山區10kV配電線路雷電故障分析

摘要：本文通過對10kV配電線路雷電故障的分析，對其發生的原因及其防范措施進行了探討，用陜西省地方電力系統寧陜供電分公司10kV關五線發生的雷電故障案例，指出雷電活動對電網造成的安全危害，提出線路防雷保護措施，以確保電網的安全、經濟、可靠、穩定運行。

關鍵詞：10kV配電線路 ?實例分析 ?防雷措施

0 引言

寧陜縣地處秦嶺南麓中段，總面積3678平方公里，其中山林地占96.41%，平、緩坡地2.73%，水域占0.8%，俗稱“九山半水半分田”，10kV配電線路走徑多在高山峻嶺之中，地形地貌復雜，氣候變化多端，常年氣候溫暖濕潤，多數地區雷電日在30個左右，尤其是夏季，個別地區氣象條件復雜，雷電活動比較頻繁，進而在一定程度上容易引發輸電線路跳閘。近年來，寧陜供電分公司通過降低接地電阻、提高線路絕緣水平等一系列行之有效的常規防雷方法，取得一定的效果。但是，對于一部分線路，由于所在土壤的電阻率比較高，降低接地電阻存在一定難度，并且費用相對比較高、工作量比較大，在防治雷害方面，缺乏必要的措施。在這種情況下，有必要研究分析不受條件限制的線路防雷措施，綜合運用線路避雷器、降低桿塔接地電阻等，結合雷擊形式的實際情況，進而在一定程度上提高防雷效果。

1 雷電的產生及雷擊分類

所謂雷電是指，天空中帶異種電荷的雷云相互碰撞進而產生瞬間劇烈放電現象。雷電對大地上的物體造成的雷擊主要分為兩種：

①直擊雷

大地上的某一點或某一地上物受到帶電云層的猛烈放電，這種放電產生的破壞力非常大。對于10kV及以下的配電線路和設備來說，根據國家有關防雷規程，不需要單獨架設相應的避雷線或裝設避雷針等防雷措施，這是因為只有極少的雷電能夠直接擊中配電線路。

②感應雷雷擊過電壓

在發生雷云放電前，線路上正電荷被吸引到靠近電場突變點附近的導線上，進而在一定程度上成為束縛電荷，對于負電荷來說，由于遭到排斥而向兩側運動;雷云開始放電后，迅速中和負電荷，此時正電荷逐漸喪失束縛力，以電壓波的形式迅速向兩端傳播，形成靜電感應過電壓。

2 10kV配電線路雷擊故障原因

通常情況下，多種原因都可能導致10kV配電線路發生絕緣子擊穿或爆裂、斷線、配變燒毀等雷擊事故。雷擊事故與雷擊線路之間存在較大的關系，而且與設備自身存在的缺陷也有一定的關系，其原因主要包括：

2.1 裝設的絕緣子質量不過關

在質量方面，P-15、P-20針式絕緣子存在缺陷，寧陜地區近一、兩年來，雷擊針式絕緣子爆裂事故頻頻發生，進而在一定程度上造成10kV線路接地或相間短路。

2.2 10kV線路防雷措施不足

近幾年，寧陜地區為了確保輸電線路的安全，許多線路的配電變壓器都換成氧化鋅避雷器，但是，一些較長的10kV架空線路依然沒有安裝這種避雷器。

2.3 避雷器接地裝置不合格

輸電線路安裝的接地裝置不合格，其接地電阻值超過10歐，這種接地裝置的泄流能力比較低，當發生雷擊時，其電流不能快速流入大地。

3 實例分析

2013年7月6日14：23分，寧陜供電分公司關口變電站124關五線零序保護告警，電壓監測情況為A相電壓為0kV、B相為10.1kV、C相為10.2kV，事故象征判斷為124關五線A相接地。

