0kV配電線(xiàn)路防雷問(wèn)題分析

張曉飛

1摘 要：10kV配電線(xiàn)路擁有分布范圍大，結(jié)構(gòu)復(fù)雜，絕緣水平比較低的特點(diǎn)。經(jīng)數(shù)據(jù)表示，10kV配電線(xiàn)路所有故障中，由雷擊引發(fā)的故障最多。雷擊嚴(yán)重影響了配網(wǎng)線(xiàn)路供電的可靠性，不僅給人們生活帶來(lái)不便，更給電網(wǎng)公司造成了巨大損失。基于此，本文說(shuō)明了雷擊過(guò)電壓的形式與原理，分析了雷擊對(duì)10kV配電線(xiàn)路的影響，并重點(diǎn)研究了10kV配電線(xiàn)路的防雷保護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：10kV配電線(xiàn)路；防雷措施；感應(yīng)雷過(guò)電壓

中圖分類(lèi)號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）24-0145-01

10kV配電線(xiàn)路是配電網(wǎng)的重要組成部分，總線(xiàn)路較長(zhǎng)，可以實(shí)現(xiàn)大面積供電，但是多數(shù)10kV配電線(xiàn)路為架空導(dǎo)線(xiàn)，沒(méi)有相應(yīng)的避雷措施，被雷擊中后會(huì)出現(xiàn)損壞，造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外大量學(xué)者針對(duì)10kV配電線(xiàn)路的防雷問(wèn)題做了研究，減少了其受雷擊發(fā)生故障的頻率，增加了供電的可靠性。

1 雷擊過(guò)電壓的形式與原理

1.1 雷擊過(guò)電壓形式

雷擊過(guò)電壓有兩種形式，分別為直擊雷過(guò)電壓與感應(yīng)雷過(guò)電壓。直擊雷過(guò)電壓也被稱(chēng)為傳導(dǎo)過(guò)電壓，是指雷擊直接擊中架空導(dǎo)線(xiàn)或桿塔，使大量雷電流穿過(guò)，這些雷電流會(huì)在物體阻抗或接地電阻上產(chǎn)生電壓降，被擊中點(diǎn)的電位過(guò)高，形成過(guò)電壓。感應(yīng)雷過(guò)電壓是指電力系統(tǒng)上方有雷雨云存在，線(xiàn)路就會(huì)感應(yīng)出大量與雷雨云極性相反的負(fù)荷，這些負(fù)荷形成磁場(chǎng)使沒(méi)被雷擊中的電氣設(shè)備產(chǎn)生過(guò)電壓。

1.2 感應(yīng)雷過(guò)電壓的原理

在負(fù)雷電中，感應(yīng)雷過(guò)電壓形成的原理為：雷雨云放電初期，雷電會(huì)對(duì)大地先導(dǎo)放電，而配電線(xiàn)路此時(shí)正處于雷雨云與先導(dǎo)通道的電場(chǎng)中，電場(chǎng)強(qiáng)度產(chǎn)生靜電感應(yīng)，吸引配電線(xiàn)路中正極的電荷在先導(dǎo)通道附近集中組成束縛電荷，配電線(xiàn)路中的負(fù)極電荷受排斥作用向兩端運(yùn)動(dòng)，在經(jīng)過(guò)泄漏電導(dǎo)和系統(tǒng)中性點(diǎn)后流入大地。先導(dǎo)通道的發(fā)展比較緩慢，所以線(xiàn)路中電荷的運(yùn)動(dòng)也不是特別明顯，無(wú)法形成明顯的電流。

2 雷擊對(duì)10kV配電線(xiàn)路的影響

2.1 10kV配電線(xiàn)路絕緣導(dǎo)線(xiàn)雷擊斷線(xiàn)問(wèn)題分析

雷電過(guò)電壓閃絡(luò)時(shí)，線(xiàn)路會(huì)產(chǎn)生很大電流的瞬時(shí)電弧，而且電弧出現(xiàn)的時(shí)間很短，會(huì)造成絕緣導(dǎo)線(xiàn)出現(xiàn)擊穿孔，卻不會(huì)燒斷導(dǎo)線(xiàn)，但閃絡(luò)會(huì)引起電流十分龐大的工頻續(xù)流，使電弧能量增加。電弧的移動(dòng)受到絕緣層的阻礙，因此高溫弧根會(huì)灼燒絕緣層的擊穿點(diǎn)。電弧受到電磁的作用，使高溫弧根不斷移動(dòng)，因此裸導(dǎo)線(xiàn)也不會(huì)在某一點(diǎn)被集中灼燒，所以通常斷路器就會(huì)在導(dǎo)線(xiàn)燒斷或絕緣子被損壞之前就會(huì)切斷電弧，也因此裸導(dǎo)線(xiàn)比架空絕緣導(dǎo)線(xiàn)的故障率更低。

