山頂供電配電線路的防雷對策

路 軍

（南方電網廣東電網公司肇慶供電局，廣東 肇慶 526060）

1 引言

配電網中的故障以配電線路的故障占大部分，配電線路的故障又以雷擊跳閘占的比重最大，尤其是在山區的配電線路中，線路故障基本上是由于雷擊跳閘引起的，據運行記錄，架空配電線路的供電故障約60%是雷電引起的，特別是供設置在山頂的移動電話收發信站、電視和廣播發射天線設備等設置場所的配電線路，是雷擊造成配電線路故障跳閘頻發的主要原因之一。所以防止雷擊跳閘可大大降低配電線路的故障，進而降低電網中事故的發生頻率。經多年摸索，我國的配電線路防雷基本形成了一系列行之有效的常規防雷方法，如降低接地電阻、架設避雷線、安裝自動重合閘等，但是對于向山頂供電的配電線路，雷害十分頻繁，降低接地電阻又極其困難，而且費用高、工作量大，效果也受到一定的限制。因此，山頂供電的配電線路防雷是一項非常嚴重的工作。

2 向山頂供電配電線路雷擊過電壓的種類

2.1 直擊雷

直擊雷電過電壓是雷直擊配電線路時產生的過電壓，流入的電流、產生的電壓都極其大。按照廣東省2001年雷電定位統計資料，年平均雷電流為24.3kA為例，若設配電線路的沖擊阻抗為 500?，產生的雷電過電壓極大，約為6100kV。因此，對于直擊雷，即使是小雷，如果不采取對策，也會導致絕緣破壞。

2.2 感應雷

感應雷電過電壓是當配電線路附近的樹木和構筑物等遭受落雷時，放電電流引起的線路附近的電磁場急劇變化而產生的過電壓。國際有關研究機構觀測得出的結論：

（1）感應雷的主要成分是在回擊過程中產生的。

（2）在配電線路上產生的感應雷電壓在距落雷地點最近的點為最大。

（3）雷電流和感應雷電壓的極性相反。即為負極性雷電流和正極性感應雷電壓、正極性雷電流和負極性感應雷電壓的組合。

2.3 反擊雷（逆流雷）

在構筑物落雷時，若該構筑物的接地電阻高，則接地電位上升大，有時雷電流的一部分侵入供電電源的配電線路側，因構筑物電氣回路的構成，有時不在構筑物側發生雷電損害，只在配電線路側產生故障，這種現象稱為反擊雷（逆流雷）。

由于移動電話收發信站、電視和廣播發射塔等山頂負荷易遭受雷擊，在向這些設備供電的配電線路的防雷對策中應特別考慮。

3 向山頂供電配電線路的雷害特征

3.1 高山地區的高阻接地

在向山頂供電的配電線路中，從雷害的情況來看，其中一個原因是反擊雷。雷擊向越高的構筑物，接地阻抗值越高，反擊向配電線路的電流就越大。以廣東省肇慶市北嶺山將軍頂為例，將軍山頂海拔986m，向山頂電視廣播發射中心供電的10kV微波支線線路全長2.80km，導線均無換位，山地占63%，高山大嶺占34%。對該段線路山腰＃14～＃21桿塔接地網進行實測，經測試如表1所示。

表1 基桿塔接地電阻值

3.2 雷擊的選擇性和易擊點

從雷擊統計資料和實驗研究證明，山區架空配電線路多雷區和易擊點，發生在山高、勢陡、谷深、高差變化大、檔距較長的地段，其地質一般是兩種或數種地質的交錯處。

山頂地面構筑物的性質和形狀對雷電的發展有很大的影響，在高大的電視發射塔的尖頂和邊緣上電場強度最大，這些都是容易遭受雷擊的緣故。

向山頂供電配電線路一般都架設在山高、勢陡、高差變化大、檔距較長的地段，故障跳閘往往發生在雷雨大風天氣，往往因1次故障引起多個桿塔設備破損燒壞，由于山區道路濕滑，維護作業困難，一旦發生故障，有時需要較長的時間恢復。

4 向山頂供電配電線路雷害的防雷對策

向山頂供電的配電線路大部分為水泥桿鐵橫擔，絕緣水平不高，遭受直擊雷、感應雷或反擊雷時都容易引起絕緣子的閃絡，造成相間短路跳閘，有時還會發生斷線。因此，必須調查分析該區域過去雷害經過，掌握雷害程度，加強配電線路的防雷保護，采取有效的措施，以提高供電可靠性和減少經濟損失。

4.1 桿塔接地降阻對策

采用線路避雷器防雷抑制雷害，關鍵是接地線的接地阻抗，當線路受到感應雷擊時，若線路沒有避雷器產生的對地電壓為Up，則有避雷器時線路上產生的對地電壓為如下：

4.2 選擇復合絕緣外套氧化鋅避雷器

由于常用的避雷器是瓷外套，比較重，安裝不便，使用在線路上有一定的局限性，而且如果發生爆炸，它的碎片將危及臨近絕緣子的運行安全，所以必須選擇一種比較適合于線路上使用的避雷器。

隨著國內硅橡膠技術的發展，近些年研制成功的復合絕緣外套氧化鋅避雷器就是一種適合懸掛于線路桿塔上的避雷器，與傳統的瓷外套避雷器相比，它除去了笨重的外套，改用新型硅橡膠復合有機外套，因而它具有重量輕等優點，甚至在復合外套避雷器損壞時能允許線路繼續運行，而其電氣特性、保護特性方面大體與瓷外套避雷器相當。

