配電絕緣線路架設(shè)避雷線的防雷設(shè)計(jì)

方永祥

【摘 要】介紹了配電絕緣線路防雷保護(hù)的必要性、措施及架設(shè)避雷線防雷的線路特點(diǎn)；分析了避雷線防直擊雷以外，還具有對導(dǎo)線的耦合作用、降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓、對雷電流的分流功能以及便于維護(hù)的優(yōu)點(diǎn)。進(jìn)一步對配電線路避雷線和桿塔的接地方式進(jìn)行論述，并通過10kV線路維修改造工程實(shí)例闡述了避雷線防雷的具體實(shí)施方案。對配電架空絕緣線路的防雷設(shè)計(jì)具有參考意義。

【關(guān)鍵詞】架空絕緣導(dǎo)線 避雷線 直擊雷 感應(yīng)過電壓 接地

配電線路靠近受電端，分布廣且縱橫交錯、路徑總公里數(shù)較長，遭受直擊雷、感應(yīng)雷侵襲比較多，由雷害引起的線路跳閘、停電事故為50%左右。近年來，隨著城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設(shè)和改造，配電線路大多數(shù)采用絕緣導(dǎo)線，部分地區(qū)絕緣化已達(dá)到70%；雖然利用絕緣導(dǎo)線可以減少樹線矛盾及外物所引起的事故，提高供電安全性，但是線路遭受雷擊后，絕緣導(dǎo)線容易斷線，斷線后搶修、恢復(fù)供電比較困難，造成影響和損失較大，故在設(shè)計(jì)階段需采取措施提高架空配電絕緣線路的耐雷水平。

為防止雷電襲擊架空配電絕緣線路所引起的停電事故，有采用架設(shè)避雷線、安裝氧化鋅避雷器、線路過電壓保護(hù)器、穿刺防弧金具、保護(hù)性絕緣橫擔(dān)和防雷支柱絕緣子等不同的防雷措施，各項(xiàng)措施均能在一定程度上防止雷害事故；設(shè)計(jì)階段應(yīng)根據(jù)線路負(fù)荷性質(zhì)、運(yùn)行方式、路徑所經(jīng)地形、地貌的雷害情況，對雷擊區(qū)進(jìn)行分析，選取適合于不同區(qū)域配電線路的有效措施。本文對架空配電絕緣線路采用避雷線的防雷措施作簡單分析。

1 配電線路架設(shè)避雷線防雷的特點(diǎn)

避雷線（架空地線）由空中水平接地導(dǎo)線、接地引下線和接地體三部分組成，它是架空線路防直擊雷最常用的重要措施，也可以提高線路耐雷水平。

在雷電活動頻繁的多雷區(qū)、易遭受直擊雷的地區(qū)，架空配電絕緣線路可采用架設(shè)避雷線和安裝絕緣橫擔(dān)相結(jié)合的防雷措施；架空配電線路在跨越河塘、公路等地物的區(qū)域，桿塔間檔距較大且桿塔較高時，可采用架設(shè)避雷線和加強(qiáng)線路絕緣（增加絕緣子片數(shù)、改用大爬距絕緣子）的防雷措施；另外，配電線路應(yīng)在變電所或發(fā)電廠的進(jìn)線段1～2km處架設(shè)避雷線。

配電線路自身絕緣水平較低，為減少雷電反擊閃絡(luò)概率，應(yīng)提高線路的絕緣水平和降低桿塔接地電阻；直線水泥桿導(dǎo)線橫擔(dān)可采用玻璃鋼絕緣橫擔(dān)，耐張桿和鋼管桿可增加1～2片懸式絕緣子，避雷線引下線盡量與金屬橫擔(dān)絕緣引下（避雷器橫擔(dān)除外）。

2 避雷線防雷的功能和優(yōu)點(diǎn)

當(dāng)雷直擊于導(dǎo)線時，瞬間強(qiáng)大的雷電流會在導(dǎo)線上產(chǎn)生很高的電位，造成線路閃絡(luò)，絕緣導(dǎo)線斷線；采用避雷線主要功能是減少雷直擊于導(dǎo)線，將擊于避雷線的雷電流通過良好的接地體安全泄入大地；此外還有以下功能：

2.1 對導(dǎo)線有耦合作用

輸電線路每根導(dǎo)線都處于沿某根或若干根導(dǎo)線傳播的行波所建立的電磁場中，因而都會感應(yīng)出一定的電位，作用在任意兩根導(dǎo)線之間絕緣上的電壓就等于它們之間的電位差；在避雷線上出現(xiàn)電壓行波時，在導(dǎo)線上就要耦合出一個相應(yīng)的電壓，則作用在絕緣子上的電壓是它們二者之差，即

上式計(jì)算出的耦合系數(shù)k通常在0.2左右，可見耦合作用使絕緣子所受到的電壓低于塔頂電位ut，從而降低了雷擊桿塔時塔頭絕緣子和空氣間隙上的電壓。

2.2 降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓

雷擊于線路附近的大地或接地的線路桿塔頂部時，會引起架空導(dǎo)線上與雷云的極性相反的感應(yīng)過電壓（感應(yīng)雷）。感應(yīng)過電壓包括靜電分量和電磁分量，由于主放電通道與導(dǎo)線基本上是相互垂直的，故只考慮其靜電分量即可。

根據(jù)理論分析和實(shí)測結(jié)果，導(dǎo)線上方架設(shè)接地的避雷線時，導(dǎo)線受它的屏蔽，感應(yīng)過電壓會降低，因?yàn)樵趯?dǎo)線的附近出現(xiàn)了帶地電位的避雷線，使導(dǎo)線對地電容增大，而且避雷線使導(dǎo)線上感應(yīng)出來的束縛電荷減少。有避雷線時導(dǎo)線上最大感應(yīng)過電壓Ui計(jì)算如下：

