山區(qū)10kV配電線路雷電故障分析

摘要：本文通過對10kV配電線路雷電故障的分析，對其發(fā)生的原因及其防范措施進行了探討，用陜西省地方電力系統(tǒng)寧陜供電分公司10kV關(guān)五線發(fā)生的雷電故障案例，指出雷電活動對電網(wǎng)造成的安全危害，提出線路防雷保護措施，以確保電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟、可靠、穩(wěn)定運行。

關(guān)鍵詞：10kV配電線路 ?實例分析 ?防雷措施

0 引言

寧陜縣地處秦嶺南麓中段，總面積3678平方公里，其中山林地占96.41%，平、緩坡地2.73%，水域占0.8%，俗稱“九山半水半分田”，10kV配電線路走徑多在高山峻嶺之中，地形地貌復雜，氣候變化多端，常年氣候溫暖濕潤，多數(shù)地區(qū)雷電日在30個左右，尤其是夏季，個別地區(qū)氣象條件復雜，雷電活動比較頻繁，進而在一定程度上容易引發(fā)輸電線路跳閘。近年來，寧陜供電分公司通過降低接地電阻、提高線路絕緣水平等一系列行之有效的常規(guī)防雷方法，取得一定的效果。但是，對于一部分線路，由于所在土壤的電阻率比較高，降低接地電阻存在一定難度，并且費用相對比較高、工作量比較大，在防治雷害方面，缺乏必要的措施。在這種情況下，有必要研究分析不受條件限制的線路防雷措施，綜合運用線路避雷器、降低桿塔接地電阻等，結(jié)合雷擊形式的實際情況，進而在一定程度上提高防雷效果。

1 雷電的產(chǎn)生及雷擊分類

所謂雷電是指，天空中帶異種電荷的雷云相互碰撞進而產(chǎn)生瞬間劇烈放電現(xiàn)象。雷電對大地上的物體造成的雷擊主要分為兩種：

①直擊雷

大地上的某一點或某一地上物受到帶電云層的猛烈放電，這種放電產(chǎn)生的破壞力非常大。對于10kV及以下的配電線路和設(shè)備來說，根據(jù)國家有關(guān)防雷規(guī)程，不需要單獨架設(shè)相應的避雷線或裝設(shè)避雷針等防雷措施，這是因為只有極少的雷電能夠直接擊中配電線路。

②感應雷雷擊過電壓

在發(fā)生雷云放電前，線路上正電荷被吸引到靠近電場突變點附近的導線上，進而在一定程度上成為束縛電荷，對于負電荷來說，由于遭到排斥而向兩側(cè)運動;雷云開始放電后，迅速中和負電荷，此時正電荷逐漸喪失束縛力，以電壓波的形式迅速向兩端傳播，形成靜電感應過電壓。

2 10kV配電線路雷擊故障原因

通常情況下，多種原因都可能導致10kV配電線路發(fā)生絕緣子擊穿或爆裂、斷線、配變燒毀等雷擊事故。雷擊事故與雷擊線路之間存在較大的關(guān)系，而且與設(shè)備自身存在的缺陷也有一定的關(guān)系，其原因主要包括：

2.1 裝設(shè)的絕緣子質(zhì)量不過關(guān)

在質(zhì)量方面，P-15、P-20針式絕緣子存在缺陷，寧陜地區(qū)近一、兩年來，雷擊針式絕緣子爆裂事故頻頻發(fā)生，進而在一定程度上造成10kV線路接地或相間短路。

2.2 10kV線路防雷措施不足

近幾年，寧陜地區(qū)為了確保輸電線路的安全，許多線路的配電變壓器都換成氧化鋅避雷器，但是，一些較長的10kV架空線路依然沒有安裝這種避雷器。

2.3 避雷器接地裝置不合格

輸電線路安裝的接地裝置不合格，其接地電阻值超過10歐，這種接地裝置的泄流能力比較低，當發(fā)生雷擊時，其電流不能快速流入大地。

3 實例分析

2013年7月6日14：23分，寧陜供電分公司關(guān)口變電站124關(guān)五線零序保護告警，電壓監(jiān)測情況為A相電壓為0kV、B相為10.1kV、C相為10.2kV，事故象征判斷為124關(guān)五線A相接地。

