配電絕緣線路架設避雷線的防雷設計

方永祥

【摘 要】介紹了配電絕緣線路防雷保護的必要性、措施及架設避雷線防雷的線路特點；分析了避雷線防直擊雷以外，還具有對導線的耦合作用、降低導線上的感應過電壓、對雷電流的分流功能以及便于維護的優(yōu)點。進一步對配電線路避雷線和桿塔的接地方式進行論述，并通過10kV線路維修改造工程實例闡述了避雷線防雷的具體實施方案。對配電架空絕緣線路的防雷設計具有參考意義。

【關鍵詞】架空絕緣導線 避雷線 直擊雷 感應過電壓 接地

配電線路靠近受電端，分布廣且縱橫交錯、路徑總公里數(shù)較長，遭受直擊雷、感應雷侵襲比較多，由雷害引起的線路跳閘、停電事故為50%左右。近年來，隨著城鄉(xiāng)配電網(wǎng)建設和改造，配電線路大多數(shù)采用絕緣導線，部分地區(qū)絕緣化已達到70%；雖然利用絕緣導線可以減少樹線矛盾及外物所引起的事故，提高供電安全性，但是線路遭受雷擊后，絕緣導線容易斷線，斷線后搶修、恢復供電比較困難，造成影響和損失較大，故在設計階段需采取措施提高架空配電絕緣線路的耐雷水平。

為防止雷電襲擊架空配電絕緣線路所引起的停電事故，有采用架設避雷線、安裝氧化鋅避雷器、線路過電壓保護器、穿刺防弧金具、保護性絕緣橫擔和防雷支柱絕緣子等不同的防雷措施，各項措施均能在一定程度上防止雷害事故；設計階段應根據(jù)線路負荷性質、運行方式、路徑所經(jīng)地形、地貌的雷害情況，對雷擊區(qū)進行分析，選取適合于不同區(qū)域配電線路的有效措施。本文對架空配電絕緣線路采用避雷線的防雷措施作簡單分析。

1 配電線路架設避雷線防雷的特點

避雷線（架空地線）由空中水平接地導線、接地引下線和接地體三部分組成，它是架空線路防直擊雷最常用的重要措施，也可以提高線路耐雷水平。

在雷電活動頻繁的多雷區(qū)、易遭受直擊雷的地區(qū)，架空配電絕緣線路可采用架設避雷線和安裝絕緣橫擔相結合的防雷措施；架空配電線路在跨越河塘、公路等地物的區(qū)域，桿塔間檔距較大且桿塔較高時，可采用架設避雷線和加強線路絕緣（增加絕緣子片數(shù)、改用大爬距絕緣子）的防雷措施；另外，配電線路應在變電所或發(fā)電廠的進線段1～2km處架設避雷線。

配電線路自身絕緣水平較低，為減少雷電反擊閃絡概率，應提高線路的絕緣水平和降低桿塔接地電阻；直線水泥桿導線橫擔可采用玻璃鋼絕緣橫擔，耐張桿和鋼管桿可增加1～2片懸式絕緣子，避雷線引下線盡量與金屬橫擔絕緣引下（避雷器橫擔除外）。

2 避雷線防雷的功能和優(yōu)點

當雷直擊于導線時，瞬間強大的雷電流會在導線上產生很高的電位，造成線路閃絡，絕緣導線斷線；采用避雷線主要功能是減少雷直擊于導線，將擊于避雷線的雷電流通過良好的接地體安全泄入大地；此外還有以下功能：

2.1 對導線有耦合作用

輸電線路每根導線都處于沿某根或若干根導線傳播的行波所建立的電磁場中，因而都會感應出一定的電位，作用在任意兩根導線之間絕緣上的電壓就等于它們之間的電位差；在避雷線上出現(xiàn)電壓行波時，在導線上就要耦合出一個相應的電壓，則作用在絕緣子上的電壓是它們二者之差，即

上式計算出的耦合系數(shù)k通常在0.2左右，可見耦合作用使絕緣子所受到的電壓低于塔頂電位ut，從而降低了雷擊桿塔時塔頭絕緣子和空氣間隙上的電壓。

2.2 降低導線上的感應過電壓

雷擊于線路附近的大地或接地的線路桿塔頂部時，會引起架空導線上與雷云的極性相反的感應過電壓（感應雷）。感應過電壓包括靜電分量和電磁分量，由于主放電通道與導線基本上是相互垂直的，故只考慮其靜電分量即可。

根據(jù)理論分析和實測結果，導線上方架設接地的避雷線時，導線受它的屏蔽，感應過電壓會降低，因為在導線的附近出現(xiàn)了帶地電位的避雷線，使導線對地電容增大，而且避雷線使導線上感應出來的束縛電荷減少。有避雷線時導線上最大感應過電壓Ui計算如下：

