配網線路差異化雷害風險評估技術

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摘 要：10kV配電線路由于絕緣水平比較低，雷擊閃絡更容易發生，易導致因此而生成的工頻電弧將導線燒斷。伴隨電力系統配電線路絕緣化的改造，雷擊斷線問題更加突出。而近年來，國內外架空絕緣導線發生雷擊斷線和裸導線閃絡跳閘的事件十分頻繁，造成了多起人身傷亡事故和巨大的經濟損失。配網架空線路雷擊跳閘率高，極端條件下存在雷擊斷線問題。該文通過分析10kV配網架空線路雷擊跳閘和雷擊斷線的機理，以及目前配網架空線路防雷現狀，提出配網架空線路差異化雷害風險評估技術，并通過實際生產運用證明其行之有效。

關鍵詞：10kV配網架空線路 雷擊跳閘 雷擊斷線 差異化 雷害風險評估技術

中圖分類號：TM7 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2014）12（c）-0088-02

隨著電力系統的快速發展與管理水平的日益提高，配網管理與安全運行工作受到高度重視，配電線路的防雷工作作為一個重點，近年來一直受到國網公司高度重視。2009年版《國家電網公司重點應用新技術目錄》中“10 kV 架空配電線路絕緣導線及其雷擊斷線保護”作為一個專項子目錄被提出。

1 分析10kV配網架空線路雷擊跳閘和雷擊斷線機理

1.1 工頻續流是絕緣導線斷線和跳閘的真正原因

雷電有較高的過電壓幅值，較短的放電時間，絕緣導線的絕緣層能夠被高電壓擊穿，引起絕緣子閃絡，與此同時，工頻續流可能由空氣電離而引起[1]；因10kV線路較小的檔距且雷電過電壓過快波運動速度，大多會引發絕緣子在桿塔處閃絡，尤其是兩相或者三相一起閃絡產生短路電弧通道。線路的絕緣薄弱處一般容易成為雷擊閃絡擊穿點，但薄弱點的存在不一定都在同一桿塔上三相線路的絕緣處，所以閃絡不一定發生在同一桿塔。如果兩相或者三相閃絡發生在同桿上，形成工頻續流的可能性是有的，數千安的工頻短路電流也會引發，進而發生斷線和跳閘現象。

可簡化描述絕緣導線雷擊斷線過程為：雷擊過電壓→擊穿導線絕緣層，被擊穿的絕緣層呈現一個針孔狀→絕緣子閃絡→建弧形成工頻短路電流，周圍絕緣阻隔電弧弧根，不能沿導線表面移動，只能固定在雷擊閃絡處→極短時間內導線被整齊燒斷。

將其與裸導線受雷擊進行比對，雷擊過電壓作用于裸導線引起絕緣子閃絡時，在電動力以及空氣氣流等外力作用下，建弧形成的工頻短路電弧可沿著導線表面向背離電源方向滑動，使灼燒不會集中于一個點上，斷路器在工頻續流燒斷導線或損壞絕緣子之前就會切斷工頻電弧，從而使導線不會受傷嚴重燒傷。

1.2 引起配電線路的雷害主要是感應過電壓

感應過電壓在三相線路上基本一樣，線路之間空氣間距不會被擊穿，感應雷電波向桿塔兩側傳播迅速，抵達絕緣子附近的絕緣薄弱之處的時候，向鐵橫擔放電，從而使二相短路或三相短路現象發生，絕緣子附近一般會出現導線的斷點，范圍約在10～40 cm之間[2]。

絕緣水平低的配電線路，及附近物體在雷電直擊時的感應過電壓，都可能引發配電線路閃電事故。在雷擊的時候最容易發生的是配電線路斷線事故，而造成架空絕緣導線斷線的主要原因就是雷擊。由于樹木、人工建筑物等的屏蔽保護作用，配電線路一般很少發生繞擊或直擊雷事故，所以雷電感應過電壓是破壞架空絕緣導線斷線的主要原因。

2 目前配網架空線路防雷現狀

目前，我國配網架空線路防雷措施主要有三大類產品，即純空氣間隙類、無間隙氧化鋅避雷器類和帶間隙氧化鋅避雷器類，以下表1為各自的優缺點比較分析。

3 目前配網架空線防雷存在的問題

配網線路眾多，基礎條件復雜，在設計建設過程中對于雷害防護考慮不足，造成配網線路雷害防治存在一定的盲目性，達不到預期效果。更多的是采用補救的方式，哪里有雷擊事故并由基層單位提出改造需求再去實施。現有的配網雷害防護的規范對于實際工作缺乏直接的技術支撐，如何防護、裝在哪里、采用何種防雷手段防護都是困擾防雷工作的難題，本文通過對配網線路的地形地貌、落雷密度、歷史跳閘情況、線路走廊土壤電阻率等關鍵因素進行分析，得出配網線路不同區段遭受雷擊風險的評估結果，高危區段重點防護，實現配網線路差異化防護的目標，科學合理的解決了防雷裝置裝在哪里的問題。

