10 kV配網架空絕緣線路防雷措施

劉建偉

（福建華茂防雷減災服務有限公司，福建 福州 350001）

1 概述

隨著我國經濟社會的不斷發展，電力網絡不斷擴大，10 kV配電網作為城鄉居民供電的主要環節，在運行過程中會遭受雷擊等自然因素的影響。電網遭受雷擊主要是由于雷電直接擊中線路，瞬間產生高強度的電流和電壓，使線路受到嚴重破壞。

2 10 kV配網線路雷電隱患分析

10 kV配電線路受到雷擊的安全事故問題一直存在，其危害程度難以想象，而雷擊事故主要是由以下原因造成。

2.1 10 kV配電線路設備不符合規定的情況

現階段，10 kV配電網線路上的鐵棒和開關依舊存在著安裝不符合相關標準的情況。每年都會出現許多不可修復的焊接問題，導致配電線路非常容易受到雷擊。安裝在10 kV配網線路上的避雷器質量不過硬，使用一段時間便會失去作用，很難真正起到避雷效果。

2.2 10 kV配網線路的防雷設計非常簡單

與220 kV高壓線路的防雷設計相比，10 kV配網線路的防雷設計相對單一，在抵抗相同級別的雷擊時，由于其設計簡單，防雷效果較低，導致10 kV配電網線路在受到雷擊時，很容易發生安全事故。

2.3 10 kV配電線路絕緣子的耐壓性能較低

10 kV配電線路的針形絕緣子的電阻線跨度要更大，在遇到雷電等情況下具備了更好的防護效果。但是，此類針形絕緣子也有著一定的不足，當此類絕緣子內部發生故障時，此類絕緣子依舊可以正常運行，這就導致工作人員在檢查過程中很難發現其故障原因，沒有辦法第一時間找出因雷擊而損壞的地方[1]。

3 雷擊斷線機理分析

由于現階段我國10 kV配電線路系統為單相線圈接地系統，在配電線路絕緣單相接地時，可最大化補償因直流過大電弧單相接地金屬短路的電流損失，單相接地導線短路放電故障一般不會斷線。同時當二相或三相之間通過電壓閃絡而形成金屬性質的放電通道時，會引起數千安培的工頻電流，電弧單相接地時的能量將隨之迅速增加[2]。

當線路的絕緣子遭受不同的雷擊時，雷電的移動通過擊穿電壓不僅直接引發絕緣子快速閃絡，也會直接擊穿絕緣子的絕緣層。而且在直接擊穿點附近的一些絕緣物，阻礙了整個工頻線路電弧沿工頻線路閃絡導線向兩側移動。因而，電弧通常只能在直接擊穿點處繼續燃燒。高達數千安培的工頻電弧（kA/ms的能量等級）中所產生的熱量主要都集中在未被擊穿的點上，并在供電斷路器設備開始跳閘之前，很快將絕緣導線全部熔化并切斷。閃絡線路的熔斷點位置通常是在絕緣閃絡導線的兩側，即絕緣子兩端10～30 cm范圍內，此處的能量密度分布最薄弱。

當雷擊電流作用于線路絕緣子時，絕緣子的閃絡頻率取決于線路過電壓平均值和額定線路電弧絕緣值的水平，電弧沖擊產生的損壞幾率通常取決于多個線路參數，即額外設定線路過電壓u2、閃絡路徑L、雷沖擊電弧發生的起始時刻、雷沖擊電流的密度大小和額定線路絕緣參數等。在這些線路參數中主要決定于沿各個閃絡絕緣路徑的高速運行和過電壓平均值的梯度。

式中：L為電弧閃絡的作用長度，m。建弧率通常是隨著作用溫度的降低而降低的。通過對整個電弧火花放電過程的相關數據進行分析可以得到具有如下結論，即E≤7～10 kV/m時，建弧率通常為零。工頻支路電流與電弧火花雷電作用碰撞產生的熱量直接可以造成熔斷切斷，工頻支路電流與雷電之間產生的熱量與直接造成整個電弧火花熔斷的持續時間有關，電弧火花作用于導線的電流熔斷產生的熱量就是相應熱量：