城關供電所接到調度通知：124關五線已轉冷備用，要求維修人員盡快排查故障。當時暴陣雨剛停，之前縣城關五線方向雷電活動劇烈，初步判斷為線路雷擊故障。維修人員將124關五線39號桿斷口絲具拉開，對線路的上下段用2500V搖表進行了絕緣測試，測試結果為后段線路A相電阻為0Ω，前段測量結果符合標準，判斷19#桿后段有接地現象，這時維修人員接到董家壩村民反映，停電前打雷時看見對面山上線路有火球，響聲較大。當維修人員趕至現場，發現關五線103號耐張桿A相瓷瓶絕緣被擊穿，經搶修后恢復送電。

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故障原因分析：

①該線路全長42.07公里，只在2個斷口處安裝了線路避雷器（線路3.1公里、20.7公里處）。

②該10kV線路穿越寧陜雷電活動日平均值較大的強雷區，本次故障桿地勢點較高。

③縣公司近年來只進行了35kV線路的絕緣子的零值測試，而10kV線路還未開展。

本次故障采取的措施：將懸式瓷瓶片數增加為3片。

4 防雷措施

4.1 在防雷方面，對于10kV配電線路來說，需要從設計抓起，在對線路進行設計的過程中，需要結合山區多雷的實際情況，進而在一定程度上采取相應的設計對策。在選擇桿塔時，不能套用傳統的通用設計模式，需要根據當地多雷的實際情況，以及運行經驗，注重跨越桿塔的保護角和轉角桿跳線的屏蔽。在架設屏蔽針桿塔的過程中，通常情況下，需要降低桿塔的接地電阻（R<10Ω）。與土壤電阻率相比，如果線路桿塔比較高，并且接地電阻難以滿足規程需要時，在這種情況下，需要延伸接地。

4.2 增加分流。桿塔遭受雷擊后，在塔身與接地電阻之間產生高電壓。這時，通過增加分流的方式，可以減少桿塔的反擊電位。一是設置耦合地線，其作用主要表現為增加分流和增大地線與導線的耦合系數。根據運行經驗顯示：作為防雷措施，耦合地線方式比較理想，但是必須通過降低接地電阻或將接地體延伸等措施對耦合地線的終端桿塔進行防護。二是鋪設延伸接地。通過延伸接地的方式，在一定程度上可以增加地中散流，同時對導線也有耦合作用，在這種情況下可以降低雷電的反擊率。三是降低桿塔接地電阻，塔頂電位對桿塔接地電阻產生不同程度的影響，根據規程的相關要求，其接地電阻低于10Ω，土壤電阻率一般小于25～30Ω。

4.3 提高線路的絕緣水平。對于配電線路來說，絕緣是安全運行的基礎，為此，需要采取措施，確保各條線路具有良好的絕緣性。一是對絕緣子質量加強管理，確保掛網運行絕緣子的質量。二是對絕緣子的零值加強檢測。三是對于掛網運行的劣質絕緣子要及時的更換。四是通過增加絕緣子片數的方式，對個別雷電活動強烈跳閘頻繁的桿塔進行處理，進而在一定程度上提高承受反擊電壓的能力。

4.4 處于多雷區的架空線路，建議在距離避雷器較遠的線路中間位置加裝氧化鋅避雷器，改善接地裝置，或適當架設耦合地線。對于個別高的桿塔建議裝設氧化鋅避雷器保護，減小雷擊對線路造成的危害。

4.5 防雷裝置的接地電阻值必須符合有關運行規程的規定，接地引下線的截面積不應小于50平方毫米，接頭不宜過多，以免接觸電阻增大，影響雷電流泄放。

5 結束語

雷電活動屬于小概率事件，具有較強的隨機性，為了做好10kV配電線路的防雷工作，通常情況下，需要抓住其關鍵點。通過上述分析，在線路走徑設計中，為防止和減少雷害故障，需要對線路經過地區雷電活動強弱程度、地形地貌特點和土壤電阻率的高低等情況進行綜合考慮，同時結合原有線路運行經驗以及系統運行方式等，通過比較選取合理的防雷設計，提高10kV配電線路的耐雷水平。

參考文獻：

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作者簡介：李建成，男，工程師，主要從事輸配電及用戶工程。