試論電力系統配網設備的防雷措施

龐宇

（廣西電網有限責任公司南寧供電局 廣西南寧 530031）

試論電力系統配網設備的防雷措施

龐宇

（廣西電網有限責任公司南寧供電局 廣西南寧 530031）

近年來，隨著我國經濟水平的迅猛發展，電力資源已遍布于我國的各個行業之中，并對人民群眾的日常起居有著至關重要的作用，因此人民對電力系統的安全狀態及運行效率也提出了更高的要求，而完善電力系統配網設備的防雷措施不僅可以保證電力系統安全高效的運行，還可以降低供電線路因遭受雷擊而發生供電線路短路的頻率，并達到降低供電線路投資成本、降低供電線路損耗的目的。

電力系統；配網設備；雷電種類；損壞原理；防雷措施

前言

雷電是十分常見的一種自然現象，其具有很強的隨機性和極強的攻擊性，給電力系統的安全高效運行帶來了巨大的威脅。倘若電力系統配網設備中的任何一臺儀器設備遭受到了雷擊，其不僅會使得該儀器設備本身受到不同程度的破損，導致其無法正常運行，還會嚴重危及該儀器設備周圍其他建筑設施的安全，嚴重時還會引發不必要的人員傷亡或重大用電安全事故，給人民群眾和電力企業帶來巨大的人員或經濟損失。由此可見，為了確保電力系統能夠安全高效的運行，電力企業一定要不斷強化自身對雷電種類的了解程度，并從根本上弄清雷擊損壞電力系統配網儀器設備的原理，并結合本企業自身電力系統配網設備的特點，提出行之有效的、適合企業自身電力系統配網設備的防雷措施。因此本文將主要從雷電種類、電力系統配網設備因遭受雷擊而損壞的原理以及完善電力系統配網設備防雷措施這三方面進行探討，以期為業內人士提供一定的幫助。

1 雷電種類及雷擊損壞配網設備的原理

1.1 雷電種類

自然界常見的雷電現象總共可分為以下幾類：①直擊雷，其是指當高出地面水平的物體在遭受到雷擊后所產生的電場強度等同于空氣擊穿強度的這種強放電自然現象。一般情況下，直擊雷所產生的最強電壓值可高達上萬伏，甚至是百萬伏，其所產生的最強電流值可高達上萬安培，有時甚至還可高達幾十萬安培，具有極強的破壞力；②感應雷，其主要可分為靜電型感應雷和電磁場感應雷兩種類型，其中靜電型感應雷指的是當水平地面遭受到雷電攻擊后，位于該水平地面上的建筑物其頂端也會感受到雷電攻擊，并形成一部分異性電荷，而如若再有其他雷云或帶有不同異性電荷的雷云在該建筑物頂端聚集時，就會使得該部分異性電荷失去約束，從而以雷電波的形式在自然界中傳播，而經過這種過程形成的雷電就被稱為靜電型感應雷；而電磁場感應雷其指的是當地面或建筑物遭受到雷電攻擊后，在其周圍就會產生相應的磁場圈，而該磁場圈則會使得其周圍的金屬導體都帶有雷電壓的這種自然現象；③雷電入侵波，其指的是由于供電線路或金屬管道是良好的導體，所以其對雷電沖擊波會具有一定的傳播能力，從而導致雷電沖擊波能順著供電線路或金屬管道進入建筑物的內部，而造成一定的人員傷亡或家電儀器損壞的這種自然現象。

1.2 雷擊損壞電力系統配網設備的原理

由于感應雷和雷電入侵波產生的電壓值可高達幾十萬伏，因此其產生的正逆變換過電壓會使得配電變壓儀器設備出現絕緣擊穿事故，嚴重時還會引發爆炸等重大安全用電事故。而之所以會出現正逆變換過電壓，其原理如下：①產生正變換過電壓的原理。雷電沖擊波入侵低壓供電線路之后，會產生一定的沖擊波電流以通過配網變壓儀器設備的低壓繞組，與此同時其還會在高壓繞組上產生相應的感應電動勢能，從而導致高壓側中性位點的電位不斷上升，也在無形之中增大了高壓繞組的匝與匝之間或組與組之間的梯度電壓。像這種雷電沖擊波從低壓供電線路進入，卻導致高壓供電線路出現感應電動勢能的現象，被稱之為正變換過電壓；②產生逆變換過電壓的原理。當雷電沖擊波入侵10kV供電線路之后，就會引發電力系統配網儀器設備的避雷器發出相應的保護動作，與此同時其產生的沖擊波電流就會順勢通過接地電阻，并出現電力系統的壓降現象，而低壓繞組的中性位點若想承擔這一壓降現象，就必須不斷提高自身的電位；而當該沖擊波電流通過三相低壓繞組時，就會產生與之相應的磁通量，并根據該配網變壓儀器設備高壓繞組的實際匝數來確定其將要釋放的脈沖電勢能。由于高壓繞組的排列一般為星星形狀，再加上高壓側中性位點沒有安裝接地電阻，換言之高壓繞組中會一直存在脈沖電勢能，但并不存在沖擊波電壓，因此當雷電沖擊波將高壓側中性位點絕緣擊穿時，隨之而來就可能會出現高壓繞組的匝與匝之間或組與組之間的絕緣擊穿現象。像這種雷電沖擊波從高壓供電線路進入，再引發低壓繞組產生磁通量、高壓繞組產生沖擊波電壓的現象，被稱之為逆變換過電壓。

