10kV配電線路防雷措施探究

摘要：10kV配電線路是當(dāng)前我國社會(huì)電力系統(tǒng)的主要部分，由于絕緣等級(jí)不高和電網(wǎng)結(jié)構(gòu)復(fù)雜等特點(diǎn)，雷擊故障較多，影響供電系統(tǒng)安全和廣大用電戶的正常用電。為保證供電網(wǎng)路的安全穩(wěn)定運(yùn)行和人民群眾生命財(cái)產(chǎn)安全，文章研究10kV配電線路與雷電的關(guān)系，分析幾種常見的雷擊電壓形式，研究相應(yīng)的解決策略，為提高10kV配電線路防雷水平提供指導(dǎo)。

關(guān)鍵詞：10kV配電線路；雷電波；防雷措施；電網(wǎng)結(jié)構(gòu)；電力系統(tǒng) 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM862 文章編號(hào)：1009-2374（2016）32-0123-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2016.32.061

粵東地區(qū)夏天常遭受大范圍的雷災(zāi)，去年我區(qū)配電網(wǎng)遭受兩次大面積雷暴災(zāi)害，幾十條10kV配電線路故障，減少供電量超過300萬千瓦時(shí)，另外不少自動(dòng)化設(shè)備和通訊設(shè)備損壞，價(jià)值十幾萬元。在雷災(zāi)中，架空線路受災(zāi)最嚴(yán)重。架空線路的防雷保護(hù)是電力系統(tǒng)防雷工作的重點(diǎn)。架空線路長度長、分布廣，遭受雷擊的機(jī)會(huì)多，由此產(chǎn)生的事故也多。又由于雷擊產(chǎn)生的雷電波可以沿線路侵入變電站，危及站內(nèi)電氣設(shè)備的絕緣，因此必須重視和做好架空線路的防雷保護(hù)。

1 10kV配電線路雷擊分析

1.1 雷擊過電壓的分類

配電線路一般都是架設(shè)在較為空曠的地方，如道路兩側(cè)、溝渠堤岸、農(nóng)田等，由于周邊建筑低矮、高大植物較少等特點(diǎn)，極有可能發(fā)生雷擊事故。整體來看，我國常見的配電雷擊形式可以分為直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓兩種。

直擊雷過電壓基本原理就是帶電雷云靠近地表較為突出的導(dǎo)電體（如架空線路中的塔桿和導(dǎo)線）因距離不足產(chǎn)生放電。由于雷云中電荷含量較高，通常造成瞬間電壓過高、電流較大。這種高電壓放電現(xiàn)象在通過架電線路設(shè)備過程中會(huì)對(duì)導(dǎo)線和絕緣子造成強(qiáng)大的壓力，極易損壞這類元件。

感應(yīng)雷過電壓是一種間接雷擊效應(yīng)，當(dāng)架空線路周邊其他物體遭受雷擊時(shí)，產(chǎn)生的雷電波在架空線路上會(huì)產(chǎn)生形成較大的感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓足夠大時(shí)會(huì)造成線路的元件受損。雷擊感應(yīng)過電壓在我區(qū)配電絕緣線路雷擊事故中比例較高。

1.2 雷擊架空導(dǎo)線的原理分析

根據(jù)線路遭受雷擊的特點(diǎn)，可以從下述兩個(gè)方面分析：

1.2.1 雷擊會(huì)造成線路絕緣閃絡(luò)。雷擊線路但不致引起絕緣閃絡(luò)的最大雷電流峰值稱為線路的耐雷水平。線路的耐雷水平越高，則線路絕緣發(fā)生閃絡(luò)的機(jī)會(huì)越小。線路防雷的第一類措施，就是要保證線路具有較高的耐雷水平，以減少絕緣閃絡(luò)的機(jī)會(huì)。

如果Um大于絕緣子鏈的沖擊放電電壓U50%，就會(huì)發(fā)生閃絡(luò)。因此可求得線路的耐雷水平為：。

如果線路架設(shè)了避雷線，這時(shí)對(duì)線路的絕大部分雷擊將落在桿塔或避雷線上，雷電流通過桿塔較小的接地電阻入地，所產(chǎn)生的過電壓較小。也就是說，可以達(dá)到比較高的耐雷水平，從而減小了絕緣閃絡(luò)的機(jī)會(huì)。

1.2.2 雷擊可能會(huì)造成線路跳閘。線路絕緣受雷擊發(fā)生閃絡(luò)后，只有當(dāng)雷擊引起的沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)橛晒ぷ麟妷壕S持的工頻電弧并持續(xù)到等于或超過繼電保護(hù)的整定時(shí)間后，才會(huì)引起跳閘。由沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定工頻電弧的概率與電源容量及去電離條件等影響因素有關(guān)，但主要的影響因素是作用于電弧路徑的平均電位梯度。沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)為穩(wěn)定工頻電弧的概率——稱為建弧率，可按下式計(jì)算：

式中：Ue為額定電壓；lj為絕緣子串長度（m）；lm為木橫擔(dān)線路的線間距離（m），對(duì)于鐵橫擔(dān)和鋼筋混凝土橫擔(dān)線路，lm=0。在額定電壓一定的情況下，增加絕緣子串片數(shù)可降低建弧率。

對(duì)于額定電壓不高的線路，即使耐雷水平不高，容易發(fā)生沖擊閃絡(luò)，但由于建弧率較低，因此即使不用避雷線，仍有較好的運(yùn)行指標(biāo)。

由絕緣子串的平均運(yùn)行電壓梯度計(jì)算公式可知，在我區(qū)的配電線路中，由于采用鐵橫擔(dān)（lm=0），中性點(diǎn)不接地，故與鐵橫擔(dān)中性點(diǎn)有效接地系統(tǒng)相比，E較小，建弧率也相對(duì)較低，線路的耐雷性能較好。