式中：I為雷擊短路弧形過高壓電流；R為雷擊短路電弧斷線整流器電阻；t為電感應器波頭作用時間。假定雷電波頭作用時間t為2 s，雷擊電流幅值為1 kA，對工頻短路電流作用時間為0.2s，短路電流值為1kA。按上式計算可知，對工頻短路電流產生的續流熱量將遠遠大于工頻短路電流感應器間接產生的雷擊短路續流熱量。

4 10 k V配電線路防雷具體措施

通過分析配電線路發生雷擊事故的原因，結合實際情況，落實配電網線路防雷措施，可有效增強配電線路的防雷效果。

4.1 防雷線安裝

防雷線的安裝是最基礎也是最高效的防雷手段。因此，要最大程度地防止雷電直接擊中電線，減少雷擊電流。配電網傳輸線路可以通過原地安裝屏蔽防雷接地線、在配電鐵塔頂部安裝接地線、覆蓋接地電線等方式，將遭受雷擊的電流直接流入地面。搭建防雷線時，最重要的是準確把控好防雷線的鋪設角度以及鋪設質量，特別是在雷擊事故發生幾率較高的偏遠山區，要實施具體保護。此外，防治設計中還應綜合考慮線材的材質、形狀等因素。

4.2 降低鐵塔的接地電阻

降低鐵塔的接地電阻可以防止配電網線路遭受雷擊。在建設配電線路時，首先要對該地區的土壤進行電阻測試，針對土壤內部的正離子、土壤質量等多種因素進行綜合排查。

4.3 耦合地線設置

如果不能有效地降低鐵塔的避雷接地導線電阻，又不能有效克服自然地形、地貌等自然因素和其他人為因素，可以考慮采用在接地電線下端處采用鐵塔接地線的方式，通過這種方式的應用，能夠更好地發揮接地導線與鐵塔之間的電磁耦合作用，在降低接地電壓的同時，對雷擊所產生的過電流進行分流處理，降低鐵塔頂接地電位，提高接地線路的靜電反擊力和跳閘反應速度，對大幅降低雷擊事故跳閘發生率具有非常明顯的輔助效果。

4.4 采用不平衡絕緣

隨著配電線路的逐步完善，線路占用問題越來越突出。為了最大程度提高鐵塔的運轉效率，在部分高壓線上采用了同級雙回線路施工。配電線路遭受雷擊時，必須在一般放電防雷保護措施不能完全滿足雙回同時放電跳閘的基礎上，考慮是否采用不影響平衡的電絕緣。也就是說，由于兩個電路中復合絕緣子的總數不同，可以同時降低停電率，保證連續配電。當雷擊配電網線路時，絕緣子片數較少的電路先閃，閃后電纜起到地線的作用，提高了耦合的實際效果。隨著抗雷擊工作能力的提高，將不再出現短路故障情況，配電網線路又可以穩定工作。

4.5 中性點不直接接地，可以采用消弧線圈的接地方式

消弧線圈不僅可以有效降低雷擊造成的沖擊閃絡，加強工頻弧速的穩定效果，還可以有效降低發生雷擊事故時的雷擊跳閘速度。當配電網發生雷擊造成單相短路時，消弧線圈會將感應電流以及容性電流集中在一起，實現補償效果，減小電流，防止發生復燃現象，最終達到降低雷擊點的熱損傷，控制事故等級的效果。

