配網(wǎng)防雷接地裝置研究

李華鵬 張容菠 楊 忠 胡世權(quán) 文忠進(jìn)

（1.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司興義供電局，貴州黔西南562400；2.貴州電網(wǎng)有限責(zé)任公司，貴州貴陽550001）

0 引言

貴州屬高原山區(qū)，配電網(wǎng)絡(luò)網(wǎng)架結(jié)構(gòu)薄弱，現(xiàn)有配網(wǎng)架空線路基本未做防雷設(shè)計，均是靠線路上的開關(guān)、變壓器設(shè)備配套安裝的避雷器進(jìn)行簡單防雷，架空線路被雷擊后發(fā)生故障的概率較大，從而造成配網(wǎng)線路經(jīng)常發(fā)生故障停電需要搶修。在配網(wǎng)故障搶修操作時，現(xiàn)場安全措施所需裝設(shè)的狀態(tài)接地線或封閉地線，都是由操作人員或施工人員人工登桿裝設(shè)完成的三相短路接地線，增加了登桿作業(yè)風(fēng)險和工作量。

惡劣天氣引起的配網(wǎng)搶修工作頻繁且點(diǎn)多面廣，配網(wǎng)運(yùn)維人員和操作人員匱乏，在配網(wǎng)上發(fā)生的人身事故越來越多。為減少線路故障停電，降低墜桿和觸電風(fēng)險，研發(fā)了一種配網(wǎng)防雷接地裝置，能同時解決配電網(wǎng)防雷和裝設(shè)狀態(tài)接地線問題，大幅降低了操作風(fēng)險，提高了供電可靠性。

1 架空配電線路運(yùn)行現(xiàn)狀

1.1 架空配電線路防雷

傳統(tǒng)配電線路設(shè)計及建設(shè)均未考慮避雷線，因此雷害事故成為中低壓配電線路事故的主要原因之一。為防范配電線路雷害事故，提高供電可靠性，供電部門對雷害頻繁的區(qū)域和線路段進(jìn)行了改造，加裝氧化鋅避雷器或防雷絕緣子（放電間隙）。這些改造增加的防雷設(shè)備雖有效果，但功能單一，設(shè)備利用率低。

1.2 架空配電線路裝設(shè)臨時接地線方法

1.2.1 配網(wǎng)裝設(shè)臨時接地線的位置選擇

一是在裸導(dǎo)線上裝設(shè)，即直接將便攜式臨時接地線裝設(shè)在裸導(dǎo)線上；二是在絕緣導(dǎo)線上裝設(shè)，需在絕緣導(dǎo)線上預(yù)裝接地掛環(huán)，裝設(shè)接地線時將便攜式臨時接地線裝設(shè)在接地掛環(huán)上。

1.2.2 配網(wǎng)裝設(shè)臨時接地線的裝設(shè)方式

根據(jù)安規(guī)要求，目前配網(wǎng)停電檢修裝設(shè)臨時接地線通常有兩種方式，一是由配網(wǎng)操作人員完成的、屬于操作內(nèi)容步驟的臨時接地線（簡稱“狀態(tài)接地”）；二是由持工作票的工作班組自行在工作地段裝設(shè)的封閉的臨時接地線（簡稱“封閉地線”或“工作接地”）。操作人員裝設(shè)好狀態(tài)接地線匯報調(diào)度后，方能向工作票的工作負(fù)責(zé)人許可工作，工作負(fù)責(zé)人再根據(jù)工作票所列安全措施在工作地段可能來電的各方面裝設(shè)封閉地線。

