10kV配電線路防雷措施探究

摘要：10kV配電線路是當前我國社會電力系統的主要部分，由于絕緣等級不高和電網結構復雜等特點，雷擊故障較多，影響供電系統安全和廣大用電戶的正常用電。為保證供電網路的安全穩定運行和人民群眾生命財產安全，文章研究10kV配電線路與雷電的關系，分析幾種常見的雷擊電壓形式，研究相應的解決策略，為提高10kV配電線路防雷水平提供指導。

關鍵詞：10kV配電線路；雷電波；防雷措施；電網結構；電力系統 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM862 文章編號：1009-2374（2016）32-0123-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.061

粵東地區夏天常遭受大范圍的雷災，去年我區配電網遭受兩次大面積雷暴災害，幾十條10kV配電線路故障，減少供電量超過300萬千瓦時，另外不少自動化設備和通訊設備損壞，價值十幾萬元。在雷災中，架空線路受災最嚴重。架空線路的防雷保護是電力系統防雷工作的重點。架空線路長度長、分布廣，遭受雷擊的機會多，由此產生的事故也多。又由于雷擊產生的雷電波可以沿線路侵入變電站，危及站內電氣設備的絕緣，因此必須重視和做好架空線路的防雷保護。

1 10kV配電線路雷擊分析

1.1 雷擊過電壓的分類

配電線路一般都是架設在較為空曠的地方，如道路兩側、溝渠堤岸、農田等，由于周邊建筑低矮、高大植物較少等特點，極有可能發生雷擊事故。整體來看，我國常見的配電雷擊形式可以分為直擊雷過電壓和感應雷過電壓兩種。

直擊雷過電壓基本原理就是帶電雷云靠近地表較為突出的導電體（如架空線路中的塔桿和導線）因距離不足產生放電。由于雷云中電荷含量較高，通常造成瞬間電壓過高、電流較大。這種高電壓放電現象在通過架電線路設備過程中會對導線和絕緣子造成強大的壓力，極易損壞這類元件。

感應雷過電壓是一種間接雷擊效應，當架空線路周邊其他物體遭受雷擊時，產生的雷電波在架空線路上會產生形成較大的感應電壓，感應電壓足夠大時會造成線路的元件受損。雷擊感應過電壓在我區配電絕緣線路雷擊事故中比例較高。

1.2 雷擊架空導線的原理分析

根據線路遭受雷擊的特點，可以從下述兩個方面分析：

1.2.1 雷擊會造成線路絕緣閃絡。雷擊線路但不致引起絕緣閃絡的最大雷電流峰值稱為線路的耐雷水平。線路的耐雷水平越高，則線路絕緣發生閃絡的機會越小。線路防雷的第一類措施，就是要保證線路具有較高的耐雷水平，以減少絕緣閃絡的機會。

如果Um大于絕緣子鏈的沖擊放電電壓U50%，就會發生閃絡。因此可求得線路的耐雷水平為：。

如果線路架設了避雷線，這時對線路的絕大部分雷擊將落在桿塔或避雷線上，雷電流通過桿塔較小的接地電阻入地，所產生的過電壓較小。也就是說，可以達到比較高的耐雷水平，從而減小了絕緣閃絡的機會。

1.2.2 雷擊可能會造成線路跳閘。線路絕緣受雷擊發生閃絡后，只有當雷擊引起的沖擊閃絡轉變為由工作電壓維持的工頻電弧并持續到等于或超過繼電保護的整定時間后，才會引起跳閘。由沖擊閃絡轉變為穩定工頻電弧的概率與電源容量及去電離條件等影響因素有關，但主要的影響因素是作用于電弧路徑的平均電位梯度。沖擊閃絡轉為穩定工頻電弧的概率——稱為建弧率，可按下式計算：

式中：Ue為額定電壓；lj為絕緣子串長度（m）；lm為木橫擔線路的線間距離（m），對于鐵橫擔和鋼筋混凝土橫擔線路，lm=0。在額定電壓一定的情況下，增加絕緣子串片數可降低建弧率。

對于額定電壓不高的線路，即使耐雷水平不高，容易發生沖擊閃絡，但由于建弧率較低，因此即使不用避雷線，仍有較好的運行指標。

由絕緣子串的平均運行電壓梯度計算公式可知，在我區的配電線路中，由于采用鐵橫擔（lm=0），中性點不接地，故與鐵橫擔中性點有效接地系統相比，E較小，建弧率也相對較低，線路的耐雷性能較好。

