淺析10 kV配網(wǎng)線路防雷技術(shù)

李偉斌

摘 要：10 kV配網(wǎng)線路雷擊事故時有發(fā)生，嚴重影響到了配網(wǎng)供電的質(zhì)量及穩(wěn)定性，并對人們的日常生活用電造成了影響。對10 kV配網(wǎng)線路的雷電過電壓類型進行了分析，提出了10 kV配網(wǎng)線路的綜合防雷方案，以期為有關(guān)需要提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：配電線路；雷電過電壓；感應(yīng)雷；避雷器

中圖分類號：TM863 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.21.149

隨著我國社會經(jīng)濟的快速發(fā)展，人們的生活水平日益提高，對日常生活用電的質(zhì)量及穩(wěn)定性也提出了更高的要求。在電力系統(tǒng)中，10 kV配網(wǎng)線路是其中的重要組成部分，為確保10 kV配網(wǎng)線路的正常運行，必須要應(yīng)用先進的防雷技術(shù)，合理設(shè)計配網(wǎng)線路的綜合防雷方案，從而確保10 kV配網(wǎng)線路的安全、高效運行。鑒于此，筆者進行相關(guān)介紹。

1 配網(wǎng)線路雷電過電壓類型

根據(jù)過電壓行程的物理過程，雷閃放電引起線路雷電過電壓主要有以下幾種類型。

1.1 感應(yīng)雷過電壓

當(dāng)雷擊輸電線路旁大地及輸電線桿塔時，在線路導(dǎo)線上感應(yīng)出過電壓。一般情況下，感應(yīng)過電壓大小為300～500 kV，如圖1（4）所示，對35 kV及以下線路絕緣有一定的威脅。

1.2 雷電直擊導(dǎo)線過電壓

當(dāng)雷直接擊于無避雷線線路的導(dǎo)線或繞過避雷線而擊于導(dǎo)線時，會使導(dǎo)線出現(xiàn)較高的過電壓，使絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)，導(dǎo)線對地短路，如圖1（3）所示。對于無避雷線線路而言，容易

發(fā)生這種情況，而有避雷線線路也可能發(fā)生，繞擊的多少用“繞擊率”來表示。

（1）—雷擊桿塔或附近避雷線；（2）—雷擊擋距中避雷線；

（3）—雷擊導(dǎo)線；（4）—雷擊附近大地

1.3 雷直擊桿塔反擊過電壓

當(dāng)雷擊于線路桿塔及桿塔旁1/4擋距的避雷線時，較大的雷電流經(jīng)桿塔電感和接地電阻入地，如圖1（1）所示，使塔頂電位升高，這樣與導(dǎo)線之間形成一定的電位差。當(dāng)桿塔和導(dǎo)線的電位差超過絕緣子串50%的放電電壓時，就會使線路絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)，導(dǎo)致導(dǎo)線對地短路。

1.4 雷擊擋距中避雷線過電壓

雷擊有避雷線的線路的擋距中避雷線時，如圖1（2）所示，會產(chǎn)生很大的雷擊電流，使避雷線電壓升高。但由于避雷線半徑較小，擋距較大，雷電流在沿桿塔傳播時會產(chǎn)生很強的沖擊電暈，幅值衰減很快，一般不會導(dǎo)致絕緣子閃絡(luò)。按規(guī)程規(guī)定確定的避雷線和導(dǎo)線的空氣間也極少發(fā)生閃絡(luò)。工程中一般不考慮這種過電壓。

2 感應(yīng)雷過電壓的計算及仿真

目前，我國配電網(wǎng)大多采用由架空線和電纜線（大多用于城市供電系統(tǒng)中）構(gòu)成的輻射狀結(jié)構(gòu)。隨著城市配電網(wǎng)的改造、建設(shè)，電纜線的使用量大大增加，在考慮配網(wǎng)線路受感應(yīng)雷過電壓影響的同時，也需要考慮因電纜、架空絕緣線和裸導(dǎo)線在結(jié)構(gòu)上的不同，使感應(yīng)雷在3類線路上產(chǎn)生的過電壓也不一樣。圖2所示為仿真模型。

在圖2中，假設(shè)該電網(wǎng)中的G為無限大電源；T為主變壓器，變比為110 kV/10 kV，聯(lián)結(jié)組別為YN/d11；TZ是Z形變壓器；L為消弧線圈；R為消弧線圈的阻尼電阻。線路采用架空裸線路、架空絕緣線、電纜3種線路組成。在圖1所示的仿真網(wǎng)絡(luò)中，架空裸導(dǎo)線型號選用的是LGJ-120，絕緣架空線為JKLGJ-120，電力電纜型號選用的是YJLV22-3×120。本文通過仿真計算分析各參數(shù)對架空配電線路觀測點處感應(yīng)雷過電壓幅值和波形的影響。仿真過程中，雷電流模型選擇Heidler模型，雷電流波頭時間為1.2 μs，雷電流波長時間為50 μs，雷電回擊速度為1.5×108 m/s。結(jié)合仿真結(jié)果，發(fā)現(xiàn)隨著雷電流幅值的增加，線路上感應(yīng)產(chǎn)生的過電壓幅值也會相應(yīng)地增加，且雷電流幅值大小與感應(yīng)雷過電壓的幅值大小為接近于線性的關(guān)系。感應(yīng)雷過電壓上升沿部分的電壓爬升速度較快，引起的電壓沖擊最為明顯，對線路絕緣的危害最大。雷擊點距離線路越近，架空配電線路觀測點處感應(yīng)雷過電壓幅值越大，感應(yīng)雷過電壓爬升速度越快，在過電壓峰值過后，感應(yīng)過電壓的下降速度也越快，架空配電線路觀測點處感應(yīng)雷過電壓的幅值隨雷擊點距離線路距離不斷增大衰減得越慢。

