電力系統配網設備防雷保護研究

摘要：配電網防雷的主要目的是減少線路雷電跳閘次數、減小配網設備損害的可能性。近年來，10kV線路雷電災害事故頻繁，嚴重損害了供電網的安全、有效運行。文章介紹了10kV配電網防雷現狀，并針對陽江城區供電局電網的實際情況提出了電力系統配網設備的防雷保護措施。

關鍵詞：電力系統；配網設備；防雷保護措施；雷電；供電網

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1009-2374（2014）31-0098-02

在電力系統中，由于雷擊的影響，線路總會出現跳閘的電路故障事件，嚴重影響了電網的安全、有效運行。雷擊不僅能造成線路的跳閘，它的每一次閃絡都會在電路系統中引起強烈的震動，甚至可能損壞設備，導致大面積停電，給社會經濟發展帶來了巨大的損失。近年，氣候變化越來越明顯，雷電活動越發頻繁，另外，國家電網建設的不斷深入，雷擊引起的線路故障問題持續升溫，因此，必須加強對電力系統配網設備防雷保護研究。

1 10kV配電網防雷現狀

10kV配電網的網絡結構復雜、絕緣水平低、容易遭受雷擊，據相關調查結果可知，我局地處廣東省西部沿海地區，雷雨較多，雷擊跳閘率占配電網總故障率的70%，特別是在多雷、土壤電阻率較高、地形結構復雜的地區。每一次的雷擊閃絡，都可能引起變壓器、避雷器等設備的損壞，造成輸電線路停運。嚴重情況時，有些變電所10kV線路在雷電活動頻繁時全部跳閘，嚴重影響了電網的安全、經濟運行。

2 10kV架空線的防雷保護

2.1 降低桿塔接地電阻

降低桿塔接地電阻能夠增強配網線路的耐雷能力，減少線路中雷擊跳閘現象的發生。它是通過降低桿塔的沖擊接地電阻來增強線路抵抗耐雷能力的一種防雷技術。其工作原理是：當桿塔接地電阻較低時，雷擊桿塔塔頂，塔頂電位升高的程度下降，絕緣子承受的電壓強度也降低，進而增強了線路的抵抗耐雷能力，最終有效地減少了線路的雷擊跳閘次數。降低桿塔接地電阻主要包含物理降阻和化學降阻這兩種方式，其中物理降阻包括使用符合接地體、增加接地體長度和接地體的埋設深度等；化學降阻主要是指在接地體周邊敷設降阻劑，降低了電阻率，從而降低了接地電阻。

2.2 安裝線路避雷器

在線路桿塔上安裝避雷器，將其和線路絕緣子串并聯，提高安裝處線路的繞擊水平和增強抵抗耐雷能力，并有效保護絕緣子不閃絡，降低雷擊跳閘的發生。避雷器提高耐雷水平的工作原理是：線路安裝避雷器后，當雷電繞擊線路時，絕緣子串兩端產生過電壓，當過電壓大于動作電壓時，避雷器動作，通過閥片的非線性伏安特性，制約避雷器殘壓小于線路絕緣子串的閃絡電壓。雷電流經過避雷器釋放后，通過避雷器的工頻電流較低，工頻電弧在首次經過零時熄滅，線路兩側斷路器不會跳閘，電力系統仍正常運行。

2.3 采用新型絕緣子

將原來的瓷質絕緣子換成新型玻璃材質的絕緣子后，由于玻璃鋼絕緣子失效后出現零值時發生破裂，它的失效檢出率高于瓷質絕緣子，明顯提高了線路的絕緣水平，降低了閃絡事故的發生。

3 10kV架空絕緣導線的防雷保護

架空絕緣導線在遭受雷擊后，直擊雷電壓或者感應過電壓作用于導線，引起絕緣子閃絡并穿過導線絕緣層。由于被擊穿的絕緣層呈現針孔狀，短路電流受周邊絕緣的阻斷，弧根只能在針孔位置燃燒，在較短的時間內導線能被燒斷，且斷裂處比較整齊。實踐證明，架空絕緣導線在遭受雷擊時，斷線大多發生在絕緣線和導線的固定處。

3.1 安裝架空地線和避雷器

3.1.1 架空地線主要是用來預防直擊雷，在10kV架空線路中效果不是很明顯，且安裝架空地線時應該對已經存在的桿塔進行大規模改造，有些甚至還需要重新組合設立，增加了施工難度系數和成本投入。

3.1.2 安裝避雷器是較為常見也是最容易實現的方法。與傳輸線路相比，配電線路中需要保護的位置更多，無法徹底消除配電線路的雷擊故障。大量研究表明，安裝避雷器的密度和制約雷電感應過電壓的水平成正相關，因此，為有效避免或者降低配電線路中的雷電事故發生率，應保證所有桿塔均安裝避雷器。可以采用帶串聯間隙的架空配電線路附加外套避雷器的方式安裝避雷器。當雷擊線路后，穿透了避雷器間隙，雷電流經過間隙到避雷器再到大地，從而保護了絕緣導線。具體操作是將避雷器和絕緣子采用并聯的形式連接。

