配網(wǎng)防雷技術(shù)保護方案研究

（廣東電網(wǎng)公司佛山高明供電局，廣東 佛山 528500）

配網(wǎng)防雷技術(shù)保護方案研究

蘇耀隆

（廣東電網(wǎng)公司佛山高明供電局，廣東 佛山 528500）

本文筆者結(jié)合多年的配電網(wǎng)實際運行工作經(jīng)驗，針對目前我國配網(wǎng)雷擊故障方面問題進行了分析，并研究試用了新型雷電過電壓保護裝置，因此，對配網(wǎng)防雷薄弱環(huán)節(jié)提出了技術(shù)改進方案，以提高配電網(wǎng)防雷保護效果和供電可靠性。

配網(wǎng)；防雷；保護措施

一、概述

配網(wǎng)系統(tǒng)是向客戶供電的重要末端環(huán)節(jié)，直接決定了局部區(qū)域的供電可靠性水平。據(jù)本地區(qū)域10kV配網(wǎng)故障數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在每年配網(wǎng)停電故障中，約70%是雷害造成。佛山市高明區(qū)近年年均雷暴日約140天，遠高于國家年平均40天雷暴日的多雷區(qū)標準，屬于重雷區(qū)。在社會對供電可靠性要求更高的形勢下，針對“逢強雷暴皆可能跳閘停電”的配網(wǎng)防雷保護提出整套技術(shù)改進方案，十分有必要。

二、雷擊配網(wǎng)原因分析

雷擊有兩種形式，一種是直擊雷，一種是感應(yīng)雷。

雷電流一般高達數(shù)十千安，在雷電直接擊在配電設(shè)施時，局部過電壓數(shù)值（＞500kV）將遠遠超過配電線路和設(shè)備的絕緣水平，配網(wǎng)線路和設(shè)備的絕緣將不可避免地被永久擊穿。由于配電線路離地面不高（≤15米），帶電線路與地絕緣，鄰近的構(gòu)建物、樹木等物體均有一定的集雷效應(yīng)，直接擊中配電線路的雷電概率相當(dāng)少。

感應(yīng)雷過電壓，包括放電前形成的靜電感應(yīng)過電壓，和放電瞬間產(chǎn)生的電磁感應(yīng)過電壓，疊加時幅值可達400～500kV，已超過配電線路絕緣子和設(shè)備的雷電沖擊耐壓，極容易發(fā)生線路絕緣子閃絡(luò)或配網(wǎng)設(shè)備絕緣擊穿，是配網(wǎng)防雷的關(guān)鍵。

按雷電成因分析，配電線路易受雷擊的區(qū)域包括：穿越高壓輸電線路或鄰近通信鐵塔、跨越大片水體等地方。據(jù)高明區(qū)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，在雷擊導(dǎo)致永久故障中，位于上述區(qū)域的配網(wǎng)故障點分別占了54%、37%。

三、配網(wǎng)雷害故障分析

受運行成本限制，配網(wǎng)設(shè)備的耐雷水平整體較低。高明區(qū)10kV線路耐張串采用兩片XP-7耐張絕緣子，直線桿塔瓷橫擔(dān)使用SQ-210或SC-210型，雷電全波沖擊耐壓均≥200kV；變壓器或開關(guān)的雷電沖擊耐受電壓一般≥60kV；YJV22交聯(lián)電纜的雷電沖擊耐受電壓≥95kV。

（一）感應(yīng)雷過電壓估算。根據(jù)理論分析與實測結(jié)果，當(dāng)雷擊點距離線路附近時（≥65米），線路上產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓最大值可按下式計算：

UJ=25×I×hd/S （kV）

I為雷電流峰值（kA）,hd為導(dǎo)線平均高度（m），S為雷擊點與線路的距離（m）

從雷電定位系統(tǒng)數(shù)據(jù)可知道，近3年高明區(qū)雷電流小于100kA的比例為98.8%，超過100kA的概率極少，可取100kA作為雷電流極限值。

按雷電流100kA落雷點距離線路65米，導(dǎo)線高度15米計算，線路感應(yīng)過電壓

UJ=25×100×15/65=576 （kV）

按10kV線路耐雷水平（200kV）、雷電流100kA反向估算落雷點的最近安全距離

S=25×I×hd/UJ、=25×100×15/200 =187.5 （米）

按10kV線路耐雷水平（200kV）、落雷點65米反向估算最大安全雷電流值

I=S×UJ/（25×hd）=65×200/（25×15）=34.7 （kA）

從雷電系統(tǒng)數(shù)據(jù)統(tǒng)計，近年高明區(qū)雷電流大于34.7kA的比例為27.2%。

從上述估算，感應(yīng)雷對配網(wǎng)線路的危害很大，大電流的雷電感應(yīng)過電壓與直擊雷的危害相仿。由于10kV線路相間距離較少，感應(yīng)雷過電壓同時作用于三相線路，對地閃絡(luò)時大部分表現(xiàn)為三相對地閃絡(luò)，引起線路跳閘。