1.2.3 傳統(tǒng)裝設(shè)臨時接地線的優(yōu)勢及存在的問題

目前在各電網(wǎng)企業(yè)的配網(wǎng)實(shí)際工作中，現(xiàn)場安全措施所需的接地線，都是由操作人員或施工人員裝設(shè)完成的三相短路接地線。該接地線的優(yōu)點(diǎn)是可攜帶、便于安裝、靈活性強(qiáng)，但仍有很多不足之處：一是由操作人員裝設(shè)接地線時登桿操作量增加，存在一定的安全風(fēng)險；二是接地線笨重，遇到交通困難的鄉(xiāng)村和邊遠(yuǎn)山區(qū)接地線不方便攜帶且人工運(yùn)輸困難。

2 配網(wǎng)防雷接地裝置結(jié)構(gòu)及其原理

2.1 配網(wǎng)防雷接地裝置結(jié)構(gòu)

裝置主要由底座、絕緣子、金屬導(dǎo)電接線樁頭、雷電流放電裝置、短路接地裝置、鄂口螺旋短路引流裝置構(gòu)成（圖1）。

圖1 結(jié)構(gòu)示意圖1—底座 2—絕緣子 3—短路接地裝置 4—上樁頭5—導(dǎo)線安裝孔 6—短路接引體 7—下樁頭 8—雷電流放電裝置

底座由不銹鋼板制成，底座上端設(shè)置有豎直向上延伸的單極絕緣子，滿足10 kV電壓等級。底座下端設(shè)置有豎直向上延伸的短路接地裝置，短路接地裝置為柱狀，底座下端通過接地引線與大地的接地體相連接。底座上端和短路接地裝置均為金屬合金材料或銅質(zhì)材料的導(dǎo)電體，絕緣子頂部設(shè)置有上樁頭，上樁頭豎直部上設(shè)有短路接引體，上樁頭的水平部上設(shè)置有導(dǎo)線安裝孔，導(dǎo)線與運(yùn)行中的配網(wǎng)線路連接，上樁頭的水平部末端設(shè)有引弧棒，引弧棒的下側(cè)設(shè)置有消弧頭，底座上側(cè)對應(yīng)引弧棒端也設(shè)置有消弧頭，兩消弧頭在縱向上相對設(shè)置，兩消弧頭間形成空氣間隙，即放電間隙，當(dāng)遭受雷擊時雷電擊穿空氣間隙通過底座上的接地引線被引入大地，從而起到防雷作用。

短路接地裝置的頂部設(shè)置有下樁頭，其豎直部上設(shè)有短路接引體，短路接引體垂直上、下樁頭所在平面，上樁頭、下樁頭及短路接引體均為導(dǎo)電體，裝置還包括可將兩短路接引體相電連接的短路引流裝置，以使上下樁頭間形成短路。

2.2 裝置的防雷原理

當(dāng)上樁頭接入配網(wǎng)運(yùn)行中的線路時，上樁頭帶電，通過絕緣子保持其絕緣性能，上樁頭的引弧端與底座的接弧端通過空氣間隙形成電氣絕緣，當(dāng)配電線路遭受雷擊時，雷電流及過電壓在此處的放電間隙處擊穿空氣，形成放電，從而將雷擊過電壓放電引入大地，起到防雷作用（圖2）。

圖2 雷電流放電裝置示意圖

2.3 裝置的狀態(tài)接地原理

配網(wǎng)防雷接地裝置上樁頭接入配網(wǎng)帶電運(yùn)行，當(dāng)線路開展檢修要進(jìn)行三相短路接地時，將線路操作至停電，在地面上用帶驗電功能的絕緣操作桿驗電后，用操作桿將三套短路引流裝置分別掛到三個配網(wǎng)防雷接地裝置上，再用操作桿將短路引流裝置操作至合閘狀態(tài)，形成三相接地效果，通過與大地相連形成三相短路接地，從而實(shí)現(xiàn)該裝置的狀態(tài)接地功能（圖3）。

圖3 狀態(tài)接地裝置示意圖

2.4 配網(wǎng)防雷接地裝置應(yīng)用管理

配網(wǎng)防雷接地裝置的短路引流裝置在線路帶電運(yùn)行狀態(tài)時需用操作桿將其取下，確保裝置掛網(wǎng)帶電運(yùn)行發(fā)揮防雷作用。短路引流裝置取下時應(yīng)放置在操作班組保管，并按便攜式接地線進(jìn)行管理、使用。