采用中性點非有效接地或經消弧線圈接地的運行方式，可使由雷擊引起的大多數單相接地故障能夠自動消除，不致引起相間短路和跳閘。

2 10kV配電線路防雷擊策略探討

2.1 總體防雷擊策略

總體的防雷擊策略應當是圍繞著設備革新、線路結構簡化、重點防護感應雷擊這些方面來進行探討。

2.2 防雷擊具體策略

2.2.1 裝設避雷線。目前，在輸電線路中，裝設避雷線是最基本和最有效的防雷措施。我市地處雷電多發地區，為防雷害，我區電網所有的110kV線路都架設了避雷線。我區配電網在雷暴重點區域的配電架空線路上也安裝了避雷線，近年的多次雷擊天氣中較好地保護了線路。

2.2.2 安裝過電壓保護器。目前我區大多數配電線路均安裝了過電壓保護器，從近幾年的使用效果來看，防雷擊效果較好。這種過電壓保護器一般是由架空絕緣導線、絕緣子、電極、氧化鋅閥片、引流環、橡膠絕緣外套等結構部分組成的，該裝置的基本原理是利用裝置與絕緣線路并聯關系，雷擊事故發生時，保護器會發出保護動作，通過導通作用將雷電流通過桿塔引入地面，降低運行導線和電塔之間的電壓差，讓閃絡事故發生概率降低甚至不發生。

2.2.3 安裝穿刺型防弧金具。穿刺型防弧金具是一種較為新型的配電線路壁壘設備，這種設備通常是由高壓電極和低壓電極兩部分構成，高壓電極利用穿刺齒與絕緣導線中的導體相連，在雷擊發生時將高電位引出，同時高壓電極和低壓電機也構成了雷擊放電間隙和工頻電弧燃燒間隙，將雷擊的放電集中在高壓電極和低壓電機之間就可以讓防弧金具作為主要的受雷擊部位，避免運行線路遭受雷擊的損害。

2.2.4 安裝穿刺型防雷金具。防雷金具與防弧金具在基本目的上具備一定的相似性，都是利用設備自身作為替代品來代替線路承受雷擊傷害，避免線路的故障。防雷金具一般由絕緣罩、絕緣導線和絕緣子等部分構成。防雷金具安裝在線路絕緣子附近的絕緣導線上，雷擊事故發生時，防雷金具就會將雷電電壓吸引，穿刺電極和接地電機之間發生閃絡，形成短路通道，接續的工頻電弧就會在防雷金具上燃燒，雷擊發生事故從導線線路轉移到防雷金具上，有效地避免了線路故障。

2.2.5 裝設自動重合閘。根據運行經驗，配電線路雷擊事故多為瞬時故障，當線路跳閘后電弧就會自行熄滅，由于斷路器動作很快，電弧燃燒時間很短，線路絕緣一般不會損壞，不會形成永久性故障，因此可以利用自動重合閘，使線路繼續恢復供電，不影響用戶正常生產和生活。

3 結語

從某種意義上來說，目前的各類防雷擊設備都是將雷擊電壓或雷擊電流從重要結構轉移到附屬結構上來進行抵消，這種替代類的防雷擊措施是當前防雷的主流手段，這種附屬結構雖然在某種程度上會增加電力網絡的運營成本投入，但是相較于整個系統的安全穩定運行，這種投入仍然是具備一定的經濟性的。

線路防雷問題是一個技術經濟問題。我們不希望線路由于雷擊而頻繁跳閘，造成經濟上的重大損失，因此必須采用適當的防雷措施。另外，在防雷方面要求過高，使投資大大增加，也是不合算的。因此在確定線路的具體防雷措施時，應根據線路的電壓等級、負荷性質、系統運行方式、當地原有線路的運行經驗、雷電活動的特點、地形地貌的特點等條件，通過技術經濟比較來確定。

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作者簡介：黃培強（1974-），男，廣東汕頭人，廣東電網汕頭澄海供電局中級工程師，研究方向：電力調度及配電生產運行管理。

（責任編輯：秦遜玉）