○1在雷擊點(diǎn)距電力線S>65m時，Ui= Ui（1- k）=25× （1- k） （kV）

式中 Ui—無避雷線時導(dǎo)線上最大感應(yīng)過電壓，kA；I—雷電流幅值 ，kA，一般小于100kA；hc—導(dǎo)線對地的平均高度，m；s—雷擊點(diǎn)與導(dǎo)線之間的距離，m；hg—避雷線對地的平均高度，m；k—導(dǎo)、地線間的耦合系數(shù)。

○2在雷擊塔頂?shù)染o靠導(dǎo)線的接地物體（S→0）時，

2.3 避雷線的分流作用

雷擊塔頂后，由于避雷線的分流作用，減少了流入桿塔的雷電流，從而降低塔頂電位?？偫纂娏鱥分為兩部分，i=it+ig（kA），即一部分雷電流it流經(jīng)桿塔電感和接地電阻，另一部分雷電流ig經(jīng)避雷線分流入地。用分流系數(shù)β表示它們之間的關(guān)系，即β= it/i 。

桿塔分流系數(shù)β可按雷擊桿塔等值阻抗圖進(jìn)行計(jì)算，其值處于0.86～0.92的范圍內(nèi)。擊于桿塔的雷電流大部分經(jīng)桿塔瀉入大地，避雷線的分流作用約占總電流的10%。

2.4 減少線路維護(hù)工作量

配電絕緣線路采用避雷器、防雷絕緣子等防雷設(shè)備時，在長期運(yùn)行過程中，會出現(xiàn)老化、短路等故障，給維護(hù)帶來一定困難。當(dāng)架設(shè)避雷線時，可以大大減少維護(hù)、檢修工作量。

3 桿塔接地

配電絕緣線路架設(shè)避雷線時，為實(shí)現(xiàn)有效防雷，桿塔應(yīng)逐桿接地，避雷線采用不小于35mm2鋼絞線引下與桿塔接地裝置有效連接；接地裝置宜圍繞桿塔基礎(chǔ)敷設(shè)成閉合環(huán)形，宜采用水平接地體和垂直接地體相結(jié)合的接地型式。接地材料材質(zhì)應(yīng)根據(jù)土壤的腐蝕及機(jī)械強(qiáng)度的需要進(jìn)行選擇，一般采用鍍鋅鋼材或鍍銅圓鋼。

根據(jù)土壤電阻率的不同，每基桿塔接地裝置在雷雨季，地面干燥時，不聯(lián)接避雷線的工頻接地電阻值應(yīng)控制在1～30Ω的范圍；接地電阻對塔頂電位影響很大，減小接地電阻是提高線路耐雷水平和防止雷電反擊的有效措施；對于配電線線路，其自身絕緣水平較低，容易遭受反擊，故應(yīng)努力降低接地電阻。

配電絕緣線路架空避雷線的引下線不宜與桿上金屬導(dǎo)線橫擔(dān)相連，應(yīng)絕緣引下接地，以減少雷電反擊，造成配電線路閃絡(luò)或桿上設(shè)備損壞。

4 工程實(shí)例

10kV運(yùn)西線1#～53#桿線路維修改造工程，線路全長2.2km，單回路設(shè)計(jì)，桿塔采用φ230-15m水泥桿；導(dǎo)線更換為JKLGYJ-10kV-240絕緣線，采用避雷線防雷保護(hù)，避雷線采用GJ-35鋼絞線。

該條線路所經(jīng)地較為空曠，大部分為水田、魚塘，部分路徑沿公路走線，且線路跨越樹林3處和多條河流。

導(dǎo)線水平排列，線間距為0.65m；避雷線架設(shè)于導(dǎo)線上方，支架高度為1.85m，避雷線對邊導(dǎo)線保護(hù)角為25°；導(dǎo)線、避雷線安全系數(shù)分別按8.0和10.0取值。導(dǎo)線與地線在檔距中央的距離S，在氣溫15℃，無風(fēng)無冰條件時符合公式S≥0.012L+1（L為檔距）的要求。

該條配電線路所經(jīng)過地區(qū)屬于D1級污穢區(qū)，絕緣配合泄漏比距按不小于2.8cm/kV進(jìn)行設(shè)計(jì)；直線絕緣子采用PS-15/5柱式絕緣子，耐張絕緣子串增加1片絕緣子，采用3片40kN盤形懸式瓷絕緣子。

避雷線逐桿利用GJ-35鋼絞線引下與接地裝置可靠連接直接接地；接地裝置為水平接地環(huán)和垂直接地體聯(lián)合的接地型式，接地引下線和水平接地體均采用φ12圓鋼，垂直接地體采用∠50×5、長2.5m角鋼，水平接地體圍繞基礎(chǔ)敷設(shè)成閉合環(huán)形且埋深0.8m；該地區(qū)土壤電阻率ρ<100，降低桿塔接地電阻比較簡單，采用延長接地射線和增加垂直接地極的方式，使工頻接地電阻小于10Ω。

該條配電線路于2014年4月改造竣工，至今未發(fā)生雷擊斷線事故，運(yùn)行狀況良好。

5 結(jié)語

配電線路架設(shè)避雷線的防雷保護(hù)方式已在多個地區(qū)運(yùn)行多年，其效果良好。根據(jù)理論分析以及結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況，配電架空絕緣線路在雷電活動頻繁、易遭受直擊雷的地區(qū)和變電所進(jìn)線段1～2km的區(qū)域，在適當(dāng)加強(qiáng)線路絕緣水平和降低桿塔工頻接地電阻的前提下，架設(shè)避雷線的防雷保護(hù)措施是可行、有效的。

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