2.2 10kV配電線(xiàn)路中性點(diǎn)運(yùn)行方式對(duì)建弧率的影響

目前，大部分配電線(xiàn)路的運(yùn)行方式都是中性點(diǎn)不接地，這種運(yùn)行方式接線(xiàn)簡(jiǎn)單，而且線(xiàn)路電壓可以在單相接地時(shí)保持平衡，故障下可以持續(xù)兩小時(shí)供電。但雷電過(guò)電壓會(huì)引起工頻續(xù)流，容易導(dǎo)致避雷器爆炸；如果線(xiàn)路不能及時(shí)熄弧，則會(huì)引起相間短路；如果絕緣層被擊穿后工頻續(xù)流仍較大，則接地電弧會(huì)引起空氣的熱游離和光游離，很有可能會(huì)波及相近的干架回路，引發(fā)多線(xiàn)路同時(shí)跳閘。

3 10kV配電線(xiàn)路防雷保護(hù)措施研究

3.1 提高線(xiàn)路絕緣水平與降低10kV配電線(xiàn)路閃絡(luò)概率

（1）提高線(xiàn)路絕緣水平：當(dāng)雷雨云的活動(dòng)離配電線(xiàn)路較近時(shí)，感應(yīng)雷過(guò)電壓的幅值會(huì)比較大，容易造成配電線(xiàn)路絕緣擊穿，尤其體現(xiàn)在架空線(xiàn)路上，而且架空線(xiàn)路的絕緣導(dǎo)線(xiàn)多數(shù)用來(lái)解決樹(shù)相矛盾，防雷的效果并不明顯，所以為提高10kV配電線(xiàn)路的防雷性，要將絕緣子更換為沖擊U50%放電電壓更高的型號(hào)，使線(xiàn)路的耐雷能力增強(qiáng)[1]。

（2）計(jì)算配電線(xiàn)路的閃絡(luò)率時(shí)要考慮到配電線(xiàn)路的絕緣水平與感應(yīng)雷過(guò)電壓的幅值，并用統(tǒng)計(jì)的方法計(jì)算。計(jì)算電流幅值的概率時(shí)，將雷擊位置與電流的幅值視為兩個(gè)獨(dú)立的變量，雷擊位置在導(dǎo)線(xiàn)的水平方向與垂直方向均勻分布；計(jì)算絕緣子由于雷擊發(fā)生閃絡(luò)的最小雷電流時(shí)，將導(dǎo)線(xiàn)的垂直方向分為若干個(gè)等比的小區(qū)間，假設(shè)雷電集中這些區(qū)間的次數(shù)相同，根據(jù)絕緣子的放電電壓、區(qū)間與線(xiàn)路間的距離和導(dǎo)線(xiàn)的平均高度計(jì)算；如果電流幅值比引起閃絡(luò)的最小雷電流大，則會(huì)引起閃絡(luò)，根據(jù)電流幅值引起閃絡(luò)的概率以及全年閃絡(luò)次數(shù)發(fā)現(xiàn)，提高絕緣子的放電電壓可以有效降低10kV配電線(xiàn)路被雷擊的閃絡(luò)次數(shù)。

3.2 防護(hù)架空絕緣導(dǎo)線(xiàn)雷擊斷線(xiàn)

防護(hù)架空絕緣導(dǎo)線(xiàn)雷擊斷線(xiàn)時(shí)，有三點(diǎn)措施：

（1）對(duì)線(xiàn)路進(jìn)行局部絕緣水平增強(qiáng)。對(duì)架空絕緣導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行局部絕緣加強(qiáng)可以在節(jié)省線(xiàn)路成本的基礎(chǔ)上提高導(dǎo)線(xiàn)防雷的能力。對(duì)導(dǎo)線(xiàn)局部絕緣水平加強(qiáng)可以對(duì)絕緣導(dǎo)線(xiàn)的固定處絕緣加厚，使電流只能在加厚的絕緣層兩側(cè)流動(dòng)或者擊穿絕緣層才能擊穿導(dǎo)線(xiàn)。

（2）在線(xiàn)路中使用避雷器。輸電線(xiàn)路已經(jīng)使用避雷器取得了不錯(cuò)的成果，所以也可以用相同的辦法對(duì)配電線(xiàn)路進(jìn)行保護(hù)。如果選用無(wú)間隙避雷器，避雷器因長(zhǎng)期受到工頻電壓與雷電過(guò)電壓影響，很容易老化而出現(xiàn)故障。所以，為了提高避雷器的可靠性，可以選用免維護(hù)的氧化鋅避雷器，將其安裝在線(xiàn)路中容易受到雷擊的區(qū)域與相關(guān)配電設(shè)備上，形成對(duì)配電線(xiàn)路全面的防護(hù)。

（3）將放電間隙并聯(lián)在絕緣子兩端。這種辦法可以導(dǎo)線(xiàn)的絕緣層被擊穿。經(jīng)試驗(yàn)表明，只要放電間隙的電壓比絕緣子的沖擊放電電壓大，雷電放電就會(huì)在放電間隙中發(fā)生，從而解決了雷擊斷線(xiàn)的問(wèn)題。