4.6 避雷器安裝

現階段，10 kV配電網所安裝的避雷器通常為管式和閥式兩種，在安裝時可以根據實際情況選擇不同型號。管型避雷器可以有效解決放電間隙中，由于工頻自由旋轉所產生的供電問題，這也使其成為了目前10 kV配電網中應用較為廣泛的避雷器。而閥式避雷器在使用過程中，必須要控制好沖擊放電電壓等多項內容。FS型避雷器，則應用在10 kV以下的接線電纜頭等外配的保護設施中，其結構比較簡單，產生的成本消耗比較低，但所起到的保護性能也相對有限。FI型避雷器具有并聯電阻，保護有限性能好，常用于220 kV電氣設備。FCD型避雷器有并聯電阻和并聯電容，具有更好的過流保護供電性能，這也使其在那些高壓變電站中得到了極其廣泛的應用。除此之外，在安裝避雷器的實際過程中，特別適用于高壓變電站等高壓電器。安裝避雷器時，要確保電壓等級與保護設備相匹配，并計算好線距。具體參考距離見表1。

表1 線電壓和設備電壓最小距離參考表

在選擇10 kV配網線路的避雷器時，就應當采用氧化鋅雷擊方便保護避雷器，這是由于這種類型的避雷器有著相對較多的優點，這也使其在避免雷擊事故方面有著極其顯著的優勢。同時，由于氧化鋅自身具備著非線性伏安物理特性，在正常短路電源的高工作電壓下，可以有效降低短路電源電流，當過高的短路電壓電流發生短路時，電阻就會出現急劇下降現象，因此可以充分釋放出過電壓電流中的剩余能量，達到良好的雷擊放電保護狀態。這種雷擊放電保護避雷器與其他幾種傳統雷擊放電保護避雷器的最大優點，其沒有充分預留雷擊放電后的短路間隙，僅僅是通過利用其中少量氧化鋅的非線性雷擊放電物理特性，起到了同時完成短路電流放電和防止電源工作中斷保護的作用。

4.7 加強絕緣，降低絕緣閃絡

在加強絕緣的過程中，在強化保溫方面所采用的三種方式分別為強化保溫、雙重保溫以及替代保溫。可以通過改變絕緣子直徑的方式，提升塔頂空氣電流間距來提高線路的絕緣性特征，提高10 kV配電網的雷電防雷防護水平和線路運行安全。但是由于這種方式在使用上存在著較為顯著的局限性，成為對配網線路提供保護的一種后備措施[3]。

4.8 安裝自動重合裝置

當配電網上的線路被雷擊停止正常運行時，就必須采用自動線路重合保護裝置，確保配網線路的容器可以恢復到正常的運轉狀態。同時，在配網線路中出現的絕緣跳閘問題，往往都具備可恢復性，而那些由于雷擊事故所引發的工頻閃絡，或是其他工頻線路電弧在配網線路當中跳閘停止后，也會在短時間內對其進行清除，保證絕緣性能能夠恢復到原本的狀態。

5 10 kV配網增設線路避雷器的優點

線路避雷器能夠對高電位以及低電位進行更加全面的保護，同時，在接地電阻的設計方面也沒有提出嚴格要求，特別是在山區等危險地區當中，線路避雷器更是起到了十分顯著的作用，其所產生的線路防雷保護效果也十分優異。塔頂處的電位以及保護桿塔沖擊接地裝置的電阻，通過線路避雷器都可以起到良好的保護作用，這就需要采用進一步強化沖擊接地電阻設置的方式，提高配電接地線路的使用安全性。

6 結語

10 kV配網線路在電網設備中由于自身和其他來自外界各種因素的相互影響，雷擊事故的發生幾率比較高，在產生事故后，不僅會對原本的電網設備以及供電線路產生較為嚴重的破壞，甚至還會對電網路線的正常供電產生不良影響，給居民的日常生活帶來不便，對我國經濟發展同樣會造成嚴重影響。因此，需要提升對10 kV配網線路防雷保護措施的重視程度，合理安排避雷器，有效減少電網線路因雷擊造成破壞從而引起的電網線路跳閘，有效降低配網線路雷擊事故發生的次數。