國際上，美國、日本等國已大量使用復合外套氧化鋅避雷器，日本有大量復合外套氧化鋅避雷器在電網中使用。隨著我國硅橡膠技術的發展，我國在城農網改造中大量使用10kV、110kV、220kV的復合外套氧化鋅避雷器，如表2是深圳某公司生產的10kV復合外套氧化鋅避雷器的電氣特性。

表2 10 kV復合外套氧化鋅避雷器電氣特性

4.3 選擇防爆脫離型復合外套無間隙氧化鋅避雷器

它的工作原理是當這種防爆脫離型避雷器受到強雷或其他原因引起閥片瞬間部分或全部損壞時，或引起閥片側面閃烙時，產生的高溫高壓的氣體沖破底蓋，接地線脫落，從而防止避雷器發生粉碎性爆炸和防止因避雷器而造成的永久性接地故障。它的主要特點：①脫離裝置在電力系統中性點任何一種接地方式下，避雷器長期運行蛻化或因雷擊損壞時都能可靠動作，有效防止避雷器發生爆炸和電力系統的永久性接地故障，確保電網的安全運行；②壓力釋放裝置使避雷器在嚴重故障電流下仍保持完整；③外部散形結構大大提高了避雷器的外部閃絡電壓；④外絕緣耐電腐蝕，抗老化；⑤良好的非線性電阻片使避雷器具有殘壓低、通流容量大、響應時間快、陡坡特性平坦，確保配電設備運行。

肇慶供電局在雷電活動頻繁、雷雨季節經常遭受雷擊，造成線路跳閘的將軍頂山區的 10kV微波支線的#12號～#18號桿塔上安裝了7組21只合成絕緣外套金屬氧化物避雷器，經過2年多的運行實踐，證明這種改進的防雷措施對于山區線路的防雷是經濟、有效的。

防爆脫離型復合外套無間隙氧化鋅避雷器，雖然能有效的防止避雷器發生粉碎性爆炸和防止因避雷器而造成的永久性接地故障。但損壞的避雷器還需停電更換，近年為提高供電可靠性，減少對客戶的停電，采用摘掛式避雷器，可在不用停電的情況下更換避雷器，從而減少停電損失。

4.4 新型線路支柱型避雷器防雷過電壓保護器

近年電科院與國內廠商開發一種新型的配電線路支柱型避雷器防雷過電壓保護器，該保護器是由氧化鋅支柱型避雷器、限流元件引流球、導線引流球、標準串聯間隙、連接支柱板、標準引流球間隙工具幾部分共同組成。

當線路受到雷擊過電壓，感應過電壓尚未達到絕緣子閃絡時，導線引流球和保護器限流元件引流球間隙開始放電，之后將雷電流導向支柱型避雷器，雷電流經支柱型避雷器釋放，而工頻續流則被支柱型避雷器截斷，達到“避雷”的目的。該保護器最大的優點是不用接地線，減少了山上堅土或巖石上難以降阻和接地引下線被盜的煩惱。

肇慶供電局 2008年開始在雷雨季節經常遭受雷擊跳閘的部分山區配電線路上試點安裝了支柱型避雷器防雷過電壓保護器，經過半年多的運行，效果良好。

4.5 加裝10kV戶外高壓真空自動重合器

根據統計，配電系統中永久性故障一般不到60%，其余故障都是由于雷擊過電壓引起的絕緣子表面閃絡、大風時的短時碰線或樹枝落在導線上等引起的瞬時故障。因此，肇慶供電局將向山頂供電的10kV微波支線#01桿塔的柱上真空開關更換為戶外高壓真空永磁自動重合器（三相），當系統出現故障時，保護立刻動作是線路或設備斷開，在非常短暫的時間內，故障點的電弧就會自動熄滅，使絕緣得以恢復。此時自動重合閘裝置動作，自動將斷路器合上，恢復系統正常運行。借助重合器的作用，當線路發生瞬時性故障時，可不影響用戶用電，而當發生永久性故障時，可起到分段開關的作用，限制停電范圍。重合器運行2年多來動作超過15次，收到良好的效果。

4.6 加裝架空地線

對于雷電活動頻繁、雷雨季節經常遭受雷擊的山區供電線路，應考慮加裝架空接地線，它具有以下優點：

（1）利用電磁遮蔽效果抑制感應雷電壓。

（2）將雷引向架空接地線，防止雷直接擊向導線或設備。

（3）將直擊到架空地線的雷電流分流到與架空地線有一定距離的桿塔接地極，抑制遭雷擊桿塔的接地電位升高，防止逆閃絡。

（4）通過架空地線和相導體的電磁耦合，降低直擊雷時的絕緣子間電壓，防止閃絡。

（5）降低避雷器通過電流。

配電線路設置架空地線可將避雷器損傷率降低到 1/3～1/5。向山頂供電的配電線路，線路一般架設在堅土或巖石上，這些地段的接地阻抗值大，可在該段配電線路區域外取接地阻抗較低的區域設置分流架空地線，作為防止避雷器和設備燒損故障對策的也是十分有效的。

5 結論

設置在山頂的移動電話收發信站、電視和廣播發射中心等擔負著社會的重要作用，為其供電的配電線路往往架設在勢陡、谷深、高差變化大、檔距較長的地段，地質一般都為堅土或巖石，接地阻抗值大，雷擊故障頻發。提高配電線路的供電可靠性，研究解決向山頂供電配電線路的耐雷設計和防雷措施成為重要的課題。

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[5][日]橫山茂著,吳國良譯.配電線路雷害對策[M].北京∶中國電力出版社,2008.6.