探索配網線路防雷技術方案

張 科 戴長法

國網湖南省電力有限公司長沙市望城區供電分公司 湖南 長沙 410000

引言

長期以來，我國在線路防雷保護方面更多沿用“事后修補”的管理理念和管理模式，實際運行效果并不理想。我國防雷設計標準及防雷計算也普遍缺乏適用的實測數據。由于雷電活動受區域內地貌地形、氣候因素影響十分顯著，各地域、季節的雷電災害特征差異性很大，加上雷電活動有較強的隨機性，使得傳統雷電參數取值方法具有明顯的局限性。防雷設計，在配電線路設計中十分重要，是影響線路安全的決定性因素。為提高配電線路的防雷擊水平，很多國家都采取了不同的措施和方法，并進行了對比和分析，保證人們的日常生活不受其影響。

1 雷電的產生和對配電線路的危害

雷電是大自然一種最為常見的自然現象，關于雷電的形成原因，目前還沒有完全統一的解釋。普遍的認為都是大氣中的水蒸氣過于飽和，然后遇到冷空氣形成水滴，水滴在上升氣流的作用下被分解成帶有電荷的水滴，然后又重新結合形成烏云，帶有不同電荷的烏云將空氣間隙擊穿并且放電，也就形成了我們常說的“雷電”。

雷電的危害是非常嚴重的，它能在一瞬間釋放巨大能量，這些被釋放出來的強勁電流對配電線路和設備會產生巨大危害。常見的配電線路都是常年暴露在戶外的，所以遭遇雷擊的概率非常大。雷電又通常有兩種形式，一種就是直擊雷電，在雷電發生時可直接對輸電設備和線路造成損壞，且非常嚴重，常常是致命的。另一種是間接的，通過感應電壓對周圍的線路造成損壞，影響配電線路的安全運行。

2 雷擊配電線路的原因分析

2.1 質量原因 避雷裝置的質量不合格或者長期遭受雷電襲擊導致避雷器效果不佳，使避雷器的存在形同虛設。儀器設備使用方法不合理，接地電阻的不規范使用都能為日后的雷擊事件留下隱患。由于一部分的開關、配變、鐵塔等的接電線被盜，使避雷設備失去保護，接地線路被盜，在發生雷電時，不能及時的連接而直擊線路或者避雷器。

2.2 設計原因 配電線路使用的針式絕緣子，其線路擋路跨度通常較大，在抵御強風暴雨、雷電、臺風上效果顯著，但其在應用時也時常存在缺陷和弊端，如其內部發生擊穿時，仍然可以正常運轉，故障極其不容易被發現，即便線路已遭受雷電攻擊也無法在第一時間進行處理。在后期的巡查過程中不容易發現問題，因此會留下安全隱患。

在設計方面，由于存在缺陷問題，故在發生同等級雷電問題的過程中，會使得裝置的抵御能力下降，最終引發法嚴重的雷電災害，該問題應引起相關設計人員的高度重視。

2.3 設備安裝不規范 目前，配電線路的開關和鐵桿等在安裝應用的過程中，仍存在著較為突出的不規范問題，很多接地圓鐵也同樣存在著焊接方面的問題。接地網經過了長時間的應用，常得不到有效維修和保護，進而增加了線路發生雷擊事故的概率。與此同時，10kV配電線路的避雷器安裝質量也比較低，在經歷了長時間的雷電洗禮，很多避雷裝置都已直接失效，如此很難發揮自身出自身的避雷功效和價值。

3 配網線路防雷技術方案淺析

3.1 完善技術理念 近階段，隨著雷電定位系統和監測技術的發展，我國防雷計算中所需各項參數，如地閃密度、雷電日、雷電流幅值概率分布函數等，不再依賴于規程計算。雷電定位系統監測到的雷電參數，為差異化防雷技術的發展奠定了良好基礎。差異化防雷技術，主要分為差異化參數收集、線路各部分防雷等級評估、差異化防雷措施制定3個部分。

3.2 根據實際情況制定防雷措施 配電線路參數的差異性，主要體現在雷電參數變化、地形地貌影響、線路結構差異和防雷措施制定等方面。當前對地形地貌的確定，只有平原和山區之分，實際上線路桿塔所處地形復雜多變，在進行防雷計算時，應充分考慮地形地貌對線路防雷性能的影響。

首先要根據區域內配電線路的設計資料、避雷器參數等，建立線路仿真分析模型，對不同波形和幅值的雷電流，擊中導線、桿塔以及感應雷擊情況下，傳輸特性及影響因素進行仿真研究。然后分析接地電阻大小、避雷器設備安裝密度對傳輸特性的影響，根據區域內地形特征、接地電阻、雷擊事故發生情況等的差異性，制定差異化防雷措施，并通過仿真計算分析，確定差異性防雷方案的防護效果和經濟性。