3 配網(wǎng)防雷接地裝置效益分析及應(yīng)用前景

3.1 防雷功能效益

興義供電局2017年配網(wǎng)故障跳閘1 373次，其中雷擊引起的故障占30%，約412次，按平均停電時長6 h計，平均每次造成30戶用戶停電。現(xiàn)有配變18 839臺，總?cè)萘? 465 246 kVA，平均容量為184 kVA，按同時率0.4計，算得負(fù)荷電流約為125.8 A，則造成停電損失=1.73UItcos θ=1.73×10×125.8×（6×1 373×0.3）×0.9=4 840 746 kW·h。

若采用配網(wǎng)防雷接地裝置，防止雷擊故障造成的停電損失可挽回經(jīng)濟(jì)損失：按平均電價0.45元/kW·h計，多供電量可回收電費(fèi)=0.45×4 840 746=217.83萬元。

3.2 狀態(tài)接地功能效益

本文所述配網(wǎng)防雷接地裝置的狀態(tài)接地功能及操作方法與原有裝設(shè)便攜式臨時接地線作業(yè)方式對比，相關(guān)參數(shù)如表1所示。

表1 相關(guān)參數(shù)對比

從對比數(shù)據(jù)可以看出：配網(wǎng)防雷接地裝置現(xiàn)場裝設(shè)可以減少重量13 kg，減少操作人員運(yùn)輸、搬運(yùn)工作量；裝設(shè)接地線單桿節(jié)省19 min，門桿或三聯(lián)桿節(jié)省47 min，大幅減少了登桿操作的工作量和操作風(fēng)險。

興義供電局2017年開展停電檢修工作約6 000次，配網(wǎng)總配變（用戶數(shù)）18 839臺，按每次檢修平均停電用戶15戶、安裝和拆除接地線綜合節(jié)省50 min（0.833 h）測算，全年可節(jié)省停電時間=15×0.833×6 000/18 839=3.98 h；按每次停電段負(fù)載同時率0.4算得負(fù)荷電流為62.91 A，則全年可多供電量=1.73UItcos θ=1.73×10×62.91×（0.833×6 000）×0.9=4 895 584.5 kW·h，按平均電價0.45元/kW·h計，多供電量可回收電費(fèi)220.3萬元。

3.3 應(yīng)用前景

從以上分析數(shù)據(jù)可以看出：應(yīng)用該新型防雷接地裝置可以使操作人員方便、快捷地完成現(xiàn)場狀態(tài)接地的裝設(shè)，大幅縮減操作時間，降低操作風(fēng)險，減少因操作而引起的停電損失，提高操作效益，減少雷擊引起的故障停電，提高供電可靠性。本文所述防雷接地裝置已申請發(fā)明專利和實(shí)用新型專利。

該裝置安裝方便、操作簡易、效果顯著，進(jìn)一步提升了配網(wǎng)裝備技術(shù)水平，擴(kuò)展了配網(wǎng)操作作業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域，值得在架空配電線路上推廣應(yīng)用。

4 結(jié)語

本文研究的配網(wǎng)防雷接地裝置，在配電線路帶電運(yùn)行時引弧裝置可起防雷作用，當(dāng)線路需要檢修時，通過絕緣操作桿操作即可形成三相短路接地。因此，本裝置防雷功能可提高配網(wǎng)線路安全運(yùn)行水平，提高供電可靠性；短路接地功能可減少操作人員運(yùn)輸、搬運(yùn)、登桿操作的工作量，降低墜桿和觸電風(fēng)險，提高操作效率，減少停電損失，為供電企業(yè)進(jìn)一步提高供電可靠性提供了有力的技術(shù)保障。