配網防雷接地裝置研究

李華鵬 張容菠 楊 忠 胡世權 文忠進

（1.貴州電網有限責任公司興義供電局，貴州黔西南562400；2.貴州電網有限責任公司，貴州貴陽550001）

0 引言

貴州屬高原山區，配電網絡網架結構薄弱，現有配網架空線路基本未做防雷設計，均是靠線路上的開關、變壓器設備配套安裝的避雷器進行簡單防雷，架空線路被雷擊后發生故障的概率較大，從而造成配網線路經常發生故障停電需要搶修。在配網故障搶修操作時，現場安全措施所需裝設的狀態接地線或封閉地線，都是由操作人員或施工人員人工登桿裝設完成的三相短路接地線，增加了登桿作業風險和工作量。

惡劣天氣引起的配網搶修工作頻繁且點多面廣，配網運維人員和操作人員匱乏，在配網上發生的人身事故越來越多。為減少線路故障停電，降低墜桿和觸電風險，研發了一種配網防雷接地裝置，能同時解決配電網防雷和裝設狀態接地線問題，大幅降低了操作風險，提高了供電可靠性。

1 架空配電線路運行現狀

1.1 架空配電線路防雷

傳統配電線路設計及建設均未考慮避雷線，因此雷害事故成為中低壓配電線路事故的主要原因之一。為防范配電線路雷害事故，提高供電可靠性，供電部門對雷害頻繁的區域和線路段進行了改造，加裝氧化鋅避雷器或防雷絕緣子（放電間隙）。這些改造增加的防雷設備雖有效果，但功能單一，設備利用率低。

1.2 架空配電線路裝設臨時接地線方法

1.2.1 配網裝設臨時接地線的位置選擇

一是在裸導線上裝設，即直接將便攜式臨時接地線裝設在裸導線上；二是在絕緣導線上裝設，需在絕緣導線上預裝接地掛環，裝設接地線時將便攜式臨時接地線裝設在接地掛環上。

1.2.2 配網裝設臨時接地線的裝設方式

根據安規要求，目前配網停電檢修裝設臨時接地線通常有兩種方式，一是由配網操作人員完成的、屬于操作內容步驟的臨時接地線（簡稱“狀態接地”）；二是由持工作票的工作班組自行在工作地段裝設的封閉的臨時接地線（簡稱“封閉地線”或“工作接地”）。操作人員裝設好狀態接地線匯報調度后，方能向工作票的工作負責人許可工作，工作負責人再根據工作票所列安全措施在工作地段可能來電的各方面裝設封閉地線。

1.2.3 傳統裝設臨時接地線的優勢及存在的問題

目前在各電網企業的配網實際工作中，現場安全措施所需的接地線，都是由操作人員或施工人員裝設完成的三相短路接地線。該接地線的優點是可攜帶、便于安裝、靈活性強，但仍有很多不足之處：一是由操作人員裝設接地線時登桿操作量增加，存在一定的安全風險；二是接地線笨重，遇到交通困難的鄉村和邊遠山區接地線不方便攜帶且人工運輸困難。

2 配網防雷接地裝置結構及其原理

2.1 配網防雷接地裝置結構

裝置主要由底座、絕緣子、金屬導電接線樁頭、雷電流放電裝置、短路接地裝置、鄂口螺旋短路引流裝置構成（圖1）。

圖1 結構示意圖1—底座 2—絕緣子 3—短路接地裝置 4—上樁頭5—導線安裝孔 6—短路接引體 7—下樁頭 8—雷電流放電裝置

底座由不銹鋼板制成，底座上端設置有豎直向上延伸的單極絕緣子，滿足10 kV電壓等級。底座下端設置有豎直向上延伸的短路接地裝置，短路接地裝置為柱狀，底座下端通過接地引線與大地的接地體相連接。底座上端和短路接地裝置均為金屬合金材料或銅質材料的導電體，絕緣子頂部設置有上樁頭，上樁頭豎直部上設有短路接引體，上樁頭的水平部上設置有導線安裝孔，導線與運行中的配網線路連接，上樁頭的水平部末端設有引弧棒，引弧棒的下側設置有消弧頭，底座上側對應引弧棒端也設置有消弧頭，兩消弧頭在縱向上相對設置，兩消弧頭間形成空氣間隙，即放電間隙，當遭受雷擊時雷電擊穿空氣間隙通過底座上的接地引線被引入大地，從而起到防雷作用。