（二）雷害故障分析。根據(jù)本地區(qū)運行經(jīng)驗，在線路投入重合閘保護功能下，雷擊跳閘的重合成功率一般達到85%。在重合不成功和單相接地的停電故障中，無法準確定位故障點但試送電成功的比例約占36%，判斷為多點雷擊或相間沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)為穩(wěn)定工頻電弧；避雷器爆裂約占23%，耐張瓷瓶爆裂約占18%，線路斷線約占18%，其他原因約占5%。

保設(shè)備一直是配網(wǎng)防雷保護的重點，設(shè)計標準是在設(shè)備兩端安裝無間隙金屬氧化物避雷器。從運行數(shù)據(jù)可看出，配網(wǎng)主要設(shè)備，如變壓器、柱上開關(guān)等，防雷保護較成功，極少發(fā)生雷擊燒毀情況。

然而，線路上的雷害故障較突出，反映了線路防雷的不足。在重合閘不成功的故障中，約36%屬相間持續(xù)閃絡(luò)或隱蔽性臨界缺陷。氧化鋅避雷器因內(nèi)部受潮或閥片老化，在高電壓強電流沖擊下，內(nèi)部熱崩潰擊穿或爆裂，極易引發(fā)單相接地或兩相短路故障造成次生停電事故。瓷質(zhì)絕緣瓶雷擊后表面閃絡(luò)或內(nèi)部擊穿，形成接地放電通路。小線徑導(dǎo)線在通過大電流時熱穩(wěn)定性不足發(fā)熱斷線。特別是雷擊引發(fā)的單相接地停電事件，故障點通常十分隱蔽，故障定位時間較長，延誤了快速復(fù)電，降低了供電可靠性。

四、配網(wǎng)防雷保護的改善措施

從上述分析，目前配網(wǎng)防雷的現(xiàn)狀是：注重電力設(shè)備，忽視供電線路；注重設(shè)備安全，忽視供電穩(wěn)定；注重一次防范，忽視次生事故。以問題為導(dǎo)向，配網(wǎng)防雷保護方向應(yīng)進行適當(dāng)調(diào)整，以適應(yīng)高供電可靠性要求。因此，設(shè)計標準須相應(yīng)進行完善。

（一）防范直擊雷。架設(shè)避雷針或避雷線是最有效措施，但相對配網(wǎng)投資額度，成本太高，只適合特別重要的線段。在路徑選擇上，盡量避開輸電線路、大片水體、通訊鐵塔等易落雷地方。

（二）設(shè)備防雷。在主要設(shè)備兩端，設(shè)置無間隙式的金屬氧化物避雷器雷。降低接地電阻，接地線與設(shè)備外殼相連接地。

（三）線路防雷，以防感應(yīng)雷為主。本地區(qū)近年大量試用了兩類過電壓保護器作為線路防雷的常規(guī)保護，每相隔約100米桿塔安裝一套，放電計數(shù)記錄顯示動作較多，已安裝的線路極少發(fā)生雷害停電故障。過電壓保護器是在避雷器（固定式或跌落式）的基礎(chǔ)上串聯(lián)一個放電間隙。在非雷擊時，由于放電間隙存在，避雷器不再長時間承受工頻電壓或過電壓，對避雷器起保護作用。在雷電過電壓時，由于放電間隙比線路絕緣低而瞬間擊穿建弧，氧化鋅避雷器同時動作，隨著泄流后電壓降低，避雷器恢復(fù)工頻高阻切斷電弧電流，起到泄漏雷電流和隔絕工頻電壓的“泄雷器”作用，使線路不再發(fā)生閃絡(luò)。按照近海地區(qū)的10kV線路典型設(shè)計方案，把過電壓保護器作為線路防雷常規(guī)設(shè)計后，約增加投資6%。

（四）防次生事故。無間隙固定式避雷器、瓷瓶、小線徑導(dǎo)線是雷擊次生事故的多發(fā)設(shè)施。多雷地區(qū)，避雷器應(yīng)采用跌落型的防爆式避雷器，防范避雷器本體爆裂引發(fā)的單相接地或相間短路故障。耐張絕緣子采用鋼化玻璃瓶，其

零值自爆功能可以及時發(fā)現(xiàn)雷擊缺陷。避免使用LGJ-35線徑的架空線，應(yīng)采用LGJ-70以上的導(dǎo)線，控制導(dǎo)線檔距和弧垂，且電氣連接點應(yīng)采用可靠的AMP線夾或雙線夾模式，提高線路的熱、動穩(wěn)定能力，減少斷線故障。

結(jié)語

配網(wǎng)線路防雷問題是一個經(jīng)濟技術(shù)問題。我們既不希望線路因雷擊頻繁跳閘，也要考慮防雷設(shè)施的投資成本。各地應(yīng)根據(jù)本地的線路運行水平和雷暴活動強弱，有選擇性地進行防雷設(shè)計改造。

[1]崔林．云朝山雷達站防雷措施研究[D]．長沙理工大學(xué)，2009．

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