0kV配電線路防雷問題分析

張曉飛

1摘 要：10kV配電線路擁有分布范圍大，結構復雜，絕緣水平比較低的特點。經數據表示，10kV配電線路所有故障中，由雷擊引發的故障最多。雷擊嚴重影響了配網線路供電的可靠性，不僅給人們生活帶來不便，更給電網公司造成了巨大損失。基于此，本文說明了雷擊過電壓的形式與原理，分析了雷擊對10kV配電線路的影響，并重點研究了10kV配電線路的防雷保護措施。

關鍵詞：10kV配電線路；防雷措施；感應雷過電壓

中圖分類號：TM862 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）24-0145-01

10kV配電線路是配電網的重要組成部分，總線路較長，可以實現大面積供電，但是多數10kV配電線路為架空導線，沒有相應的避雷措施，被雷擊中后會出現損壞，造成巨大的經濟損失。近年來，國內外大量學者針對10kV配電線路的防雷問題做了研究，減少了其受雷擊發生故障的頻率，增加了供電的可靠性。

1 雷擊過電壓的形式與原理

1.1 雷擊過電壓形式

雷擊過電壓有兩種形式，分別為直擊雷過電壓與感應雷過電壓。直擊雷過電壓也被稱為傳導過電壓，是指雷擊直接擊中架空導線或桿塔，使大量雷電流穿過，這些雷電流會在物體阻抗或接地電阻上產生電壓降，被擊中點的電位過高，形成過電壓。感應雷過電壓是指電力系統上方有雷雨云存在，線路就會感應出大量與雷雨云極性相反的負荷，這些負荷形成磁場使沒被雷擊中的電氣設備產生過電壓。

1.2 感應雷過電壓的原理

在負雷電中，感應雷過電壓形成的原理為：雷雨云放電初期，雷電會對大地先導放電，而配電線路此時正處于雷雨云與先導通道的電場中，電場強度產生靜電感應，吸引配電線路中正極的電荷在先導通道附近集中組成束縛電荷，配電線路中的負極電荷受排斥作用向兩端運動，在經過泄漏電導和系統中性點后流入大地。先導通道的發展比較緩慢，所以線路中電荷的運動也不是特別明顯，無法形成明顯的電流。

2 雷擊對10kV配電線路的影響

2.1 10kV配電線路絕緣導線雷擊斷線問題分析

雷電過電壓閃絡時，線路會產生很大電流的瞬時電弧，而且電弧出現的時間很短，會造成絕緣導線出現擊穿孔，卻不會燒斷導線，但閃絡會引起電流十分龐大的工頻續流，使電弧能量增加。電弧的移動受到絕緣層的阻礙，因此高溫弧根會灼燒絕緣層的擊穿點。電弧受到電磁的作用，使高溫弧根不斷移動，因此裸導線也不會在某一點被集中灼燒，所以通常斷路器就會在導線燒斷或絕緣子被損壞之前就會切斷電弧，也因此裸導線比架空絕緣導線的故障率更低。

2.2 10kV配電線路中性點運行方式對建弧率的影響

目前，大部分配電線路的運行方式都是中性點不接地，這種運行方式接線簡單，而且線路電壓可以在單相接地時保持平衡，故障下可以持續兩小時供電。但雷電過電壓會引起工頻續流，容易導致避雷器爆炸；如果線路不能及時熄弧，則會引起相間短路；如果絕緣層被擊穿后工頻續流仍較大，則接地電弧會引起空氣的熱游離和光游離，很有可能會波及相近的干架回路，引發多線路同時跳閘。

3 10kV配電線路防雷保護措施研究

3.1 提高線路絕緣水平與降低10kV配電線路閃絡概率

（1）提高線路絕緣水平：當雷雨云的活動離配電線路較近時，感應雷過電壓的幅值會比較大，容易造成配電線路絕緣擊穿，尤其體現在架空線路上，而且架空線路的絕緣導線多數用來解決樹相矛盾，防雷的效果并不明顯，所以為提高10kV配電線路的防雷性，要將絕緣子更換為沖擊U50%放電電壓更高的型號，使線路的耐雷能力增強[1]。

（2）計算配電線路的閃絡率時要考慮到配電線路的絕緣水平與感應雷過電壓的幅值，并用統計的方法計算。計算電流幅值的概率時，將雷擊位置與電流的幅值視為兩個獨立的變量，雷擊位置在導線的水平方向與垂直方向均勻分布；計算絕緣子由于雷擊發生閃絡的最小雷電流時，將導線的垂直方向分為若干個等比的小區間，假設雷電集中這些區間的次數相同，根據絕緣子的放電電壓、區間與線路間的距離和導線的平均高度計算；如果電流幅值比引起閃絡的最小雷電流大，則會引起閃絡，根據電流幅值引起閃絡的概率以及全年閃絡次數發現，提高絕緣子的放電電壓可以有效降低10kV配電線路被雷擊的閃絡次數。

