青藏高原地區10kV架空配電線路防雷措施研究

劉國強

摘 要：本文針對青藏高原地區年雷暴日數遠高于同緯度地區，10kV架空配電線路易遭受雷擊，造成配電線路發生閃絡，架空導線雷擊斷線的現狀，分析、減少降低絕緣閃絡、短路故障跳閘和雷擊斷線事故的防護措施，采用穿刺型防弧金具與串聯外間隙氧化鋅避雷器配合對10kV架空配電線路進行保護，結合青藏高原地區地址條件復雜，土壤電阻率高的情況提出切實可行的接地降阻方法。

關鍵詞：青藏高原;10kV架空配電線路;線路防雷措施

1 概述

夏季青藏高原是巨大的熱源區，高原主體上空氣流以上升運動為主，而南北兩側各有一個下沉氣流區與之相聯系。研究表明，由于高原特殊的地形分布，其熱力和動力作用會對其上空的大氣環流產生強烈影響，導致青藏高原成為全年對流云出現最多的地區之一，其陣型降水日數、雷暴日數、冰雹日數遠高于長江中下游地區。青藏高原不少地區年雷暴日數都在50-70天，是全國雷暴的次中心。[1]雷擊易造成輸配電線路絕緣閃絡、短路故障跳閘、雷擊斷線等事故，嚴重威脅電力系統運行的安全性和可靠性。本文在收集、分析10kV配電線路防雷技術的基礎上，面對10kV架空配電線路運行嚴峻的防雷形勢，提出較為有效的防雷保護措施，旨在總結經驗、分析不足，為10kV配電電線路安全可靠運行提供依據。

2 雷電對架空線路的危害

當架空線路受到雷電直擊或線路附近發生落雷時，導線上會因為直擊產生巨大的雷電流或因電磁感應產生過電壓。當雷電直擊產生的雷電流流過導線時，會產生大量的熱量。如果熱量超出導線的承受能力，便會導致導線燒斷或斷股。感應雷引起的過電壓往往高達線路相電壓的幾倍甚至幾十倍，使線路絕緣發生單相或多相閃絡，造成配電線路跳閘，甚至設備燒毀等事故，不僅影響設備的安全運行，而且嚴重影響了日常生產、造成了較大的經濟損失。

3 10kV架空配電線路防雷保護措施

10kV架空配電線路桿塔高度通常很低，且分布廣，絕緣水平也較低，因此，線路附近落雷引起感應過電壓的概率遠高于線路直接遭受雷擊。而10kV架空線路附近大地遭受雷擊時，會使線路上三相同時產生感應過電壓，從而造成兩相或三相絕緣子同時發生閃絡。[2]因此，由雷電直擊造成10kV架空線路斷線事故的概率很小，而感應雷過電壓則是引起10kV架空線路雷擊跳閘的主要原因。有研究表明，感應雷過電壓引起的閃絡或故障約占雷擊跳閘事故的90%[3]所以，10kV架空配電線路防雷保護的重點應為防止感應雷過電壓引起的絕緣閃絡。

3.1 采用穿刺型防弧金具 穿刺型防弧金具，具有成本低廉，安裝維護方便的特點。如圖1所示，穿刺型防弧金具由高、低壓電極構成G1、G2 兩個間隙，分別用于釋放和熄滅雷電沖擊電弧。其中高壓電極與絕緣導線穿刺連接，引出高電位，且配戴了絕緣罩，用于給工頻電弧弧根的運動留有通路，低壓電極安裝于絕緣子底部。該防弧金具能夠在絕緣子閃絡之前放電，從而使電弧在金具上釋放能量燃燒，減少絕緣閃絡和導線斷線事故的發生。在10kV配電網的實際運行中，對于易發生雷擊跳閘事故的線路桿塔每基安裝支柱絕緣子配合穿刺型防弧金具的方法已經取得了顯著的效果。

圖1 ?穿刺型防弧金具的構成[4]

