10kV配電線路防雷保護措施

鐘政權

(珠海市恒源電力建設有限公司，廣東 珠海 519000）

在城市10kv配電線路運行的總跳閘次數中，雷擊事故是引起線路跳閘的主要因素之一，特別是在地形復雜、檔距大和多雷的地區。根據氣象部門有關數據顯示，廣東地區屬于雷害天氣多發地區，年平均雷害日達70余天。多年來，10kv配電線路在運行過程中遭遇雷擊的事故時有發生，這不僅影響到配電線路的運行，給工農業的發展帶來損失，嚴重的情況下會導致配電設備和用戶設備的損壞，造成大面積的停電。因此，有必要對城市10kv配電線路的防雷措施進行探討，總結出合理、科學的防雷保護措施，以提高配電線路的防雷水平，減少配電設備及用戶設備的雷擊損壞率，從而確保配電線路的運行安全。

圖1 電磁場分析感應雷過電壓示意圖

1 10kV配電線路雷擊過電壓形式

1.1 直擊雷過電壓

直擊雷過電壓是雷云擊中桿塔、電力裝置等物體時，強大的雷電流流過該物體泄入大地，在該物體上產生的很高的電壓降。

1.2 感應雷過電壓

研究表明，10kV架空配電線路由雷擊引起線路閃絡或故障的主要因素不是直擊雷過電壓而是感應雷過電壓，配電線路遭受直接雷過電壓的概率很小，約占雷害事故的20%，感應雷過電壓導致的故障比例超過80%。因此10kV配電線路的防雷研究主要針對感應雷過電壓。

2 感應雷過電壓的危害

絕大多數10kV線路為1～2片絕緣子，由于絕緣水平低，感應雷過電壓易導致絕緣子閃絡。感應雷過電壓同時存在于三相導線，相間不存在電位差，故只能引起對地閃絡。

3 感應雷過電壓的計算

由于靜電分量是架空線路感應雷過電壓防護的主要影響因素，因此在感應雷過電壓計算中，應以靜電感應電壓的計算為主。在過電壓計算中可假設:(1)先導通道中的電荷均勻分布;(2)空間電場由先導電荷形成;(3)先導通道中的電荷在主放電時是全部瞬時被中和，主放電通道是垂直向上，不考慮分支。

圖1是應用電磁場分析計算感應雷過電壓示意圖。設雷擊點O距架空線正下方地C點的水平距離為S，導線離地高度為hd。

通過電磁分析可得，線路感應雷過電壓為

上面計算的是桿塔正對雷電處導線上的感應雷過電壓。導線上距離桿塔中心點為x處的過電壓與中心點的感應雷過電壓的計算方法相同，只需將式(1)中的S換為

對于導線平均高度為10m的配電架空線路，若雷擊點距離此線路50m，雷電流幅值為100kA，無任何保護措施時，感應雷過電壓的最大值約為500kV。由于10kV配電線路的絕緣水平較低，在如此高的過電壓下，極易發生絕緣擊穿、閃絡、斷線等事故。因此，必須采取有效措施來抑制感應雷過電壓，確保配電網的安全運行。

4 引起線路閃絡的雷電流與雷擊點的關系

設線路桿塔高度為15m，線路對地平均高度hd=11m，根據規程，在2hd=22m寬范圍內的落雷均被視為直擊雷。當感應雷過電壓Ug超過線路絕緣子50%放電壓，即Ug＞U50%時，絕緣子將發生閃絡，根據式(2)，引起線路閃絡的雷電流應滿足

當線路采用S-210/Z瓷橫擔，其50%放電電壓U50%=210kV，則在導線高度一定的情況下，最小閃絡電流Imin(簡稱閃絡電流)為

可見，當x一定時，隨著S的增大，引起線路閃絡的雷電流幅值增大。當S一定時，隨著x的增大，線路發生閃絡的雷電流幅值增大。即雷擊點越遠，擊距 越大，引起線路閃絡的雷電流幅值越大。由于式(4)中S和x的對稱性，閃絡電流僅與雷擊點與桿塔中心的相對距離有關，與雷擊點的具體位置無關。