采用中性點(diǎn)非有效接地或經(jīng)消弧線圈接地的運(yùn)行方式，可使由雷擊引起的大多數(shù)單相接地故障能夠自動(dòng)消除，不致引起相間短路和跳閘。

2 10kV配電線路防雷擊策略探討

2.1 總體防雷擊策略

總體的防雷擊策略應(yīng)當(dāng)是圍繞著設(shè)備革新、線路結(jié)構(gòu)簡化、重點(diǎn)防護(hù)感應(yīng)雷擊這些方面來進(jìn)行探討。

2.2 防雷擊具體策略

2.2.1 裝設(shè)避雷線。目前，在輸電線路中，裝設(shè)避雷線是最基本和最有效的防雷措施。我市地處雷電多發(fā)地區(qū)，為防雷害，我區(qū)電網(wǎng)所有的110kV線路都架設(shè)了避雷線。我區(qū)配電網(wǎng)在雷暴重點(diǎn)區(qū)域的配電架空線路上也安裝了避雷線，近年的多次雷擊天氣中較好地保護(hù)了線路。

2.2.2 安裝過電壓保護(hù)器。目前我區(qū)大多數(shù)配電線路均安裝了過電壓保護(hù)器，從近幾年的使用效果來看，防雷擊效果較好。這種過電壓保護(hù)器一般是由架空絕緣導(dǎo)線、絕緣子、電極、氧化鋅閥片、引流環(huán)、橡膠絕緣外套等結(jié)構(gòu)部分組成的，該裝置的基本原理是利用裝置與絕緣線路并聯(lián)關(guān)系，雷擊事故發(fā)生時(shí)，保護(hù)器會(huì)發(fā)出保護(hù)動(dòng)作，通過導(dǎo)通作用將雷電流通過桿塔引入地面，降低運(yùn)行導(dǎo)線和電塔之間的電壓差，讓閃絡(luò)事故發(fā)生概率降低甚至不發(fā)生。

2.2.3 安裝穿刺型防弧金具。穿刺型防弧金具是一種較為新型的配電線路壁壘設(shè)備，這種設(shè)備通常是由高壓電極和低壓電極兩部分構(gòu)成，高壓電極利用穿刺齒與絕緣導(dǎo)線中的導(dǎo)體相連，在雷擊發(fā)生時(shí)將高電位引出，同時(shí)高壓電極和低壓電機(jī)也構(gòu)成了雷擊放電間隙和工頻電弧燃燒間隙，將雷擊的放電集中在高壓電極和低壓電機(jī)之間就可以讓防弧金具作為主要的受雷擊部位，避免運(yùn)行線路遭受雷擊的損害。

2.2.4 安裝穿刺型防雷金具。防雷金具與防弧金具在基本目的上具備一定的相似性，都是利用設(shè)備自身作為替代品來代替線路承受雷擊傷害，避免線路的故障。防雷金具一般由絕緣罩、絕緣導(dǎo)線和絕緣子等部分構(gòu)成。防雷金具安裝在線路絕緣子附近的絕緣導(dǎo)線上，雷擊事故發(fā)生時(shí)，防雷金具就會(huì)將雷電電壓吸引，穿刺電極和接地電機(jī)之間發(fā)生閃絡(luò)，形成短路通道，接續(xù)的工頻電弧就會(huì)在防雷金具上燃燒，雷擊發(fā)生事故從導(dǎo)線線路轉(zhuǎn)移到防雷金具上，有效地避免了線路故障。

2.2.5 裝設(shè)自動(dòng)重合閘。根據(jù)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，配電線路雷擊事故多為瞬時(shí)故障，當(dāng)線路跳閘后電弧就會(huì)自行熄滅，由于斷路器動(dòng)作很快，電弧燃燒時(shí)間很短，線路絕緣一般不會(huì)損壞，不會(huì)形成永久性故障，因此可以利用自動(dòng)重合閘，使線路繼續(xù)恢復(fù)供電，不影響用戶正常生產(chǎn)和生活。

3 結(jié)語

從某種意義上來說，目前的各類防雷擊設(shè)備都是將雷擊電壓或雷擊電流從重要結(jié)構(gòu)轉(zhuǎn)移到附屬結(jié)構(gòu)上來進(jìn)行抵消，這種替代類的防雷擊措施是當(dāng)前防雷的主流手段，這種附屬結(jié)構(gòu)雖然在某種程度上會(huì)增加電力網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)營成本投入，但是相較于整個(gè)系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行，這種投入仍然是具備一定的經(jīng)濟(jì)性的。

線路防雷問題是一個(gè)技術(shù)經(jīng)濟(jì)問題。我們不希望線路由于雷擊而頻繁跳閘，造成經(jīng)濟(jì)上的重大損失，因此必須采用適當(dāng)?shù)姆览状胧Ａ硗?，在防雷方面要求過高，使投資大大增加，也是不合算的。因此在確定線路的具體防雷措施時(shí)，應(yīng)根據(jù)線路的電壓等級(jí)、負(fù)荷性質(zhì)、系統(tǒng)運(yùn)行方式、當(dāng)?shù)卦芯€路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)、雷電活動(dòng)的特點(diǎn)、地形地貌的特點(diǎn)等條件，通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較來確定。

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作者簡介：黃培強(qiáng)（1974-），男，廣東汕頭人，廣東電網(wǎng)汕頭澄海供電局中級(jí)工程師，研究方向：電力調(diào)度及配電生產(chǎn)運(yùn)行管理。

（責(zé)任編輯：秦遜玉）