3 10 kV配電網(wǎng)綜合防雷技術(shù)措施

3.1 加裝線路避雷器

在易擊段桿塔上安裝線路避雷器可以有效提高線路防雷性能，線路避雷器的選擇性安裝應(yīng)該予以相當(dāng)?shù)闹匾暎蔷€路避雷器保護范圍較小，只能有效保護1個基桿塔。只有所有桿塔都安裝了，其保護效果才能得到體現(xiàn)，且需確保避雷器的接地裝置良好，接地電阻合格。由于其昂貴的價格，在實際中，要結(jié)合桿塔周圍的地形、氣候、事物等因素綜合考慮，將避雷器安裝在最需要的桿塔上。

3.2 安裝防雷金具

該保護裝置直接安裝在絕緣子上端，上部金屬電極中有一個帶穿刺的電極，它可穿透絕緣導(dǎo)線的絕緣層，實現(xiàn)與內(nèi)部導(dǎo)體的緊密電接觸；在雷電過電壓的作用下，該保護裝置直接通過與導(dǎo)體緊密接觸的穿刺刀片，將雷電過電壓引至該保護裝置的外部金屬電極，使雷電過電壓直接加在該保護裝置的外部金屬電極和絕緣子底部金屬電極之間，從而造成雷電過電壓沿著絕緣子表面擊穿。此后，工頻續(xù)流電弧將沿著該保護裝置的金屬電極表面漂忽移動燃燒，而不會再像架空絕緣導(dǎo)線那樣總是固定在某一點燒灼。這樣，實際上該保護裝置就是在絕緣子處，將絕緣導(dǎo)線變成了類似的裸露導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，它不易被燒壞，從而保護了架空絕緣導(dǎo)線在雷擊過程中不會斷線。

3.3 安裝可調(diào)式保護間隙

對于電纜和絕緣架空線，可以采用可調(diào)式保護間隙保護，以減少電纜和絕緣架空線的外層絕緣受到的過電壓沖擊。可調(diào)式保護間隙的工作原理為：在絕緣子串旁邊并聯(lián)一對金屬電極，構(gòu)成保護間隙，間隙距離小于絕緣子串的串長。正常運行時，并聯(lián)間隙具有使工頻電場均勻的作用。架空線路遭受雷擊時，在絕緣子串上產(chǎn)生較高的雷電沖擊過電壓，由于并聯(lián)間隙的雷電放電電壓低于絕緣子串的放電電壓，間隙先放電，連續(xù)的工頻電弧在電動力和熱應(yīng)力作用下離開絕緣子串在間隙電極之間燃燒并向外發(fā)展，保護絕緣子串免于損壞，進而防止了雷擊斷線。

3.4 采用絕緣塔頭和橫擔(dān)

對同桿雙回或同桿多回配電線路，可采用絕緣子與絕緣橫擔(dān)組合的配置方式；對三角排列的單回配電線路，可采用絕緣桿頭、絕緣橫擔(dān)、絕緣子組合的配置方式，桿塔上部整體形成一個絕緣塔頭，提高10 kV配電線路的絕緣水平和供電可靠性。絕緣塔頭、橫擔(dān)具備良好的電氣絕緣性能，具有放電電壓高、泄漏電流小，抗老化能力強、適應(yīng)長期戶外運行環(huán)境以及便于安裝等特點，能夠大幅提高配電線路的絕緣水平，使雷電放電的空氣間距增大。

3.5 加裝耦合地線或桿塔拉線

對于降低桿塔接地電阻有困難，以及雖已部分安裝避雷線但仍易受雷害侵襲的線路，可采用加裝耦合地線或桿塔拉線的方法。其原理是通過增強避雷線和導(dǎo)線之間的耦合作用，從而降低絕緣子串上的電壓，對雷電流進行有效分流，使桿塔波阻抗減小。由于加裝耦合地線成本較高，且耦合地線并不能完全防止絕緣子串受雷擊閃絡(luò)，因此無法大范圍推廣使用。

4 結(jié)束語

綜上所述，10 kV配網(wǎng)線路雷擊事故的頻繁發(fā)生不僅影響到了配網(wǎng)的供電質(zhì)量及穩(wěn)定性，并且對人們的日常生活用電及生命財產(chǎn)安全造成了影響，研究其綜合防雷方案關(guān)系到配網(wǎng)線路的可靠運行。因此，在10 kV配網(wǎng)設(shè)計中，設(shè)計人員要綜合應(yīng)用多種防雷技術(shù)，合理設(shè)計10 kV配網(wǎng)線路的綜合防雷方案，從而提高配網(wǎng)的防雷水平，確保10 kV配網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運行。

參考文獻

[1]許家歡.配網(wǎng)10 kV架空線路綜合防雷技術(shù)探討[J].企業(yè)技術(shù)開發(fā)，2015（36）.

[2]趙偉杰.淺探配網(wǎng)10 kV架空線路綜合防雷技術(shù)[J].科技與企業(yè)，2016（10）.

〔編輯：劉曉芳〕