10kV配電線路防雷現狀分析及防護策略應用

陳源君

廣東電網有限公司河源供電局 廣東 河源 517500

引言

10kV配電線路是電力系統中不可缺少的組成部分，它直接關系到電力用戶是否能夠使用安全可靠的電能。10kV配電線路環境復雜、線路較長，配電線路故障跳閘現象越來越突出，嚴重影響了配電線路供電的可靠性，影響人們正常的生產生活[1-3]。在雷電活躍季節，雷擊產生的強電流會損壞配網設備，從而出現大范圍的停電事故。因此，對10kV配電線路防雷現狀分析及總結，在提高配網可靠運行方面是具有重要意義。

1 配電線路雷害現狀分析

以某縣供電局為例，2019—2021年該地區共發生10kV架空線路故障754次，其中雷擊故障180次，占比23.9%。圖1為某縣供電局配電線路雷擊故障占比圖，從圖1可以看出，近3年雷擊導致10kV配電線路故障的占比均超過20%，不難判斷雷擊是導致架空線路故障的主要原因之一。

圖1 某縣供電局配電線路雷擊故障占比

圖2 “矮腳”瓷瓶放電

圖3 “矮腳”瓷瓶擊穿

圖4 配網絕緣導線因雷擊斷線

圖5 配網絕緣子因雷擊擊傷

圖6 需改造淘汰針式絕緣子

1.1 配電線路防雷能力不足

配網架空線路一般耐雷水平在2kA左右，某縣供電局根據雷電系統統計近3年幅值大于20kA雷擊的概率超過50%，事實證明配網架空線路如不做防護措施，是無法有效應對直擊雷；另外，感應雷的電壓幅值一般小于300kV，相當部分感應雷很容易引起配網線路故障跳閘，某縣供電局因以下針式絕緣子造雷擊擊穿而導致跳閘多次，10kV瓷質針式絕緣子（PS-15T類針式絕緣子，簡稱“矮腳”瓷瓶）因絕緣爬距不夠造成閃絡短路，引發絕緣子破損，造成線路接地或相間短路。該類瓷瓶其支柱對地垂直距離為13cm，爬距凈值為18cm，均處于10kV要求的安全距離的下限。實際運行情況表明，在干燥的運行環境下，這樣的爬距凈值并不會造成閃絡，但在潮濕氣候下，空氣濕度較大，10kV瓷質針式絕緣子表面的凝露潮濕降低了爬距凈值，當發生瞬間的操作過電壓或雷電感應過電壓時，絕緣子表面的閃絡隨之發生，一旦發生多相絕緣子嚴重的對地閃絡放電，即形成兩相或三相接地短路，存在較大的運行隱患。另外，該類瓷瓶的支柱與絕緣子連接處容易受力不均導致變形，存在易破損的風險。

1.2 絕緣導線易造雷擊斷線

絕緣導線相比裸導線更易發生雷擊斷線問題，架空絕緣線路因雷擊發生對地擊穿放電后，導線絕緣層上的放電擊穿點呈細小針孔，針孔位置靠近線路絕緣子兩側隨機分布[4]。雷電沖擊閃絡后，接續的工頻短路電流會沿雷電放電通道起弧燃燒，高壓端弧根始于針孔處，雖然受電磁力作用但是因絕緣層的阻礙，電弧固定在針孔位置無法漂移。當發生相間短路時，短路電流幅值達幾千安至十幾千安，弧根溫度升至上千攝氏度，加之導線自重產生的拉力，芯線融化斷開，導致導線斷線。當雷擊引起單相對地短路時，若配電網采用中性點非有效接地方式，則線路可帶單相接地故障運行一段時間，小電流電弧長時間燒灼針孔位置，也會燒損線芯造成斷線。

1.3 雷擊故障查找定位困難

2021年某年某月，雷雨天氣，某供電所高車支線#2桿2T1開關跳閘，重合不成功，經運維人員機巡過后，發現線路無異常，試送成功。次日01時59分，某供電所高車支線#2桿2T1開關再次跳閘，重合不成功。后經單相故障定位儀發現高車支線#25桿絕緣子因雷擊損傷，引起絕緣子接地（完全擊穿），導致線路故障跳閘。雷擊導致線路接地故障，一般故障點發生在絕緣子或者避雷器上，絕緣子頂部閃絡，或者避雷器復合外套擊穿小孔，即使通過機巡獲得高清照片，但是肉眼仍是難以發現故障點，且目前能夠使用的故障定位儀器效果不明顯，雷擊后零值絕緣或低值絕緣的查找還有待研究。另外。雷電定位系統因邏輯沖突無法同時導入配電線路主干線和支線坐標，或桿塔坐標不準，在配網應用效果有限。