4 10kV配網架空線路差異化雷害風險評估技術

通過對配網輸電線路雷擊風險評估工作的開展，對配網線路薄弱環節實施防雷改造時遵循差異化防雷思想，實現低成本就能使配網線路雷擊跳閘和斷線率有效降低的目的，使當前生產中遇到的實際問題得到解決。

該技術主要是通過研究配網線路的GIS地形地貌、雷電活動密度，并通過對配網線路歷史跳閘數據的統計和分析，對該線路的雷電活動情況進行科學的分析和計算，設計出最合理的防雷措施。根據雷害風險評估結果進行有選擇的安裝帶串聯間隙雷擊閃絡保護器進行防護，實現以最少的經濟投入進行全線防護，降低雷擊跳閘率90%以上的防雷效果。

4.1 技術路線（圖1）

4.2 基于線路地形地貌信息的雷害風險評估

根據長期運行經驗總結，形成易雷區的典型地形地貌風險評估標準：

⑴ 雷暴走廊，如順風的河谷和峽谷，以及風口等。

⑵ 四處都是山丘的濕潤的盆地，如桿塔周圍有水庫、池塘、沼澤地、森林等，又有起伏的山丘在附近。

⑶ 土壤電阻率突然改變的地方，如地質斷層帶，山坡和稻田、巖石與土壤的交叉地帶，巖石山腳下有小河谷等，低土壤電阻率處易被雷擊。

⑷ 地下水位較高處和有導電性礦的地方。

⑸ 電阻率差別不大的土壤，如山丘的土層和植被良好，突出的山頂、山的向陽坡易遭雷擊等。

⑹ 耐張轉角桿塔、大跨越桿塔。

4.3 基于雷電活動密度分布的雷害風險評估

根據電力系統雷電定位系統數據繪制出線路走廊近三年的平均落雷密度，通過線路走廊落雷密度將線路走廊區域內桿塔按照雷害風險等級由高到低劃分為紅、橙、黃、綠、淺綠五個等級，挑選出需要重點防護的桿塔。

4.4 基于歷史跳閘數據的雷害風險評估

通過查詢、統計歷史跳閘數據，在GPS坐標上對線路桿塔進行標注，對雷害桿塔進行分布。

4.5 配網線路防雷設計原則

根據長期運行經驗進行總結，形成易雷區風險綜合評估應遵循的幾點規則：

⑴ 分析基于三維地理信息系統的線路走廊地理條件，優先考慮易遭雷擊段；

⑵ 基于雷電定位系統的雷電流幅值分布和落雷密度分布，優先考慮雷電活動密集區域；

⑶ 線路及桿塔防雷性能評估相結合，優先考慮防雷水平低的桿塔；

⑷ 同時滿足⑴和⑵條件的區域為重點防護段；

⑸ 滿足⑴或者⑵條件之一，且發生過雷擊跳閘的桿塔為重點桿塔。

5 10kV配網架空線路差異化雷害風險評估技術的應用及結論

5.1 應用效果

2014年2月，由國網新疆電力公司烏魯木齊縣供電公司成立10kV配網架空線路專項雷害治理小組，選擇雷害相對嚴重的甘渠線、菊板線、菊燈線、永鄉線進行差異化雷害風險評估試點。經過充分的現場勘查，線路運行情況調研，分析了線路所在區域的地形地貌特征，掌握了線路走廊區域近幾年的雷電活動規律及參數統計。并根據配網線路防雷設計方案要求于2014年4月對以上四條線路安裝10 kV線路雷擊閃絡保護器，進行防護。通過6個月的雷雨季節掛網運作，雷害防護效果顯著。

5.2 結論

在專項治理小組對甘渠線、菊板線、菊燈線、永鄉線四條線路采取了有效地科學分析，并進行了差異化雷害風險評估后，制定的技術方案是科學、有效的，該技術今后應大力推廣。

參考文獻

[1] 陳水明，何金良.防止配電線路絕緣導線斷線的方法[C]//中國電機工程學會高電壓專業委員 會2004年學術會議.

[2] 陳偉明.10 kV架空絕緣導線雷擊斷線分析及預防[J].供用電，2005（10）：48-50.

[3] 阮羚，谷山強，趙淳，等.鄂西三峽地區220kV線路差異化防雷技術與策略[J].高電壓技術，2012（1）：157-166.endprint