3.2 增加局部導線的絕緣厚度或者延長閃絡路徑

雷電過電壓作用在配電線路上，一旦絕緣子的絕緣水平在過電壓峰值下面，配電線路就會出現閃絡。閃絡后可能產生工頻續流，出現配電線路短路故障，其中線路的工作電壓、閃絡路徑長度、發生閃絡的時間、雷擊電流強度和線路參數是決定閃絡后能否引發短路的主要因素，其中線路的工作電壓和閃絡路徑的長度是最為重要的影響因素。對于中性點非直接接地的配電系統，當線路工作電壓和閃絡路徑長度的比值變小時，則雷電閃絡引起短路的可能性就比較小；當該比值在7～10kV/m范圍內，由雷電閃絡引起短路的可能性基本為零。

3.3 在架空絕緣導線上安裝防弧金具

安裝防弧金具時需要破壞絕緣導線的絕緣層。電力系統中的架空絕緣導線主要包括輻射型線路和環網線路，其中對于輻射型線路，將導線的絕緣層以絕緣子串軸線為初始位置向負荷端剝離100～150mm，且在負荷剝離段的側面加設一個較厚的鋁合金線夾。如果雷擊引起絕緣子閃絡，工頻續流電弧在點動力的影響下立即順著被剝離的導線向防弧線夾慢慢靠攏，同時弧根固定在防護線夾上開始燃燒；對于環網線路，將絕緣子兩端的絕緣子先分別剝離100～150mm，且被剝離段的兩側都應加設防弧線夾。如果雷擊引起絕緣子閃絡后，工頻續流電弧在點動力的影響下快速順著剝離導線段朝著背離電源的

方向防護線夾靠攏，同時弧根固定在防弧線夾上燃燒。

4 10kV電纜的防雷保護

設置電力電纜時應全面分析自身結構特征，并考慮與之連接的相關的電氣設施的要求，參照不同等級的電壓選取可行的防雷方法。若電纜和架空線相連時，應遵循相應的運行規范和運行流程，在所有戶外電纜的頂部安裝避雷器，并保證電纜屏蔽層有效接地，另外，在運行維護過程中應確保防雷裝置接地。

5 10kV配變的防雷保護

通常在配變高壓熔斷器熔斷后避雷器無法保護配變臺架，為有效避免此種問題的出現，一般將避雷器安裝在高壓熔斷器的前端。另外，還可以利用電抗器的原理阻止雷電侵入，將配變線的進線端纏繞成直徑100mm、10匝的電感線圈，并采取多種預防保護措施。參照相關規范要求，若配變總容量超過100kVA，應保證接地裝置的接地電阻在4Ω以下；若配變總容量在100kVA以下的，相應的接地裝置的接地電阻應該小于10Ω，同時保證每一個重復接地裝置的接地電阻不得超過30Ω，并至少有三處重復接地處。在配變臺架中，為避免雷擊損壞絕緣子，對其角鐵橫擔采用接地引下線有效接地。另外，配變兩端均應該安裝避雷器裝置。

6 380V低壓線的防雷保護

作用在低壓線的落雷，作用的沖擊波按照變壓比感應到高壓線，由于低壓線的絕緣度大于感應到高壓線的，導致高壓線首先引起絕緣擊穿。因此，在低壓線上安裝避雷器等保護裝置，制約在低壓繞阻上出現過大的電壓，也能保護高壓繞阻，且保證避雷器的接地點到鐵殼間的線路越短越好。

7 10kV配電設備的防雷保護

7.1 電纜分支箱及開關柜的防雷保護

電纜分支箱和開關柜在配電線路普遍存在，在10kV供電系統中應該采取一定的措施抑制感應雷過電壓，一般在10kV配電設備中安裝避雷器，安裝的避雷器應具備防水、耐污、密封性較好等特點，并且體積較小，便于安裝。

7.2 柱上開關的防雷保護

為保證電網的穩定運行，在10kV電網中安裝一定的柱上開關和刀閘，能提高配電網運行的靈活性，但是在實際應用過程中，容易忽視這些開關的防雷保護。如果柱上開關和刀閘處的避雷器安裝不完全或者單純在一側安裝避雷器，一旦開關斷開，將會引起雷電波的完全反射，損壞開關設備。因此，應該在柱上開關或者刀閘兩側都安裝避雷器進行防雷保護。

8 結語

10kV線路的防雷保護是一項復雜、系統的工作，由于雷擊發生的情況具有多變性且影響因素較多，因此，一定要根據各地區實際情況，參照電力科學，認真分析和研究防雷現狀，找到雷害事故頻繁發生的原因，加大配網設備的防雷保護研究，探求改進和完善配網設備的防雷措施，最終保證電網系統的安全、經濟運行。

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作者簡介：項寧（1965-），廣東陽江人，廣東電網公司陽江城區供電局電氣工程師。