配電系統的防雷和接地

閻安

摘 要：近幾年隨著電網的改造，配電系統大量采用電纜化、絕緣線和中壓環網設備，配網的供電可靠性有所提升，然而由于雷電引起的設備事故仍時有發生，對系統穩定運行具有一定的破壞性。為有效避免雷電對配電系統的危害，本文針對10kV配網線路及配電變壓器等設備的防雷措施現狀，分析10kV架空線路、電纜線路和配電變壓器等配電設備長期運行中發生的雷電破壞情況，提出解決方法和防雷措施，為運行人員提供一定的幫助。

關鍵詞：10kV配電線路；10kV配電設備；防雷；接地；措施

雷擊雖然是自然界中一種常見的放電現象，但雷擊過程中的直擊雷、感應雷或雷電侵入波對配電系統的設備產生高電壓沖擊，直接影響到配電系統的絕緣水平，容易形成設備短路、爆炸以及火災等問題，最終造成配電網絡大面積的停電故障。特別是隨著配電系統大量采用電纜化、絕緣線和中壓環網設備，所以雷擊產生的配電設備的損失都比較嚴重，可見如何提高配電系統的防雷接地水平，有效降低雷害損失，已成為運行人員當前重要的任務。

1 10kV線路的防雷和接地

1.1 10kV裸導線線路

配電線路的防雷措施可以選擇避雷線或避雷器等設施，具體需要考慮配電線路的電壓等級和線路情況，例如10kv裸導線路可以通過架設避雷線來預防雷擊，但考慮到施工成本和便利性，實際工程中通常僅在重要負荷處采用避雷線，在雷電活動頻繁地段采用避雷器的方式來達到防雷目的。實踐數據表明，對于架空線路按每500-600米加裝一組避雷器較為有效、可靠，只要規范做好桿塔接地措施，便能夠十分有效的降低或避免雷擊事故侵害。

1.2 10kV架空絕緣線線路

隨著城市配電網的改造，大部分的配電線路都換成了交聯聚乙烯電纜，但是相比裸導線而言防雷措施并沒有隨之改進，導致雷擊絕緣線事故時有發生，其原因在于雷擊過電壓閃絡，大氣壓中的大電流放電。雷電侵入架空絕緣線路時，瞬間電流雖然時間較短，但電流較大，雖不能燒斷導線，但能在電纜絕緣層擊穿出孔。當雷電經過兩相或三相的金屬性短路通道時，就會引發數千安培工頻電流，時間在0.2秒左右，會導致跳閘事故，架空絕緣電纜的絕緣層會阻礙電弧滑動，電弧根固定于擊穿點處，且在斷路器動作前燒壞導線。

針對上述問題，可采用以下措施：（1）增強絕緣子耐壓水平，更換防雷絕緣子來強化雷電效果；（2）增加閃爍路徑來達到熄滅電弧的效果，增加線路局部的絕緣強度，具體可以增加導線絕緣強度、絕緣子絕緣強度、長閃爍路徑避雷器。

1.3 10kV電纜線路

自從配電網絡電纜進行更新之后，雷電導致的事故次數大大降低，同時對配電變壓器和連接的電纜也都進行了保護，可是在安裝電纜之后的10年左右，雷電導致的事故又會明顯增多，原因在于電路電纜化之后被雷電擊中的幾率比較少，因而在更新配電網絡電纜時對電纜的保護不夠充分。目前廣泛使用的交聯聚乙烯電纜在潮濕環境中容易形成水樹枝，在電場影響下變成電樹枝，受工作環境中電壓反復沖擊的影響會加快絕緣劣化，導致電貫穿。由于變壓器絕緣結構與電纜絕緣結構不同，在電樹枝劣化的影響下，交聯聚乙烯電纜的耐電壓低于變壓器電壓，是整個配電系統中絕緣效果的薄弱點。

當前提升電纜使用壽命的常見方法是采用金屬氧化鋅避雷器，然而電纜自身的特點、電纜與其他電氣設施連接的要求，決定了要在電纜終端頭的周圍裝置避雷器，還要保證終端頭的屏蔽接地。而且電纜電容是架空線路30倍左右，電纜的儲能也大于架空線路，因此在避雷器的選擇上要結合電纜的種類和參數，綜合考慮各類因素。

