10 kV配電線路防雷保護措施的研究

楊健承

摘 要：結(jié)合配電線路感應(yīng)雷跳閘的特征，建立并分析了感應(yīng)雷跳閘計算模型。闡述了10 kV配電線路在3種方案下感應(yīng)雷跳閘頻率的變化情況，并提出了有效的防雷措施。

關(guān)鍵詞：10 kV配電線路；不平衡絕緣；避雷器；保護間隙

中圖分類號：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.113

隨著我國經(jīng)濟的不斷增長，電力資源的需求量越來越高，配電線路的建設(shè)任務(wù)也越來越重大。由于配電線路常設(shè)置在雷電頻繁地區(qū)，使雷擊事故時有發(fā)生。因此，加強配電線路的雷電防護措施，是降低配電線路跳閘率的重要方法。下面對該方面進(jìn)行討論、分析。

1 10 kV配電線路的感應(yīng)雷跳閘頻率

由于我國≤60 kV電壓等級的電網(wǎng)一般采用中性點非直接接地的方式。一相絕緣閃絡(luò)后，接地電流很小，電弧很快自熄，不會引起跳閘，線路可繼續(xù)配電；如果發(fā)生兩相絕緣閃絡(luò)，則會形成相間短路、線路跳閘，導(dǎo)致配電中斷。

圖1為雷擊10 kV線路附近大地時產(chǎn)生的感應(yīng)雷過電壓示意圖。其中，雷擊點與10 kV線路的水平距離為S. 此時，A，B，C三相將同時產(chǎn)生感應(yīng)電壓。當(dāng)A，B兩相產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓大于絕緣子串沖擊電壓耐受值U50%時，A，B兩相將同時對地閃絡(luò)，造成相間短路，最終使線路跳閘；當(dāng)A，B，C三相的感應(yīng)過電壓大于絕緣子串沖擊電壓耐受值U50%時，三相幾乎同時對地閃絡(luò)，造成三相短路，最終使斷路器跳閘。

在我國規(guī)定中，雷擊大地時在導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓為：

很多研究表明，雷擊點距離線路65 m以內(nèi)時，一般會直擊桿塔和線路。因此，筆者認(rèn)為，65 m是10 kV配電線路發(fā)生感應(yīng)雷過電壓的最短距離，即S≥65 m。

在線路上產(chǎn)生感應(yīng)雷過電壓的雷電流幅值臨界值應(yīng)滿足以下表達(dá)式：

式（2）中：I0為在線路上產(chǎn)生感應(yīng)雷過電壓的雷電流幅值臨界值；hc為線路的平均高度；U50%為線路絕緣子串沖擊閃絡(luò)電壓。

當(dāng)雷電流幅值為I時，造成線路產(chǎn)生感應(yīng)雷過電壓的最大距離Sm應(yīng)滿足：

因此，10 kV配電線路的感應(yīng)雷擊跳閘頻率為：

式（4）中：ρ（I）為雷電流幅值概率密度函數(shù)，我國規(guī)定的雷電流幅值概率函數(shù)為lgP=-I/88.

發(fā)生雙回的同時，因感應(yīng)雷過電壓而跳閘的頻率為：

式（5）中：l為兩相水平排列導(dǎo)線之間的距離。

10 kV配電桿塔如圖2所示。桿塔上、中、下三相導(dǎo)線掛點高度分別為13 m、12 m、11 m，橫擔(dān)長度為1 m，采用瓷橫擔(dān)絕緣子，絕緣子串閃絡(luò)電壓U50%=250 kV，干弧距離為0.38 m。將上述參數(shù)代入式（4）和式（5）得出，NSFFOR1=11.11，NSFFOR2=10.65.

2 絕緣配置

絕緣水平低下是10 kV配電線路雷擊跳閘事故頻發(fā)的根本原因，因此，加強絕緣能夠提高線路的耐雷水平。目前，國內(nèi)外對10 kV配電線路的絕緣配置進(jìn)行了大量研究，主要包括以下3方面：①更換沖擊電壓耐受性能更高的絕緣子；②采用不平衡絕緣的配置方式；③采用絕緣橫擔(dān)或絕緣塔頭。

表1為幾種不同絕緣子U50%、雷擊跳閘頻率與雙回同跳頻率的比對。

目前，該地區(qū)10 kV配電線路直線塔已用瓷橫擔(dān)絕緣子S-185替換了絕緣水平低下的針式絕緣子P-15.