2 電力系統配網設備的防雷措施

2.1 配網變壓儀器設備的防雷措施

完善配網變壓儀器設備的防雷措施，可從以下幾個方面入手：①將大型用電單位或企業的變壓儀器設備轉移至建筑物特設的配電室內，并在該建筑物的頂端安裝相應的避雷設備，以從根本上杜絕變壓儀器設備遭受雷擊的頻率；②按圖1所示的接線方式，對變壓儀器設備進行單接地網的操作，與此同時在變壓儀器設備的高壓繞組和低壓繞組旁側安裝相應的避雷設備，值得注意的是該方法需要將避雷設備的接地線路、變壓儀器設備低壓繞組的中性位點以及變壓儀器設備的金屬外殼這三點連接起來，并一起進行接地操作；③安裝新型的、防雷型變壓儀器設備。在電力系統運行的實際過程中，電力企業可選擇安裝低壓繞組側有平衡繞組的防雷型變壓儀器設備，由于該防雷型變壓儀器設備改變了低壓繞組側的接線形式，這樣一來不僅可以降低接地電阻形成的沖擊波電壓，還會和低壓繞組內的芯棒形成具有相反性質的電磁場，以抵消雷擊形成的電磁場，進而使其無法再對高壓繞組帶來負面影響，也就在無形之中避免了逆變換過電壓對配網變壓儀器設備帶來的危害。

圖1 單接地網、高低壓繞組側安裝避雷設備的接線方式

2.2 配網架空裸導線的防雷措施

對于配網架空裸導線的防雷措施，理論上可通過使用避雷型電線來解決，但由于該方法具有施工難度大、投資成本高的特點，使得該解決辦法的實際應用范圍并不是十分廣泛。因此，現如今，對于配網架空裸導線的防雷措施，通常采用安裝避雷設備、加強桿塔接地等方法來完善其避雷效果。與此同時，配網架空裸導線的防雷措施還需要通過安裝相應的防弧金具來實現，值得注意的是防弧金具在安裝時需要破壞絕緣導線的絕緣層。

2.3 配網絕緣導線的防雷措施

在電力系統的實際運行過程中，若要完善配網絕緣導線的防雷措施，可從以下幾個方面入手：①安裝防雷型絕緣子。對于10kV的絕緣導線來說，其通常不會采用避雷型電線來完善防雷措施，此時就可使用防雷型絕緣子來替換傳統的絕緣子，與此同時還可使用玻璃鋼制絕緣橫擔來替換傳統的鐵制非絕緣橫擔，以此提高防雷型絕緣子的防雷效果、降低防雷型絕緣子的工頻建弧率；②在配網絕緣導線供電線路內設置專用的穿刺型防雷金具。穿刺型防雷金具是在雷電沖擊波可切斷供電線路的基礎之上建立起來的，是一種可疏導雷電沖擊波的防雷型裝置，現如今其主要用于疏導可產生20kV以下電壓沖擊波的直擊雷或感應雷。該穿刺型防雷金具可人為的將燃燒點轉移到別處，雖然其也會在一定程度上出現工頻短路的現象，但對于降低因供電線路燒毀而引發用電安全事故方面具有至關重要的作用，進而確保電力系統能夠安全高效的運行；③在配網絕緣導線供電線路內設置專用的穿刺型避雷設備。如圖2所示，穿刺型避雷設備主要是由避雷設備主體、穿刺線夾以及適當的空氣間隙組成的，該穿刺型避雷設備的應用可從根本上降低因接地線路短路而引發供電安全事故這類事件的發生頻率。在電力系統的實際運行過程中，如若氧化物避雷設備因遭受雷擊而出現了破損，在這種情況下，不論其再次遭受的是直擊雷，又或者是感應雷，都會直接將雷電沖擊波傳導到絕緣導線之上，進而通過該穿刺型避雷設備的引導將燃弧點轉移到別處，從而從根本上降低因絕緣導線燒毀而引發供電線路短路這類供電安全事故發生的頻率。由此可見，在實際電力系統配網設備防雷措施的日常巡查工作中，一定要充分重視氧化物避雷設備的工作狀態，從根本上杜絕氧化物避雷設備因跳閘而無法發揮防雷作用的現象，進而確保電力系統能夠安全高效的運行。

圖2 穿刺型避雷設備組成圖

3 總結

由此可見，為了保證我國經濟水平的可持續發展、保障人民群眾的正常起居、確保電力系統能夠安全高效的運行下去，電力企業一定要不斷強化員工對雷電種類的了解程度，積極探討分析因遭受雷擊而損壞配網設備的原理，并結合本企業電力系統配網設備的特點，不斷完善自身電力系統配網設備的防雷措施，從而降低供電線路因遭受雷擊而短路的頻率，并達到降低供電線路投資成本、降損的目的，從而促進我國電力行業的蓬勃發展。

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2016-9-28