10kV配網架空線路防雷的現狀分析及建議

宋光華

（廣州市電力工程設計院有限公司, 廣州 510220）

0 引言

10kV配網線路是廣東地區主要的配電網絡，該網絡主要承擔面向廣大用戶直接提供電能的任務。由于該網絡經過的地形、地貌多樣，有如蛛網般的網絡結構復雜，線路的絕緣水平低，線路的運行維護與輸電電路有較大的差距，配電網很容易遭受雷擊事故，引起接地短路、斷線或跳閘事故，造成國民經濟和人們生活受損。據監測數據統計，配電線路中因雷害事故造成的停電事故占配電線路事故的21.91%，為了實現電力系統的安全穩定運行，采取恰當的防雷保護措施，做好配網架空線路的防雷保護措施是相當有重要意義的。

1 雷電參數

1.1 地面落雷密度

2008年1-8月廣東省平均地閃密度1.73次/（km2.a），雷電日約138日，雷電強度較去年同期明顯增強，其中地閃密度最大的地區為廣州3.38次/（km2.a）、最小的為梅州1.03次/（km2.a）。

2008年1-8月及2007年同期連續兩年地閃密度位于前七位的地區為廣州、佛山、惠州、東莞、湛江。

1.2 雷電流幅值概率分布

將2008年1-8月廣東地區雷電流幅值概率分布曲線與過電壓保護規程推薦的概率分布曲線LgP=-I/88比較，15kA以下雷電流幅值概率明顯高于規程，而15kA以上雷電流幅值概率明顯低于規程。較小的雷電流容易繞擊導線造成線路跳閘，可能導致線路繞擊跳閘率高。

2 配電線路雷電過電壓及防雷措施

配電線路上的雷電過電壓分直擊雷電過電壓和感應雷電過電壓。直擊雷電要比感應雷電(后者一般不超過300～400kV)過電壓危害更大，因此架空線路防雷主要是防直擊雷電過電壓。線路防雷可以有四道防線：

2.1 第一道防線：保護導線避免雷直擊，加裝避雷線防雷

沿全線架設有接地的單避雷線，導線受到它的屏蔽，感應過電壓就會降低。在室外開闊地帶同桿架設避雷線對配電架空絕緣線路進行屏蔽保護，導線上的感應電壓將降低(1-k)倍，k為避雷線與導線之間的耦合系數乘以沖擊系數。

防止雷電繞擊導線的主要技術措施是減小避雷線對邊導線的保護角，設計規程要求66kV以下架空線路地線的保護角宜采用20-30度，山區單根地線的桿塔可采用25度。據統計，廣東線路繞擊跳閘比例較高，建議10kV架空線路設計保護角按小于10度考慮，特別是雷害比較嚴重的山區，可采用零度或負保護角或加裝其他防雷裝置。

2.2 第二道防線：雷擊塔頂或避雷線時避免絕緣發生閃絡。為此，需降低桿塔的接地電阻，在桿塔上加裝加裝線路避雷器

多雷區、強雷區或地閃密度較高的地段，除改善接地裝置、加強絕緣和選擇適當的地線保護角外，可采取安裝線路防雷用避雷器的措施來降低線路雷擊跳閘率，配電型氧化鋅避雷器是配電網主要的防雷設備，目前廣泛應用于配電網及配電設備的防雷保護。安裝線路防雷用避雷器應符合下列要求：

（1）安裝線路避雷器宜根據技術經濟原則因地制宜的制定實施方案。（2）線路避雷器宜在下列地點安裝：多雷地區發電廠、變電站進線段且接地電阻較大的桿塔；山區線路易擊段桿塔和易擊桿；山區線路桿塔接地電阻過大、易發生閃絡且改善接地電阻困難也不經濟的桿塔；大跨越的高桿塔；多雷區同塔雙回路線路易擊段的桿塔。

線路避雷器可以提高線路耐雷水平、降低雷擊跳閘率，尤其是對防止易擊段桿塔線路絕緣子雷擊閃絡作用明顯。線路中間避雷器主要用于保護絕緣子、提高線路耐雷水平，線路終端避雷器除保護絕緣子外，主要用于防雷電侵入波進入變電站、避免線路開關遭受多重雷擊損壞。廣東地區線路避雷器運行可靠，效果總體良好，但是作為配電網防雷元件它也有一些局限性，主要有：（1）避雷器動作電壓及殘壓參數固定，不能根據設備絕緣水平的差異實現差異性的保護和精細保護；（2）避雷器通流容量的局限，如果配電線路由于絕緣水平過高導至通過避雷器的雷電流較大，避雷器會承受不著雷電流的能量而發生爆炸；（3）避雷器易老化、易損壞，閥片直接在電網運行電壓下，易發生電腐蝕導至電老化，或由于受潮損壞，自身會引起電網故障；（4）運行成本高，避雷器在運行時需定期進行試驗或輪換，會加大運行維護工作量，導至運行成本高，因而不適宜于在線路上大量安裝。總之，由于避雷器閥片長期承受工頻電壓，長期運行會有老化現象，運行部門要定期檢測其泄漏電流，保證安全可靠。