○1在雷擊點距電力線S>65m時，Ui= Ui（1- k）=25× （1- k） （kV）

式中 Ui—無避雷線時導線上最大感應過電壓，kA；I—雷電流幅值 ，kA，一般小于100kA；hc—導線對地的平均高度，m；s—雷擊點與導線之間的距離，m；hg—避雷線對地的平均高度，m；k—導、地線間的耦合系數(shù)。

○2在雷擊塔頂?shù)染o靠導線的接地物體（S→0）時，

2.3 避雷線的分流作用

雷擊塔頂后，由于避雷線的分流作用，減少了流入桿塔的雷電流，從而降低塔頂電位。總雷電流i分為兩部分，i=it+ig（kA），即一部分雷電流it流經(jīng)桿塔電感和接地電阻，另一部分雷電流ig經(jīng)避雷線分流入地。用分流系數(shù)β表示它們之間的關系，即β= it/i 。

桿塔分流系數(shù)β可按雷擊桿塔等值阻抗圖進行計算，其值處于0.86～0.92的范圍內。擊于桿塔的雷電流大部分經(jīng)桿塔瀉入大地，避雷線的分流作用約占總電流的10%。

2.4 減少線路維護工作量

配電絕緣線路采用避雷器、防雷絕緣子等防雷設備時，在長期運行過程中，會出現(xiàn)老化、短路等故障，給維護帶來一定困難。當架設避雷線時，可以大大減少維護、檢修工作量。

3 桿塔接地

配電絕緣線路架設避雷線時，為實現(xiàn)有效防雷，桿塔應逐桿接地，避雷線采用不小于35mm2鋼絞線引下與桿塔接地裝置有效連接；接地裝置宜圍繞桿塔基礎敷設成閉合環(huán)形，宜采用水平接地體和垂直接地體相結合的接地型式。接地材料材質應根據(jù)土壤的腐蝕及機械強度的需要進行選擇，一般采用鍍鋅鋼材或鍍銅圓鋼。

根據(jù)土壤電阻率的不同，每基桿塔接地裝置在雷雨季，地面干燥時，不聯(lián)接避雷線的工頻接地電阻值應控制在1～30Ω的范圍；接地電阻對塔頂電位影響很大，減小接地電阻是提高線路耐雷水平和防止雷電反擊的有效措施；對于配電線線路，其自身絕緣水平較低，容易遭受反擊，故應努力降低接地電阻。

配電絕緣線路架空避雷線的引下線不宜與桿上金屬導線橫擔相連，應絕緣引下接地，以減少雷電反擊，造成配電線路閃絡或桿上設備損壞。

4 工程實例

10kV運西線1#～53#桿線路維修改造工程，線路全長2.2km，單回路設計，桿塔采用φ230-15m水泥桿；導線更換為JKLGYJ-10kV-240絕緣線，采用避雷線防雷保護，避雷線采用GJ-35鋼絞線。

該條線路所經(jīng)地較為空曠，大部分為水田、魚塘，部分路徑沿公路走線，且線路跨越樹林3處和多條河流。

導線水平排列，線間距為0.65m；避雷線架設于導線上方，支架高度為1.85m，避雷線對邊導線保護角為25°；導線、避雷線安全系數(shù)分別按8.0和10.0取值。導線與地線在檔距中央的距離S，在氣溫15℃，無風無冰條件時符合公式S≥0.012L+1（L為檔距）的要求。

該條配電線路所經(jīng)過地區(qū)屬于D1級污穢區(qū)，絕緣配合泄漏比距按不小于2.8cm/kV進行設計；直線絕緣子采用PS-15/5柱式絕緣子，耐張絕緣子串增加1片絕緣子，采用3片40kN盤形懸式瓷絕緣子。

避雷線逐桿利用GJ-35鋼絞線引下與接地裝置可靠連接直接接地；接地裝置為水平接地環(huán)和垂直接地體聯(lián)合的接地型式，接地引下線和水平接地體均采用φ12圓鋼，垂直接地體采用∠50×5、長2.5m角鋼，水平接地體圍繞基礎敷設成閉合環(huán)形且埋深0.8m；該地區(qū)土壤電阻率ρ<100，降低桿塔接地電阻比較簡單，采用延長接地射線和增加垂直接地極的方式，使工頻接地電阻小于10Ω。

該條配電線路于2014年4月改造竣工，至今未發(fā)生雷擊斷線事故，運行狀況良好。

5 結語

配電線路架設避雷線的防雷保護方式已在多個地區(qū)運行多年，其效果良好。根據(jù)理論分析以及結合實際運行情況，配電架空絕緣線路在雷電活動頻繁、易遭受直擊雷的地區(qū)和變電所進線段1～2km的區(qū)域，在適當加強線路絕緣水平和降低桿塔工頻接地電阻的前提下，架設避雷線的防雷保護措施是可行、有效的。

參考文獻：

[1]GB50061—2010 66kV及以下架空電力線路設計規(guī)范[S].北京：中國計劃出版社，2010.

[2]趙智大.高電壓技術[M]，北京：中國電力出版社，2013.

[3]張殿生.電力工程高壓送電線路設計手冊[S]，北京：中國電力出版社，1999.