5 10kV配電線路防雷措施研究

5.1 線路防雷水平與電桿高度關系可見，電桿高度越高，同樣的擊距下，閃絡電流將越小。因此要提高線路的防雷性能，在滿足電網安全運行的條件下，應盡量選擇高度小些的電桿。

5.2 線路防雷水平與線路絕緣水平的關系

當線路分別采用不同等級的絕緣子S-280/Z、S-210/Z、S-185/Z 時，可見，線路絕緣水平越低，同樣的擊距下，閃絡電流越小。因此，要提高線路的防雷水平，應加強線路的絕緣水平。

表1 更換絕緣子前后線路的防雷水平

表2 11號桿高度更換前后防雷水平的變化

5.3 避雷器的作用

在配電線路上安裝避雷器來防護雷電過電壓是世界各國廣為采用的一種方法。線路安裝避雷器后，當雷擊桿塔，雷電流產生分流，一部分雷電流通過桿塔流入大地，當雷電流超過一定值后，避雷器加入分流，大部分雷電流通過避雷器流入導線，傳播到相鄰桿塔。若線路遭受感應雷過電壓，雷電流沿線路向導線兩側傳播，當雷電流超過一定值后，線路避雷器加入分流，大部分雷電流通過避雷器流入大地。線路避雷器與絕緣子并聯，具有良好的鉗位作用，避雷器的殘壓低于絕緣子串50%放電電壓，即使雷擊電流增大，避雷器的殘壓僅稍有增加，絕緣子仍不致發生閃絡。這也是線路避雷器防雷的重要特點。雷電流過后，流過避雷器的工頻續流僅為微安級，流過避雷器的工頻續流在第一次過零時熄滅，線路斷路器不會跳閘，系統恢復到正常狀態。

6 提高10kV配電線路防雷水平的措施

6.1 某10kV線路基本參數

某供電所一條重要供電線路的接線方式為放射式。該線路從957號110kV某變電站出線，于14號桿處T接石夾支線，采用LJ-70導線，總長5.06km，所經路段為沿海地區，共48基桿，其中轉角桿和耐張桿3基，為3號、6號和16號桿，直線桿45基，除11號桿因跨106公路而采用15m桿外，其余桿均為12m，跨距較大，全線采用S-210/Z瓷橫擔。該線路6號桿上安裝柱上油開關1組、線路氧化鋅避雷器6只，23號桿處110kV線路跨越該線路，安裝氧化鋅避雷器3只，4號桿和7號桿處該線路跨越220V線路。

6.2 提高線路防雷水平的措施

10kV配電線路一般采用8m或9m桿，使用的電桿較高，能引起線路閃絡的最小雷電流僅為19kA，該線路每100km年閃絡次數達到18.18。因此需要提高線路的防雷水平，特別是11號桿處曾發生過雷擊斷線，更應加強防雷，以降低該線路的雷擊跳閘率。

(1)更換線路絕緣子

將現有線路絕緣子S-210/Z更換為高一級的絕緣子S-280/Z，見表1所示。可見，更換以后，無論何種擊距，線路防雷水平均可提高33%。

(2)11號桿更換為12m桿

將原15m的11號桿更換為12m桿，更換前后線路的耐雷水平如表2所示?？梢姡鼡Q以后，無論何種擊距，11號桿處防雷水平均可提高15%。

結語

城市10kv配電線路的安全運行是確保城市工農業用電和人們生活用電的重要保障。因此，電力管理人員應該對線路的防雷保護措施進行研究，找出配電線路雷擊事故頻發的主要原因，同時結合現場的情況來區分每種保護措施的針對性和有效性，因地制宜地采取不同的防雷手段，以此確保配電線路的安全運行。

[1]鄺健怡.對做好10kv配電線路防雷措施的幾點體會[J].科技與企業.2012(09).

[2]段建華.對配電線路防雷保護措施的探討[J].城市建設理論分析.2012(7).