3.3 綜合評估 技術人員要根據配電網差異性防雷中雷電分級的評估方法、雷擊跳閘率的計算方法的研究現狀，對其進行綜合評估。對于分級評估方法，可以根據線路歷史故障及實際運行情況，對雷擊跳閘率參考值進行選取，然后對配電線路進行等級評估。線路雷直擊導線和雷擊桿塔的跳閘率計算公式可參考國標推薦公式，并根據各種地形擊桿率，對直擊雷和反擊雷進行比例劃分。線路雷電感應過電壓跳閘率可采用計算公式，區分雷擊大地和雷擊導線區域，然后進行具體計算。

3.4 采用綜合防雷方式 要對區域內雷電參數情況進行統計，并對雷電流幅值概率分布函數進行公式擬合。在雷電活動集中期間，做好線路安全巡查工作，及時更換損壞的絕緣子或避雷器設備。當線路安裝避雷器設備時，雷電流可通過避雷器設備和接地電阻流入大地，而不會向相鄰桿塔進行傳播，在保護本塔絕緣子的情況下，還可以保護相鄰桿塔絕緣子。此時接地電阻大小會影響避雷器設備的防護效果，電阻越大，避雷器設備的分流效果越差。因此在雷電活動較為頻繁的地區，需要考慮降低桿塔或接地電阻，以提高線路的防雷性能。

4 配電線路的避雷措施

為了降低雷電危害的發生概率，使網絡運行更加安全，專家和學者們都在努力的尋找預防雷擊事件的途徑和方法，從而有效的提高配電線路的安全性和穩定性，以下是常見的避雷措施：

4.1 避雷線 為了防止雷電直擊配電線路，架設避雷線是其中最直接的的方法和措施。它具有使雷電分流的效果，增強線路耐雷水平。對于一般的感應雷，有很好作用。一般可在相對廣闊的地帶架設避雷線，從而保護線路的安全性，降低感應雷產生過電壓值，因此，架設避雷線是一種常用的且有效的方法。但在我國，避雷線的運用還是比較少的，常常因為配電線路復雜、線路交叉、地形崎嶇、高度等因素，限制了避雷線的使用，但總體來說，避雷線對減少跳閘率還是很有效果的。

4.2 提高絕緣水平 通常來說，配電線路中使用絕緣子能夠很好的提高線路整體的絕緣水平，其中應用最多的是瓷橫擔。與傳統的絕緣子相比，它的耐雷水平是更加顯著的，一般是正常絕緣子效果的一到兩倍。因此，運用瓷橫擔對于配電線路的絕緣性能的提高是很有幫助的，另外還可以通過增肌絕緣子數量、更換絕緣導線，更換絕緣子的型號等等，以此提高線路絕緣水平。

4.3 避雷器 這是一種使用最為廣泛的防雷舉措之一。根據避雷器的發展史和基本性能，避雷器可以分為磁吹、管型、閥型和放電間隙型等。在以往的避雷史上，使用頻率最高的是放電間隙。在今天依然還有很多區域在使用這種方式。在這期間，對它的性能和結構都進行了很多的改良，但是它也存在著使用的限制條件，那就是它不能自動的熄滅電弧。為了提高避雷器的使用效果，很多研究學者把改進的重心放在熄滅電弧和降低過電壓上。與之相反，管型避雷器則可以快速的熄滅電弧。當雷電襲擊電路時，過電壓能擊穿避雷器將雷電迅速導入大地，達到保護線路安全的效果。閥型避雷器主要是由火花間隙和閥片電阻構成的，在雷電發生時，電壓會將火花間隙擊穿，降低電阻值，從而將電流導向大地。沒有雷電發生時，一般不會擊穿火花間隙，閥片電阻數值也較高，電流一般不會直接穿過避雷器。

5 結語

綜上所述，配電網防雷需要綜合各因素制定差異化防雷措施，提高線路耐雷性能，減少經濟投入。鑒于配電網防雷的特殊性，差異化防雷需要實現技術效應和經濟投入的最優化，對于落雷較為集中且雷擊故障頻發的區域建議全部安裝避雷器，無需另做接地處理，以減少經濟投入；對于山頂、跨谷、臺變區等特殊地理位置，需安裝避雷器單獨保護；對于雷電活動不強且地勢較為平坦的地區，無需采取防雷保護措施。