當前廣東配網線路雷擊跳閘率仍然較高，繼續推進線路避雷器的防雷應用有很大的意義。但是不能盲目大量安裝，應加強針對性和技術經濟比較。

2.3 第三道防線

當導線發生雷電沖擊閃絡時，盡量減少由雷電沖擊閃絡轉變為穩定電力電弧的幾率，降低雷擊跳閘次數。因此應降低線路上的工頻電場強度。

由架空線路構成的配電網，當單相接地故障電容電流10kV 不超過20A時，宜采用不接地方式；當超過上述數值且要求在故障條件下繼續運行時，宜采用消弧線圈接地方式。

2.4 第四道防線

發生跳閘后也不中斷供電，為此，可采用自動重合閘裝置，或用雙回路以及環網供電。

3 配網架空絕緣線路雷擊斷線防護

架空絕緣導線因具有較好的絕緣水平，投資少等優點，在配電線路中得到廣泛的應用，但使得雷電過電壓造成的絕緣導線斷線的事故也越來越多。國內外的運行經驗表明，架空配網絕緣導線遭受雷電過電壓絕緣子閃絡時，相間電力電弧會使絕緣導線熔斷。據北京電力公司統計，1998年2436km絕緣導線線路發生雷擊斷線達14次。

雷電過電壓導致閃絡時，瞬間雷電流很大，但持續時間較短，僅在架空絕緣導線上形成擊穿點，導線不會燒斷。當發生雷電過電壓閃絡，尤其相間（不一定在同一電桿上）發生閃絡后，沿著雷擊通道引起工頻續流，電弧熱量劇增，但是由于架空絕緣導線絕緣層阻礙電弧在其表面移動，高溫弧根停留在絕緣層的擊穿點進行放電，該點溫度過高將導線熔斷，發生斷線。防止絕緣導線雷擊斷線可通過在架空絕緣線路上加裝防弧金具實現。防弧線夾高壓放電電極可以提前于導線熔斷時對絕緣子鋼腳放電，避免導線斷線；防弧線夾與絕緣子鋼腳的空氣間隙避免工頻電弧續流，避免一些瞬時性故障轉變為永久性故障，提高重合閘成功率。防弧線夾安裝方便，經濟性好，對雷擊斷線有很大的作用。

在2013年5月廣州發生的一次雷擊10kV配網架空絕緣導線跳閘事件中，10kV配網架空絕緣導線裝設有避雷線和穿刺型防弧線夾，雷擊該段線路后，防弧線夾高壓電極向支柱絕緣子鋼腳放電，形成閃絡，引起單相接地故障跳閘，然后線路成功重合閘，雷擊未引起架空絕緣導線斷線。

需要注意的是，由于橫/立擔對結構鋼筋的擊穿放電電壓很低，采用自然接地方式時最好將橫/立擔通過金屬線相連后與結構鋼筋等電位，否則，極易發生電桿雷擊“爆皮”（混凝土層局部雷擊脫落）問題。

4 線路防雷的建議

4.1 開展線路綜合防雷改造

按照中國南方電網公司要求，推進線路防雷綜合改造。對雷擊事故較高的線路進行綜合防雷改造；防雷改造應有針對性，至少積累該線路3-5年以上的雷擊跳閘數據，現場調查后分析造成線路跳閘率高的主要原因。對已改造線路，應跟蹤記錄1-5年運行數據，明確是否見效。對于部分線路改造效果不明顯的，應分析具體原因，總結經驗和教訓。

4.2 提高線路防雷設計標準

廣東經濟社會發展到新階段，線路走廊較難選擇，新建線路大多位于山地或突出空曠地帶，容易遭受雷擊，因此可以提高配網架空線路絕緣配合和過電壓設計標準。

4.3 加強線路規劃管理

通過繼電保護和重合閘，在雷擊故障發生后及時切除故障和恢復送電，防止瞬時雷擊故障擴大或造成線路永久停電。加強配電網規劃和建設，完善網架結構，提高供電可靠性。

[1]中華人民共和國電力行業標準，交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合(DL/T620-1997)[S].北京:中國電力出版社，1997.

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