1.4 10kV架空與電纜混合線路

架空與電纜混合線路存在不同阻抗的線路相聯，雷電波入侵時結點處易發生電壓突變，架空線路與電纜連接的首段與末端連接處波阻抗不同，雷電波入侵的情況下連接點之間的行波會多次折反射，末端電壓經過折反射后將高于入侵電壓，因此，可以選擇在首末端安裝避雷器來避免過電壓過高。通常可以在電纜的首末端加裝避雷器來限制過電壓。

1.5 低壓線路

針對低壓線路，應該在變壓器的出口位置裝置一個低壓避雷器，并且處理好接地問題，接地的電阻要低于4歐姆，低壓電力網中中性點接地時應選擇在電源點接地，而且干線、分支線終端需要反復接地，同時其電阻要低于10歐姆。針對比較長的線路，重復接地要多于3次，尤其是為了避免雷電對配電線路造成損壞，接戶線上的絕緣子鐵角要接地，電阻要低于30歐姆，這類問題在電能表裝置的改造上重視起來。

2 10kV配電設備的防雷保護

2.1 配電變壓器的防雷保護

配電網廣泛采用△/Y0、Y/Y0接線方式的10kV變壓器，在雷電波侵入時避雷器動作，在接地電阻上流經大電流時產生壓降，使得中性點電壓升高。在中性點電位的作用下，低壓繞組上流經沖擊電流。由于低壓三相繞組中流經的電流大小相等、方向相同，低壓繞組中的沖擊電流全部成為激磁電流，產生很在的零序磁通，使得高壓側感應出很高的電勢，感應電勢沿繞組分布，在中性點的幅值最大，引起中性點絕緣擊穿，同時由于層間和匝間的電位梯度相應增大，引起高壓繞組層間和匝間擊穿。

由于中性點電壓是接地電阻引起的，因此可以分開中性點接地與高壓側避雷器接地，通過單獨的接地線、接地網來接地，同時確保接地網之間距離>5m，借助大地的雷電波衰減作用來削除中性點電壓過高導致的絕緣擊穿。

雷電波在低壓側入侵時沖擊電流流經低壓繞組，隨之高壓繞組有感應電動勢產生，導致高壓側中性點電壓升高，層間與匝間電位梯度升高，最終導致高壓繞組層間、匝間擊穿。因此，我們可以采用低壓側加裝避雷器的方式來解決此類問題，通過在低壓側裝設低壓避雷器，同時低壓側避雷器、高壓側避雷器、低壓側中性點、變壓器外殼“四點共一地”接地。

2.2 柱上開關的防雷保護

配網運行中往往忽略了柱上開關設備的防雷保護，在柱上開關和刀閘處有些沒有安裝避雷器，或者僅僅在開關一側裝設避雷器保護，當開關斷開時，將會造成雷電波的全反射，在雷擊事故發生時造成開關設備自身的損壞。因此，應在開關或刀閘兩側安裝避雷器，強化柱上開關的雷電保護。

2.3 電纜分支箱的防雷保護

電纜分支箱和環網柜在配電系統中的使用越來越廣泛，它的防雷問題目前成為一個突出的問題。在10kV電纜化的環網供電系統中，必須采取措施抑制感應雷過電壓。一般做法是采用避雷器，避雷器保護點位置的選擇一是每個單元均安裝避雷器，二是有選擇地安裝避雷器保護。第一種方法經濟性較差，這兩種方法需要根據實際情況選擇，需要注意的是，如環網回路中存在架空線路，那么應該對架空線路兩端單元安裝避雷器。另外，對于避雷器的選擇，通常推薦具備防爆脫離功能且免維護的無間隙金屬氧化鋅避雷器。

3 結束語

通過上述分析，要最大限度降低雷電損害程度，科學地建設防雷接地系統設備是關鍵，因此，配電系統的防雷與接地工作應結合實際的雷電分布情況來采取針對性的防雷方案，嚴格控制電氣設備、防雷設施的質量與可靠性，確保共用接地網符合規范要求，將防雷措施與接地措施相結合，最大限度降低雷擊對配電線路及設備造成的破壞。

參考文獻

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