水平。偏僻地區裸導線換成絕緣導線，居民區架空線路改電纜。將穿越雷電重災區的架空線路改為電纜或全線架設避雷線。

5)加裝有保護跳閘功能的分段、分支線路開關，實現配網自動化，快速切除故障段，減少故障停電范圍和時間。

6)強化防雷設備、設施施工質量管理，實施全過程質量管控，杜絕偽劣產品，嚴禁偷工減料，嚴把施工質量關。

7)新建、改建、擴建配電線路全電纜化。

8)結合實際，采用新技術、新材料、新設備，努力提高架空配電線路防雷水平。

9)做好護線宣傳工作，建立警民聯動機制，打擊盜竊和破壞配電線路防雷設備、設施的不法行為，斬斷幕后黑手。

7 結語

雷擊對10 kV 架空線路的安全運行構成了嚴重威脅，影響電力正常供應，制約經濟的可持續發展，特別是在深圳這樣經濟發達的地區，停電造成的經濟損失和社會影響不可忽視。通過這些年的不斷摸索和試驗，防雷技術已經比較成熟，很多防雷措施正被廣泛應用于配電線路的防雷保護中，效率顯著，確保了配網安全穩定運行。

［1］譚瓊，李景祿，李志強. 山區電網防雷技術［M］. 北京:中國水利電力出版社，2011.

［2］李景祿，胡毅，劉春生. 實用電力接地技術［M］. 北京:中國電力出版社，2002.

［3］丁榮.10 kV 及以下配電線路典型故障分析與預防［M］.北京:中國電力出版社，2005.