運行中配電設備的防雷措施探討

杜曉偉（國家新聞出版廣電總局七三一臺，福建 龍巖 364000）

0 引 言

雷電是一種非常普遍的自然現象，往往會帶來巨大的電壓，嚴重威脅電力系統的正常工作。基于這一原因，電力設備時常會出現損壞情況，對整個建筑自身的安全性帶來了一定的負面影響。為此，在日常電力系統運行過程中，工作人員需要對此提高重視，對設備的運行原理、損害類型展開分析，確保系統工作的質量和有效性。

1 雷電造成的危害

1.1 直擊雷

地面上的突出物經過雷擊后，一旦整個電場的強度能夠將空氣完全擊穿，則此時產生的現象便是直擊雷。一般而言，直擊雷在峰值階段時的電壓可以達到幾萬伏，特殊情況時甚至可以達到幾百萬伏，與之相對的電流峰值同樣能夠達到幾萬安，某些時候能超過幾十萬安。因此，直擊雷的破壞性非常強，對用電設備的正常運行影響極大。造成這種情況出現的主要原因，在于雷云內部積攢的能量在瞬間完全釋放，通常為 0 ～ 100 μs。

1.2 感應雷

通常情況下，感應雷主要有兩種形式，分別是靜電感應雷和電磁感應雷。所謂靜電感應雷，主要是指當天空中的雷云擊在地面上方時，地面一些突出物的頂端部分會感受到雷電的存在，從而產生異性電荷。一旦雷云與其他種類的異性雷云完全放電，則其將會長時間聚集在建筑物的頂部位置，使得電荷感應在一瞬間失去原有的束縛，從而以點撥的形式向四周傳播，進而演變成雷電。而電磁感應雷主要是指當地面受到雷擊時，雷電本身的周圍會有一定范圍的磁場出現，使得四周的金屬導體產生較強的電壓[1]。

1.3 其他類型

除直擊雷和感應雷外，造成用電設備損壞的具體原因一般還有兩種，分別是雷電沖擊波和地電位反擊。所謂雷電沖擊波，主要是指雷電在瞬間產生的巨大電流順著導線直接流入建筑物的內部，從而嚴重損壞設備。而地電位反擊則主要是指當避雷針將雷電產生的電流全部引入地下后，地下的雷電會對地表上的防護網進行反擊，進而造成設備損壞。

2 雷電損壞配電設備的原理

2.1 損壞變壓器的原理

感應雷和雷電波入侵時，瞬時電壓會達到幾十萬伏，可以通過正逆的方式不斷變換過電壓，使得配電變壓器將外部絕緣完全擊穿，甚至可能出現較為危險的安全事故。造成這種結果的主原因有兩種。一是正變換過電壓產生的基本原理。當雷電波入侵后，沖擊電流會在高壓繞組中產生一定的感應電動勢，從而造成高壓側出現一定的感應電壓，稱作正變換。二是逆變換過電壓。當沖擊電流流過三相低壓繞組時，會有一定的磁通量產生，從而將匝間和層間的絕緣完全擊穿，出現高壓繞組產生過電壓的情況，稱為逆變換。

2.2 損壞架空導線的原理

當直擊雷或者感應雷直接在架空導線中作用時，很容易出現絕緣子閃絡的情況。由于電磁力的原因，電流會順著導線不斷移動。當電弧開始移動的時候，弧腹會沿著弧根的運動而不斷移動，在受到熱應力作用后，逐步向上空的位置移動?；「恢玫臏囟韧ǔ］^高，會對導線本身造成一定的燒損；弧腹位置的溫度略低，則不易出現燒損[2]。

2.3 損壞絕緣導線的原理

當直擊雷或者感應雷在絕緣導線中產生作用后，會使導線的絕緣層出現閃絡。一般而言，只要絕緣層被擊穿，其外層會呈現出針孔形狀。由于周邊絕緣層的影響，它將完全無法移動，進而出現燃燒，導致導線完全燒斷。

3 配電設備運行中的防雷措施

3.1 降低配電線路閃絡的概率

一般而言，由于雷云的長時間活動及其放電形式，雖然感應雷的電壓數值偏下，但是有著較為頻繁的變化，且幅度較大，很容易將外層絕緣完全擊穿。對線路雷擊閃絡的概率造成影響的因素，通常主要包括感應過電壓和線路外部絕緣能力。利用統計方法進行計算，可以得出各區間中累積的造成絕緣子本身出現閃絡的具體次數。將其完全疊加后，便可以獲得全年的雷擊閃絡總數。由于配電線路的整體絕緣能力相對較差，還會采用塔多回路技術，受到整個線路中電氣距離方面的干擾后，只要其中任意回路遭到雷電攻擊，將很容易造成絕緣子對地面擊穿。因此，在工頻電流的影響下，持續出現的接地電弧會造成空氣中出現光游離、熱游離的現象，進而演變成較為嚴重的短距離回路接地事故。情況嚴重時，還會出現多條回路同時跳閘的現象?；诖祟惽闆r，工作人員可以利用絕緣導線替換原有的裸線，并適時更新原本的絕緣子型號，同時增加絕緣子的實際片數，有效提升線路本身的絕緣能力，大幅減少感應雷過電壓導致線路出現閃絡的概率，從而加強線路運行的穩定性和安全性[3]。

