淺析10kV配電線路大氣過電壓防護

徐國慶　郭艷萍　陳自強

摘 要：10kV配電線路作為距離用戶較近電力設備，由于其分布廣、設備多、結構復雜，絕緣程度較低，極易遭受大氣過電壓而出現安全生產事故。如何提高其大氣過電壓防護性能一直備受相關部門重視。筆者結合大氣過電壓的形成過程及配電線路遭受大氣過電壓的種類與特點，闡釋了10kV配電線路防范大氣過電壓的重要性，并提出了10kV配電線路的大氣過電壓防護措施。

關鍵詞：大氣過電壓；10kV配電線路；雷擊；避雷器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.151

1 10kV配電線路中大氣過電壓防護的必要性

我國10kV配電線路一般不會全線架設架空地線，且絕緣程度低，網架結構復雜，這使得雷電極易通過桿塔的反擊以及雷擊配電線路，而產生大氣過電壓。對系統所造成的傷害是非常強的，不僅嚴重危害絕緣設備，而且會影響到整個配電網的安全運行。據不完全統計，雷電活動較弱地區，全年發生的10kV配電線路跳閘事故有近30%比例源自線路遭受到雷擊引起的大氣過電壓，而雷電活動較頻繁地區，這一比例達到了80%?？梢?，對10kV配電線路進行合理且有效的大氣過電壓防護，其重要意義是可想而知的。

2 10kV配電線路中大氣過電壓的情況分析

從近十年10kV配電線路上一直采用的防雷措施進行的研究來看，大氣過電壓一般被劃分三種情況，直擊雷過電壓、感應雷過電壓和雷電波侵入過電壓。

（1）直擊雷過電壓。雷電流直接擊中10kV電氣設備、配電線路形成直擊雷過電壓。由于配電網耐壓性能差，而直擊雷過電壓的幅值較高（電壓可高達數百千伏，電流高達數十千安），所以這種過電壓的破壞性極大，造成的損壞也較大。10kV線路遭受直擊雷過電壓的雷擊跳閘率幾乎為100%。因此，配電線路遭受直擊雷時根本無法防護。

（2）感應雷過電壓。感應雷過電壓是指雷擊點在10kV配電線路附近時，強大的雷電流產生強大電磁場，與導線耦合，使臨近的配電線路感應產生瞬時過電壓。感應雷電壓幅值與雷云對地放電時的電流大小、雷擊點與線路間相對位置、雷擊點周圍環境（如土壤電阻率）、遭受感應雷擊的線路的長度、線路埋設位置、設備接地裝置的電阻等諸多因素有關系[1]。

（3）雷電波侵入過電壓。配電線路相鄰的高壓側的雷電過電壓是雷電波侵入過電壓的原因，相鄰高壓線路遭受雷擊后，由于避雷器動作使大地電位上升，從柱上變壓器的高壓側過渡到10kV側的雷電過電壓形成配電線路的雷電波侵入過電壓。

3 大氣過電壓防護分析

在10kV配電線路上常見的三種大氣過電壓中，配電線路中發生直擊雷事故所占比例并不高，研究表明，10kV配電線路由雷擊引起的線路閃絡或故障的主要因素不是直擊雷過電壓而是感應過電壓。10kV配電線路遭受直接雷過電壓的概率很小，約占雷害事故的15%。雷電波侵入過電壓危害程度相對較低，在各類大氣過電壓中不到5%。感應雷過電壓危害程度最大，導致的故障比例超過80%。因此，對架空配電線路大氣過電壓的防護研究主要針對感應雷過電壓。

4 10kV配電線路大氣過電壓防護措施

針對整個10kV配電網絡進行大氣過電壓防護處理時，首先應考慮10kV配電線路路徑盡量避開雷暴頻繁區。與此同時，10kV配電線路不可避免敷設在雷暴帶時，應當通過敷設電纜和架空地線的方式盡可能避開雷暴，并確保線路絕緣性能最優，最大限度提高10kV配電線路的整體耐雷水平。

（1）合理選擇配電網供電路徑。較長距離的10kV配電線路進行防雷設計的過程當中，首先要予以關注的是盡可能的將線路供電路徑避開雷暴現象頻發區域。對該區域歷史雷暴日及雷擊點進行統計，從而盡可能減少線路遭受雷擊概率。但是10kV配電線路由于其本身的特點，有時不得不跨越雷暴頻發區。此時應該綜合考慮該區域的用戶特點、負荷特性、雷區分布等各種情況，采取架空與電纜混合或者純電纜的方式進行配電線路敷設，以減少大氣過電壓對電力設備的影響，必要時，架空線路增加架空地線防護。

（2）增設架空地線。為了避免出現雷電直擊配電線路或在出現直擊雷、感應雷過電壓后減少桿塔的雷電流，應在10kV配電線路上方增設架空地線。在敷設架空地線時應注意在桿塔頂部架設，把導線遮住，這樣做可增加架空地線與導線之間的耦合作用以降低絕緣子上的電壓。此外，架空地線還可增加對雷電流的分流作用，將雷電流導入大地，從而大大減少大氣過電壓對線路絕緣的損耗，以延長配電線路使用年限。在架設架空地線時還應注意架空地線保護角的選擇，控制好導線的角度。在雷電災害頻發的地區，要減小架空地線的保護角。另外，在架設架空地線時，導線的材質、形狀等也是需要考慮的重要因素[2]。

（3）提高10kV配電線路絕緣水平。配電線路中的絕緣子是決定配電線路絕緣水平的主要設備。絕緣子閃絡與絕緣子U50%放電電壓水平密切相關。試驗表明，將10kV架空配電線路，由較低等級的絕緣子P10更換為較高絕緣等級的絕緣子X45后，U50%放電電壓提高近70%。因此，更換老式絕緣子與運行多年的劣質絕緣子，增加線路的絕緣水平，可有效提升10kV配電線路的耐雷水平。

（4）采用并聯間隙絕緣子與避雷器配合。避雷器對于10kV配電線路中的大氣過電壓的防護具有很好的效果，如果在10kV配電線路上全線安裝避雷器，效果很好，但是就經濟技術比不合適且運行維護成本高。并聯間隙絕緣子雖然防雷效果不如避雷器，但是具有安裝簡單、運行維護方便、價錢便宜等特點。因此，采用并聯間隙絕緣子與避雷器配合的方式，非常適合這種供電距離長，地形復雜，結構冗繁的10kV配電線路。

5 結束語

10kV配電線路是電力系統與用戶直接相連的重要環節，它的安全運行水平直接影響供電企業的經濟效益和社會效益。然而，由于配電線路點多線長面廣，運行環境較為復雜，對于抵抗大氣過電壓具有天然的弱勢。因此，10kV配電線路的過電壓防護措施的實行刻不容緩。要保證防護措施覆蓋面形成規模，防護點足夠精確，那就必須從配電線路徑規劃、運行維護、經濟技術等眾多方面入手，多措并舉配合得當才能使10kV配電線路的大氣過電壓防護真正見到成效。

參考文獻：

[1]張博.探討10kV 配網線路防雷技術措施[J].企業技術開發，2012

（23）：34-35.

[2]楊曉東.雷擊種類及其綜合防護技術淺析[J].氣象與環境學報，

2006，22（03）：48-50.

作者簡介：徐國慶（1985-），男，河北秦皇島人，碩士研究生，工程師，研究方向：配網調度及其自動化。