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(tǒng)的主要部分，由于絕緣等級不高和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復雜等特點，雷擊故障較多，影響供電系統(tǒng)安全和廣大用電戶的正常用電。為保證供電網(wǎng)路的安全穩(wěn)定運行和人民群眾生命財產(chǎn)安全，文章研究10kV配電線路與雷電的關(guān)系，分析幾種常見的雷擊電壓形式，研究相應(yīng)的解決策略，為提高10kV配電線路防雷水平提供指導。

關(guān)鍵詞：10kV配電線路；雷電波；防雷措施；電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；電力系統(tǒng) 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(qū)夏天常遭受大范圍的雷災(zāi)，去年我區(qū)配電網(wǎng)遭受兩次大面積雷暴災(zāi)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(shè)備和通訊設(shè)備損壞，價值十幾萬元。在雷災(zāi)中，架空線路受災(zāi)最嚴重。架空線路的防雷保護是電力系統(tǒng)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(chǎn)生的事故也多。又由于雷擊產(chǎn)生的雷電波可以沿線路侵入變電站，危及站內(nèi)電氣設(shè)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(shè)在較為空曠的地方，如道路兩側(cè)、溝渠堤岸、農(nóng)田等，由于周邊建筑低矮、高大植物較少等特點，極有可能發(fā)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(yīng)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(chǎn)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(xiàn)象在通過架電線路設(shè)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(yīng)雷過電壓是一種間接雷擊效應(yīng)，當架空線路周邊其他物體遭受雷擊時，產(chǎn)生的雷電波在架空線路上會產(chǎn)生形成較大的感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓足夠大時會造成線路的元件受損。雷擊感應(yīng)過電壓在我區(qū)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(jù)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(luò)。雷擊線路但不致引起絕緣閃絡(luò)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(fā)生閃絡(luò)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(luò)的機會。

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

如果線路架設(shè)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(chǎn)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(luò)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(fā)生閃絡(luò)后，只有當雷擊引起的沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)橛晒ぷ麟妷壕S持的工頻電弧并持續(xù)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(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)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(guān)，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(luò)轉(zhuǎn)為穩(wěn)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(shù)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(fā)生沖擊閃絡(luò)，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(qū)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(tǒng)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(jīng)消弧線圈接地的運行方式，可使由雷擊引起的大多數(shù)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(yīng)當是圍繞著設(shè)備革新、線路結(jié)構(gòu)簡化、重點防護感應(yīng)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(shè)避雷線。目前，在輸電線路中，裝設(shè)避雷線是最基本和最有效的防雷措施。我市地處雷電多發(fā)地區(qū)，為防雷害，我區(qū)電網(wǎng)所有的110kV線路都架設(shè)了避雷線。我區(qū)配電網(wǎng)在雷暴重點區(qū)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(qū)大多數(shù)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(huán)、橡膠絕緣外套等結(jié)構(gòu)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(lián)關(guān)系，雷擊事故發(fā)生時，保護器會發(fā)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(luò)事故發(fā)生概率降低甚至不發(fā)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(shè)備，這種設(shè)備通常是由高壓電極和低壓電極兩部分構(gòu)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(fā)生時將高電位引出，同時高壓電極和低壓電機也構(gòu)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(shè)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(gòu)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(fā)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(fā)生閃絡(luò)，形成短路通道，接續(xù)的工頻電弧就會在防雷金具上燃燒，雷擊發(fā)生事故從導線線路轉(zhuǎn)移到防雷金具上，有效地避免了線路故障。

2.2.5 裝設(shè)自動重合閘。根據(jù)運行經(jīng)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(xù)恢復供電，不影響用戶正常生產(chǎn)和生活。

3 結(jié)語

從某種意義上來說，目前的各類防雷擊設(shè)備都是將雷擊電壓或雷擊電流從重要結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到附屬結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)雖然在某種程度上會增加電力網(wǎng)絡(luò)的運營成本投入，但是相較于整個系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，這種投入仍然是具備一定的經(jīng)濟性的。

線路防雷問題是一個技術(shù)經(jīng)濟問題。我們不希望線路由于雷擊而頻繁跳閘，造成經(jīng)濟上的重大損失，因此必須采用適當?shù)姆览状胧Ａ硗猓诜览追矫嬉筮^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(yīng)根據(jù)線路的電壓等級、負荷性質(zhì)、系統(tǒng)運行方式、當?shù)卦芯€路的運行經(jīng)驗、雷電活動的特點、地形地貌的特點等條件，通過技術(shù)經(jīng)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(wǎng)汕頭澄海供電局中級工程師，研究方向：電力調(diào)度及配電生產(chǎn)運行管理。

（責任編輯：秦遜玉）