3.2 防止絕緣線路出現斷路

通常情況下，架空絕緣導線主要處在電纜以及架空裸線中間的位置。不但可以有效減少樹線矛盾，而且能大幅度縮減電纜的資金投入。然而，當有雷電過電壓閃絡情況出現時，很容易造成工頻續流，且數值能夠達到上千安培。高溫弧根被完全固定在絕緣層中，經過攻擊后會出現灼燒，從而使得絕緣層逐漸脆化，導致導線自身的拉斷強度下降。絕緣子閃絡在電弧通道中同樣會造成絕緣皮全針孔的現象出現，導致導線的表面出現吻痕。不僅如此，弧根位置還會產生電磁推理，具體大小會與短路電流的平分保持正比例關系。同時，加上外部重力和張力的作用，會使得導線同時受到多種不同的力的作用而出現斷路。以上描述的多種原因都會造成絕緣導線在受到感應電壓后發生整體斷裂的情況。

根據原本累積絕緣導線斷線的機理，通常需要從三個方面入手。一是在周圍安裝避雷器。此方法主要借鑒線路安裝避雷器進行防雷的具體效果，通常適用于架空線路配電線路?？梢赃x擇當前最先進且認知度較高的避雷器，不僅不需要維護，且壽命相對較長。將它安裝在整個配單線路容易遭到外部電壓攻擊的位置，以此全面保護整個線路。二是提升線路中部分位置的絕緣能力。為了能夠有效提升線路沖擊的放電電壓，可以采用架空導線固定位置額外進行加厚的方法。三是將線路進行并聯，并將放電間隙放置在絕緣子之間，促使間隙中的電壓大幅度提升，超過絕緣子位置的沖擊電壓，從而造成雷電的放電現象僅僅產生在保護間隙之間，避免導線本身絕緣層被完全擊穿的情況。

3.3 避雷器和間隙配合的線路

安裝避雷器也是對架空配電線進行保護的有效方法，然而這種方法并不實際。大量應用避雷器會大幅度提升造價成本，且后期的運行維護工作難度也會隨之提升。所以，工作人員需要對整條線路進行全面檢查，選擇性地安裝避雷器。例如，在架空絕緣線和電纜轉換的位置進行安裝，或者在變壓器、刀閘以及柱上開關等重要設備的位置進行安裝，亦或在線路中易出現安全事故的位置進行安裝。不僅如此，工作人員還需要考慮保護間隙的設置工作，配合避雷器，從而對整條線路進行保護。通常情況下，保護間隙的設計主要需要完成兩個方面。一是確保保護間隙具有足夠的抗壓能力，二是保證保護間隙的內部距離在雷擊線路閃絡時可以對電弧的底部位置選擇捕捉，并將線路中的故障電流全部引導至地面，促使電弧無法與絕緣子直接連接。如此一來，導線、絕緣子以及線路中的零部件將會得到保護[4]。

3.4 選擇合適的中性點運行方式

10 kV架空配電線路中的雷擊建弧率和中性點的運行方式有著密切聯系。實踐研究發現，利用科學中性點的方式能夠有效減少配電線路中發生雷擊建弧的概率。一般情況下，為了能夠選擇最合適的中性點運行方式，需要從三個方面入手。

第一，工作人員可以采取消弧線圈對工頻續流進行補償的方法。在配電線路中，選中性點經消弧線圈接地的運行方式，使得配電網絡中單相接地電流能夠獲得自動補償裝置的補償，從而造成接地電弧低于熄弧的臨界值，達到熄滅電流的目的，以有效減少電弧自身的建弧率。

第二，工作人員可以額外安裝自動跟蹤的補償消弧裝置。長期實踐可以發現，當電容內部的電流超過10 A后，相關配電網的安全必須將殘余電流全部控制在10 A之下，之后熄滅接地的電弧，并對接地過電壓的出現方式予以控制。這種方法是解決長期以來由雷電過電壓導致的過電壓、鐵磁諧振過電壓最有效的解決措施。

第三，根據網絡結構的區別，選擇多種不同的中性點接地方式。例如，最常見的純架空配電線路通常可以采用消弧線圈的方式；一些架空線和電纜的混合線路，如果電纜的實際長度超過總長度的50%，必須慎投消弧線圈；當電纜的實際長度超過總長度的70%時，可以采用經小電阻接地與相關零序進行配合的保護方式，以保證線路能夠正常運行[5]。

3.5 降低設備接電的電阻

在配電線路實際運行過程中，為了能夠有效降低接地電阻，一般采用兩種方法，分別是水平接地和施加降阻劑。首先是水平接地，是最常見的一種降阻方式。然而，在一些具有較高電阻率的土壤環境或者干旱地區，該方法效果相對較差，且容易出現腐蝕情況，導致線路的使用壽命下降。施加降阻劑同樣是一種實用的降阻方式，是對水平接地的補充。工作人員完成水平接地后，在其周圍使用高效的降阻防腐劑，某種程度上相當于擴大了接地體本身的截面，具有非常強的吸水性和保水性，且能隨著時間的推移而不斷滲透和擴散，大幅降低接地土壤中的電阻。此外，工作人員需要加強配電變壓器，對其他配電設備采取防雷保護措施，選擇一些體積較小、重量較輕的避雷器進行防護，提升防水和防爆效果。實際安裝時，必須采用“三點共一地”的方式。

4 結 論

綜上所述，在電力工程中加強防雷工作可以有效提升設備運行的安全性和穩定性。因此，工作人員需要對雷電類型和具體損壞原因展開分析，并結合實際情況，采用相關措施予以解決，推動我國電力事業不斷進步。

[1] 王文歡.關于運行中配電設備的防雷措施探討[J].智能城市，2017，（11）：171.

[2] 程志林.配電網安全運行的防雷措施探討[J].山東工業技術，2015，（18）：157-158.

[3] 張漫宇.配電線路運行檢修技術及防雷方法的探討[J].水能經濟，2017，（6）：34.

[4] 丁文博.配電變壓器雷擊分析與防雷措施探討[J].中國高新技術企業，2015，（35）：117-119.

[5] 郭芮彤.關于配電線路防雷措施的探討[J].中國科技博覽，2016，（31）：59.