在同塔多回輸電網(wǎng)中，采用不平衡絕緣能夠降低雙回同時跳閘的概率，能明顯降低線路雷擊跳閘的概率。

針對10 kV配電線路絕緣水平低的問題，采用絕緣橫擔(dān)代替鐵橫擔(dān)，并通過一系列雷電沖擊實驗等電氣性能實驗和機械性能實驗，實驗結(jié)果表明：絕緣橫擔(dān)可大幅提高線路的絕緣水平，且滿足耐污、機械性能的要求。但隨著10 kV配電線路絕緣水平的提高，雷電波會在線路中傳播至線路終端，使線路終端避雷器動作過于頻繁，進(jìn)而導(dǎo)致?lián)p壞事故頻發(fā)，一旦變壓器被燒壞，則會造成重大損失。

3 避雷器

安裝線路避雷器是10 kV配電線路降低跳閘故障頻次最有效的方式之一。

由避雷器具有的動作特性可知，當(dāng)安裝相導(dǎo)線上產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓使避雷器動作，沖擊電流入地時，該相導(dǎo)線與其他相導(dǎo)線存在耦合，耦合部分的電壓與其他相導(dǎo)線自身產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓相互疊加，使絕緣子兩端的電壓變低，從而使耐雷水平得到提升。

在同塔雙回線路的上、中、下相分別安裝1組2個避雷器，能使線路的防雷性能提高至55%以上。在中相導(dǎo)線安裝1組2個避雷器時的防感應(yīng)雷效果最佳。

由于10 kV配電系統(tǒng)一般為中性點不接地系統(tǒng)，發(fā)生相間短路故障后，才會造成線路調(diào)整事故。因此，在一回兩相安裝避雷器時，理論上的感應(yīng)雷跳閘率為0.

避雷器在10 kV配電系統(tǒng)防雷中具有優(yōu)異的性能，具體如表2所示。

由表2可知，避雷器的損壞主要表現(xiàn)為內(nèi)部氧化鋅電阻片炸裂和絕緣筒爆裂。因此，10 kV配電避雷器的檢測和日常維護工作是非常重要的。

4 其他防雷措施

4.1 加裝保護間隙

當(dāng)線路處于正常運行狀況時，保護間隙處于工頻電場之中，但電場強度較低，無法將空氣間隙擊穿，其對線路正常運行無影響；當(dāng)導(dǎo)線發(fā)生雷擊時，在導(dǎo)線與大地之間出現(xiàn)較高的雷電過電壓，此時由于間隙的放電電壓低于絕緣子串放電電壓，雷電過電壓通過間隙放電，工頻持續(xù)電流在間隙間燃燒，受到電弧電動力和風(fēng)的作用會逐漸熄滅，進(jìn)而使絕緣子串得到保護而免于損壞；如果導(dǎo)線為絕緣導(dǎo)線時，間隙防雷裝置可有效保護絕緣導(dǎo)線，避免發(fā)生雷擊斷線事故。由于空氣絕緣可在短時間內(nèi)自行恢復(fù)，且間隙放電屬于瞬時性事故，從而可提高重合閘的成功率。但在加裝保護間隙后，會造成線路耐雷水平降低，進(jìn)而增大跳閘事故發(fā)生的概率。

4.2 降低接地電阻

降低接地電阻可大幅降低輸電線路反擊跳閘率。這是因為10 kV配電線路雷擊跳閘主要是由感應(yīng)雷引起的，而降低接地電阻有利于雷電流沖擊波的泄放，從而避免設(shè)備被雷電沖擊波破壞。此外，降低10 kV配電線路的接地電阻可降低雷擊大地時桿塔的電位，從而防止雷電波通過地面反擊配電線路。

4.3 架設(shè)避雷線

雷擊大地時，由于避雷線和導(dǎo)線之間存在耦合，作用在導(dǎo)線絕緣子兩端的電壓將降低。因此，避雷線能提高配電線路對感應(yīng)雷的耐雷水平。但在引雷作用加強后，會使更多的雷擊打在配電線路上，進(jìn)而可能引發(fā)更多的雷擊災(zāi)害。

5 結(jié)束語

綜上所述，使用絕緣水平更高的絕緣子能直接提高10 kV配電線路的耐雷水平。在同塔雙回線路中的一相安裝避雷器，能明顯提高線路的防雷效果。對于絕緣子等配電設(shè)施容易損壞的配電線路，應(yīng)在跳閘率允許的前提下安裝保護間隙保護，以確保線路設(shè)備的安全。

參考文獻(xiàn)

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〔編輯：張思楠〕