3.2 防護架空絕緣導線雷擊斷線

防護架空絕緣導線雷擊斷線時，有三點措施：

（1）對線路進行局部絕緣水平增強。對架空絕緣導線進行局部絕緣加強可以在節省線路成本的基礎上提高導線防雷的能力。對導線局部絕緣水平加強可以對絕緣導線的固定處絕緣加厚，使電流只能在加厚的絕緣層兩側流動或者擊穿絕緣層才能擊穿導線。

（2）在線路中使用避雷器。輸電線路已經使用避雷器取得了不錯的成果，所以也可以用相同的辦法對配電線路進行保護。如果選用無間隙避雷器，避雷器因長期受到工頻電壓與雷電過電壓影響，很容易老化而出現故障。所以，為了提高避雷器的可靠性，可以選用免維護的氧化鋅避雷器，將其安裝在線路中容易受到雷擊的區域與相關配電設備上，形成對配電線路全面的防護。

（3）將放電間隙并聯在絕緣子兩端。這種辦法可以導線的絕緣層被擊穿。經試驗表明，只要放電間隙的電壓比絕緣子的沖擊放電電壓大，雷電放電就會在放電間隙中發生，從而解決了雷擊斷線的問題。

3.3 降低10kV配電線路雷擊建弧率

（1）用消弧線圈補償工頻續流。配電網單相接地電流經常會使接地電弧熄滅，而采用中性點經消弧線圈接地的方式可以對其自動補償。自動補償消弧裝置能實時測量配電網的電流量并進行補償，保持殘流始終比熄弧零臨界值小，以便接地電弧能被熄滅，極大程度上降低了建弧率。在配電線路中安裝自動跟蹤補償消弧裝置，對裝置可靠性要求十分高，裝置必須能在配電網正常運行的情況下自動調整，并能在電網出現單相接地故障時最多出力[2]。因為配電網的運行方式經常會發生變化，所以自動跟蹤補償消弧裝置必須能在較寬的范圍內補償電流。

（2）消弧線圈治理內過電壓。自動跟蹤補償消弧裝置可以治理配電線路出現雷電過電壓后引發的弧光接地過電壓與鐵磁諧振過電壓。自動跟蹤補償消弧裝置可以將電流殘流控制在10A以內，使電弧能被快速熄滅，所以配備自動跟蹤補償消弧裝置可以有效防止弧光接地過電壓。同時，自動跟蹤補償消弧裝置還能降低電網的建弧率，所以也可以提升配電線路的防雷功能。在絕緣子被雷擊出現閃絡時，雷電的工頻續流會影響電網的運行，自動跟蹤消弧裝置便可以將工頻續流的電流量殘流控制在10A以下，閃絡點也就無法建立接地電弧[3]。

3.4 降低10kV配電設備的接地電阻

當配電線路的配電變壓器容量大于100K伏時，接地電阻小于4Ω；當容量小于100K伏時，接地電阻應該為10Ω。安裝在柱上開關、刀閘或桿塔除的避雷器接地電阻不應超過4Ω。在實際調查中，多數地區的電阻偏高，所以更應該進行降阻工作，在降阻前要考慮兩方面：（1）對現場進行勘探測量，分析桿塔的位置、地形、地質情況，策略桿塔四周的土壤電阻率分布。（2）查看現場土壤的酸堿度以及對桿塔接地鋼體的腐蝕程度。分析好配電線路情況之后，可以使用水平接地體或降阻劑進行降阻。除人為降低電阻外，還應該對接地引下線進行改良。

4 結語

綜上所述，10kV配電線路的雷擊故障多數是感應雷過電壓導致的，因此在對配網線路進行防雷時應主要針對感應雷過電壓。由分析可知，雷擊造成的電弧會擊穿絕緣層，引發的工頻續流會灼燒導線。技術人員通過提高線路絕緣水平降低了配電線路的閃絡概率，通過對線路局部絕緣增強以及安裝避雷器和防雷間隙防止了導線雷擊斷線，通過設置自動補償消弧裝置降低了配電線路的雷擊建弧率，最后通過降低接地電阻的方法，綜合提高了配電線路的防雷性能。

參考文獻

[1]李孛.10kV配電線路防雷措施研究[D].長沙理工大學，2009.

[2]陳慕東.10KV配電線路防雷存在的問題及應對措施的探討[J].中國新技術新產品，2013，（05）：158-159.

[3]萬純峰.10kV配電線路防雷問題若干探討[J].通訊世界，2015，（13）：189-190.endprint