3.2 串聯外間隙氧化鋅避雷器 普通的線路避雷器雖然能夠提高線路的耐雷水平，但是因長期承受工頻電壓，還要間歇地承受雷電過電壓及工頻續流，很容易老化而產生故障。為彌補這種缺陷，可在10kV配電線路上使用帶串聯外間隙的氧化鋅避雷器。氧化鋅閥片具有很理想的非線性伏安特性，在額定電壓下，其對應的電流一般不超過A。因此，氧化鋅閥片在工作電壓下相當于一個絕緣體。

由于氧化鋅的理想非伏安特性，氧化鋅避雷器在正常運行中不受工作電壓的影響，因而避免了自帶火花間隙的一系列缺點。相比帶火花間隙的傳統避雷器，氧化鋅避雷器具有耐污性能好，無放電時延等優點，因而有更低廉的制造和維護成本和更好的保護性。在實際的線路防雷工作中，應結合實際經驗，在重要配電線路和易遭受雷擊段每基桿塔安裝串聯外間隙的氧化鋅避雷器，可以以較低的經濟成本保證配電線路防雷的可靠性。

3.3 降低接地電阻 防雷接地是10kV架空配電線路的一項重要防雷措施，其作用是將雷電流引入大地從而降低雷電流流過防雷保護裝置時引起的電位升高。而接地電阻是指土壤的電阻大小，它反映了電流在土壤中的傳導能力。接地電阻越小，接地裝置對雷電流的導流效果越明顯。因此降低接地電阻能有效地提高防雷效果。

青藏高原地區地質情況復雜，地層多為砂、石，土壤電導率差，個別地段為凍土層，土壤凍結深度達1m以上。且由于氣候干旱，土壤松散、干燥，保濕性差，致導電性差。針對這種情況，可在土壤干旱松散地段的配電線路水平接地體周圍施加高效膨潤土降阻防腐劑，必要時進行換土，以降低土壤電阻率和防止接地體被腐蝕而影響接地效果。但在個別土壤電阻率很高并有凍土的地區線路，降阻劑的效果并不明顯，且換土困難，此時可采用具有吸濕、保濕、接地電阻低、耐沖擊電流和耐工頻電流性能良好的垂直接地模塊，來滿足對接地電阻的要求[5]。

4 結論

①在10kV架空配電線路上采用支柱絕緣子配合穿刺型防弧金具，穿刺型防弧金具能夠有效放電、引弧，避免雷擊引起的絕緣子閃絡和短線事故的發生。②10kV配電線路防雷，可根據實際運行經驗，在重要供電線路和易遭雷擊段在每基桿塔安裝串聯外間隙的氧化鋅避雷器，與其他線路的穿刺型防弧金具配合使用，可在較低的成本下獲得可靠的保護效果。③針對青藏高原地區土壤電導率差，且地質條件復雜，地層多為砂、石和凍土層的情況，可使用耐沖擊電流和耐工頻電流性能良好的垂直接地模塊，在難以有效直接降低土壤電阻率的情況下滿足對接地電阻的要求。

參考文獻：

[1]尤偉，臧增亮，潘曉濱，等.夏季青藏高原雷暴天氣及其天氣學特征的統計分析[J].高原氣象，2012（7）：55-61.

[2]王茂成，呂永麗，鄒紅英，等.10kV絕緣導線雷擊斷線機理分析和防治措施[J].高電壓技術，2007（1）：107-110.

[3]何建林，張電，劉渝根，等.基于實際雷電參數的10kV架空絕緣線路防雷分析[J].重慶電力高等?？茖W校學報，2011（2）：68-72.

[4]陳維江，孫昭英，周小波，等.防止10kV架空絕緣導線雷擊斷線用穿刺型防弧金具的研制[J].電網技術，2005（20）：82-84.

[5]沈剛.青藏高原防雷接地施工淺談[J].青?？萍迹?011（2）：104-106.