2 10kV配電線路防雷保護措施

2.1 加強配電線路防雷能力

開展防雷改造逐步淘汰針式絕緣子，直線塔宜采用柱式絕緣子或瓷橫擔絕緣子，耐張塔宜采用盤形絕緣子，雷害嚴重地區、污穢地區及緊湊型線路可選用復合橫擔提高絕緣，同時科學配置線路避雷器，推動大通流容量避雷器應用，雷害嚴重或避雷器頻繁故障的線路宜選擇標稱電流10kA大通流容量配電線路避雷器（大電流沖擊100kA），目前某縣供電局配網設備故障主要存在于老舊針式、矮腳瓷瓶及殘舊硅膠避雷器，在準入方面需嚴格限制針式矮腳瓷瓶及硅膠避雷器入網，從源頭上為采購“少維護、免維護”設備[5]。加強配電線路防雷建設，推廣配網架空地線（避雷線）區段性應用，在主干線、重要支線及易擊段可架設地線，設置架空地線可大幅降低線路感應雷擊閃絡率，架空地線利用導線和地線間耦合作用來降低導線對地雷電過電壓值，架空地線還可將雷電直擊導線引起的閃絡轉化為雷擊架空地線后反擊導線閃絡，因有架空地線和桿塔對雷電流進行分流，可大幅降低流過線路避雷器的沖擊電流，小幅降低直擊雷閃絡概率。目前某縣供電局已累計更換針式絕緣子及避雷器4052只，配網架空線路防雷能力明顯提升；推動出臺防雷典型（避雷線加裝）設計，在線路設計建設階段考慮防雷，避免出現先建后改的情況。

2.2 絕緣導線防雷擊斷線措施

在人員稀少、無樹障、安全距離足夠的偏遠空曠地區，條件允許時應優先采用裸導線，若必須采用絕緣導線，宜采用帶鋼芯的絕緣導線，并根據雷電防護等級采取相應的防雷擊斷線措施；防止架空絕緣線路雷擊斷線，也可采用加強絕緣配置，如增加1片絕緣子、采用絕緣水平更高的柱式絕緣子或瓷橫擔絕緣子。對于新建線路，可在易擊段架設地線并對部分（易擊）桿塔安裝固定外串聯間隙線路避雷器；架空地線應逐基良好接地。目前某縣供電局已完成中壓架空裸導線絕緣化改造64回線路，改造長度約203.54km，精準實施絕緣化改造。

2.3 改善桿塔接地裝置

降低線路設備接地電阻是提高線路耐雷水平、減少線路雷擊跳閘率的主要措施。裝有保護柱上設備用避雷器或裝有無間隙線路避雷器的電桿需采用人工接地，接地電阻過高的易擊桿塔、部分架設地線桿塔以及特殊桿塔（如終端塔、大跨越塔、重要T接桿塔）等宜采取人工接地；山區等土壤接地電阻率高的地區，應采用擴大地網、增加地網埋深、裝設新型接地材料等技術方法降低接地電阻，使用新型接地材料可解決在實際運行中面臨著腐蝕、復雜地形條件下運輸及施工困難等諸多問題，定期測量桿塔接地電阻，保證引下線與人工地網可靠電氣連接且接地電阻值在合格范圍內，保證接地裝置泄流通道通暢。目前某縣供電局已加裝、補強地網461個（含新型接地材料加裝），提高線路耐雷水平。

3 結束語

本文總結了某縣供電局近3年10kV配電線路防雷的狀況，分析了10kV配電線路防雷存在的主要問題，以案例方式詳細給出了10kV配電線路防雷措施，2022年雷擊故障跳閘大幅度降低，同比前3年下降30.34%，減少線路雷擊跳閘率，進一步提高了10kV配電線路運行的安全性與可靠性。