城關(guān)供電所接到調(diào)度通知：124關(guān)五線已轉(zhuǎn)冷備用，要求維修人員盡快排查故障。當時暴陣雨剛停，之前縣城關(guān)五線方向雷電活動劇烈，初步判斷為線路雷擊故障。維修人員將124關(guān)五線39號桿斷口絲具拉開，對線路的上下段用2500V搖表進行了絕緣測試，測試結(jié)果為后段線路A相電阻為0Ω，前段測量結(jié)果符合標準，判斷19#桿后段有接地現(xiàn)象，這時維修人員接到董家壩村民反映，停電前打雷時看見對面山上線路有火球，響聲較大。當維修人員趕至現(xiàn)場，發(fā)現(xiàn)關(guān)五線103號耐張桿A相瓷瓶絕緣被擊穿，經(jīng)搶修后恢復送電。

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故障原因分析：

①該線路全長42.07公里，只在2個斷口處安裝了線路避雷器（線路3.1公里、20.7公里處）。

②該10kV線路穿越寧陜雷電活動日平均值較大的強雷區(qū)，本次故障桿地勢點較高。

③縣公司近年來只進行了35kV線路的絕緣子的零值測試，而10kV線路還未開展。

本次故障采取的措施：將懸式瓷瓶片數(shù)增加為3片。

4 防雷措施

4.1 在防雷方面，對于10kV配電線路來說，需要從設(shè)計抓起，在對線路進行設(shè)計的過程中，需要結(jié)合山區(qū)多雷的實際情況，進而在一定程度上采取相應的設(shè)計對策。在選擇桿塔時，不能套用傳統(tǒng)的通用設(shè)計模式，需要根據(jù)當?shù)囟嗬椎膶嶋H情況，以及運行經(jīng)驗，注重跨越桿塔的保護角和轉(zhuǎn)角桿跳線的屏蔽。在架設(shè)屏蔽針桿塔的過程中，通常情況下，需要降低桿塔的接地電阻（R<10Ω）。與土壤電阻率相比，如果線路桿塔比較高，并且接地電阻難以滿足規(guī)程需要時，在這種情況下，需要延伸接地。

4.2 增加分流。桿塔遭受雷擊后，在塔身與接地電阻之間產(chǎn)生高電壓。這時，通過增加分流的方式，可以減少桿塔的反擊電位。一是設(shè)置耦合地線，其作用主要表現(xiàn)為增加分流和增大地線與導線的耦合系數(shù)。根據(jù)運行經(jīng)驗顯示：作為防雷措施，耦合地線方式比較理想，但是必須通過降低接地電阻或?qū)⒔拥伢w延伸等措施對耦合地線的終端桿塔進行防護。二是鋪設(shè)延伸接地。通過延伸接地的方式，在一定程度上可以增加地中散流，同時對導線也有耦合作用，在這種情況下可以降低雷電的反擊率。三是降低桿塔接地電阻，塔頂電位對桿塔接地電阻產(chǎn)生不同程度的影響，根據(jù)規(guī)程的相關(guān)要求，其接地電阻低于10Ω，土壤電阻率一般小于25～30Ω。

4.3 提高線路的絕緣水平。對于配電線路來說，絕緣是安全運行的基礎(chǔ)，為此，需要采取措施，確保各條線路具有良好的絕緣性。一是對絕緣子質(zhì)量加強管理，確保掛網(wǎng)運行絕緣子的質(zhì)量。二是對絕緣子的零值加強檢測。三是對于掛網(wǎng)運行的劣質(zhì)絕緣子要及時的更換。四是通過增加絕緣子片數(shù)的方式，對個別雷電活動強烈跳閘頻繁的桿塔進行處理，進而在一定程度上提高承受反擊電壓的能力。

4.4 處于多雷區(qū)的架空線路，建議在距離避雷器較遠的線路中間位置加裝氧化鋅避雷器，改善接地裝置，或適當架設(shè)耦合地線。對于個別高的桿塔建議裝設(shè)氧化鋅避雷器保護，減小雷擊對線路造成的危害。

4.5 防雷裝置的接地電阻值必須符合有關(guān)運行規(guī)程的規(guī)定，接地引下線的截面積不應小于50平方毫米，接頭不宜過多，以免接觸電阻增大，影響雷電流泄放。

5 結(jié)束語

雷電活動屬于小概率事件，具有較強的隨機性，為了做好10kV配電線路的防雷工作，通常情況下，需要抓住其關(guān)鍵點。通過上述分析，在線路走徑設(shè)計中，為防止和減少雷害故障，需要對線路經(jīng)過地區(qū)雷電活動強弱程度、地形地貌特點和土壤電阻率的高低等情況進行綜合考慮，同時結(jié)合原有線路運行經(jīng)驗以及系統(tǒng)運行方式等，通過比較選取合理的防雷設(shè)計，提高10kV配電線路的耐雷水平。

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作者簡介：李建成，男，工程師，主要從事輸配電及用戶工程。