3.3 降低10kV配電線(xiàn)路雷擊建弧率

（1）用消弧線(xiàn)圈補(bǔ)償工頻續(xù)流。配電網(wǎng)單相接地電流經(jīng)常會(huì)使接地電弧熄滅，而采用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線(xiàn)圈接地的方式可以對(duì)其自動(dòng)補(bǔ)償。自動(dòng)補(bǔ)償消弧裝置能實(shí)時(shí)測(cè)量配電網(wǎng)的電流量并進(jìn)行補(bǔ)償，保持殘流始終比熄弧零臨界值小，以便接地電弧能被熄滅，極大程度上降低了建弧率。在配電線(xiàn)路中安裝自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置，對(duì)裝置可靠性要求十分高，裝置必須能在配電網(wǎng)正常運(yùn)行的情況下自動(dòng)調(diào)整，并能在電網(wǎng)出現(xiàn)單相接地故障時(shí)最多出力[2]。因?yàn)榕潆娋W(wǎng)的運(yùn)行方式經(jīng)常會(huì)發(fā)生變化，所以自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置必須能在較寬的范圍內(nèi)補(bǔ)償電流。

（2）消弧線(xiàn)圈治理內(nèi)過(guò)電壓。自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置可以治理配電線(xiàn)路出現(xiàn)雷電過(guò)電壓后引發(fā)的弧光接地過(guò)電壓與鐵磁諧振過(guò)電壓。自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置可以將電流殘流控制在10A以?xún)?nèi)，使電弧能被快速熄滅，所以配備自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置可以有效防止弧光接地過(guò)電壓。同時(shí)，自動(dòng)跟蹤補(bǔ)償消弧裝置還能降低電網(wǎng)的建弧率，所以也可以提升配電線(xiàn)路的防雷功能。在絕緣子被雷擊出現(xiàn)閃絡(luò)時(shí)，雷電的工頻續(xù)流會(huì)影響電網(wǎng)的運(yùn)行，自動(dòng)跟蹤消弧裝置便可以將工頻續(xù)流的電流量殘流控制在10A以下，閃絡(luò)點(diǎn)也就無(wú)法建立接地電弧[3]。

3.4 降低10kV配電設(shè)備的接地電阻

當(dāng)配電線(xiàn)路的配電變壓器容量大于100K伏時(shí)，接地電阻小于4Ω；當(dāng)容量小于100K伏時(shí)，接地電阻應(yīng)該為10Ω。安裝在柱上開(kāi)關(guān)、刀閘或桿塔除的避雷器接地電阻不應(yīng)超過(guò)4Ω。在實(shí)際調(diào)查中，多數(shù)地區(qū)的電阻偏高，所以更應(yīng)該進(jìn)行降阻工作，在降阻前要考慮兩方面：（1）對(duì)現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行勘探測(cè)量，分析桿塔的位置、地形、地質(zhì)情況，策略桿塔四周的土壤電阻率分布。（2）查看現(xiàn)場(chǎng)土壤的酸堿度以及對(duì)桿塔接地鋼體的腐蝕程度。分析好配電線(xiàn)路情況之后，可以使用水平接地體或降阻劑進(jìn)行降阻。除人為降低電阻外，還應(yīng)該對(duì)接地引下線(xiàn)進(jìn)行改良。

4 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，10kV配電線(xiàn)路的雷擊故障多數(shù)是感應(yīng)雷過(guò)電壓導(dǎo)致的，因此在對(duì)配網(wǎng)線(xiàn)路進(jìn)行防雷時(shí)應(yīng)主要針對(duì)感應(yīng)雷過(guò)電壓。由分析可知，雷擊造成的電弧會(huì)擊穿絕緣層，引發(fā)的工頻續(xù)流會(huì)灼燒導(dǎo)線(xiàn)。技術(shù)人員通過(guò)提高線(xiàn)路絕緣水平降低了配電線(xiàn)路的閃絡(luò)概率，通過(guò)對(duì)線(xiàn)路局部絕緣增強(qiáng)以及安裝避雷器和防雷間隙防止了導(dǎo)線(xiàn)雷擊斷線(xiàn)，通過(guò)設(shè)置自動(dòng)補(bǔ)償消弧裝置降低了配電線(xiàn)路的雷擊建弧率，最后通過(guò)降低接地電阻的方法，綜合提高了配電線(xiàn)路的防雷性能。

參考文獻(xiàn)

[1]李孛.10kV配電線(xiàn)路防雷措施研究[D].長(zhǎng)沙理工大學(xué)，2009.

[2]陳慕東.10KV配電線(xiàn)路防雷存在的問(wèn)題及應(yīng)對(duì)措施的探討[J].中國(guó)新技術(shù)新產(chǎn)品，2013，（05）：158-159.

[3]萬(wàn)純峰.10kV配電線(xiàn)路防雷問(wèn)題若干探討[J].通訊世界，2015，（13）：189-190.endprint