短路接地裝置的頂部設置有下樁頭，其豎直部上設有短路接引體，短路接引體垂直上、下樁頭所在平面，上樁頭、下樁頭及短路接引體均為導電體，裝置還包括可將兩短路接引體相電連接的短路引流裝置，以使上下樁頭間形成短路。

2.2 裝置的防雷原理

當上樁頭接入配網運行中的線路時，上樁頭帶電，通過絕緣子保持其絕緣性能，上樁頭的引弧端與底座的接弧端通過空氣間隙形成電氣絕緣，當配電線路遭受雷擊時，雷電流及過電壓在此處的放電間隙處擊穿空氣，形成放電，從而將雷擊過電壓放電引入大地，起到防雷作用（圖2）。

圖2 雷電流放電裝置示意圖

2.3 裝置的狀態接地原理

配網防雷接地裝置上樁頭接入配網帶電運行，當線路開展檢修要進行三相短路接地時，將線路操作至停電，在地面上用帶驗電功能的絕緣操作桿驗電后，用操作桿將三套短路引流裝置分別掛到三個配網防雷接地裝置上，再用操作桿將短路引流裝置操作至合閘狀態，形成三相接地效果，通過與大地相連形成三相短路接地，從而實現該裝置的狀態接地功能（圖3）。

圖3 狀態接地裝置示意圖

2.4 配網防雷接地裝置應用管理

配網防雷接地裝置的短路引流裝置在線路帶電運行狀態時需用操作桿將其取下，確保裝置掛網帶電運行發揮防雷作用。短路引流裝置取下時應放置在操作班組保管，并按便攜式接地線進行管理、使用。

3 配網防雷接地裝置效益分析及應用前景

3.1 防雷功能效益

興義供電局2017年配網故障跳閘1 373次，其中雷擊引起的故障占30%，約412次，按平均停電時長6 h計，平均每次造成30戶用戶停電?，F有配變18 839臺，總容量3 465 246 kVA，平均容量為184 kVA，按同時率0.4計，算得負荷電流約為125.8 A，則造成停電損失=1.73UItcos θ=1.73×10×125.8×（6×1 373×0.3）×0.9=4 840 746 kW·h。

若采用配網防雷接地裝置，防止雷擊故障造成的停電損失可挽回經濟損失：按平均電價0.45元/kW·h計，多供電量可回收電費=0.45×4 840 746=217.83萬元。

3.2 狀態接地功能效益

本文所述配網防雷接地裝置的狀態接地功能及操作方法與原有裝設便攜式臨時接地線作業方式對比，相關參數如表1所示。

表1 相關參數對比

從對比數據可以看出：配網防雷接地裝置現場裝設可以減少重量13 kg，減少操作人員運輸、搬運工作量；裝設接地線單桿節省19 min，門桿或三聯桿節省47 min，大幅減少了登桿操作的工作量和操作風險。

興義供電局2017年開展停電檢修工作約6 000次，配網總配變（用戶數）18 839臺，按每次檢修平均停電用戶15戶、安裝和拆除接地線綜合節省50 min（0.833 h）測算，全年可節省停電時間=15×0.833×6 000/18 839=3.98 h；按每次停電段負載同時率0.4算得負荷電流為62.91 A，則全年可多供電量=1.73UItcos θ=1.73×10×62.91×（0.833×6 000）×0.9=4 895 584.5 kW·h，按平均電價0.45元/kW·h計，多供電量可回收電費220.3萬元。

3.3 應用前景

從以上分析數據可以看出：應用該新型防雷接地裝置可以使操作人員方便、快捷地完成現場狀態接地的裝設，大幅縮減操作時間，降低操作風險，減少因操作而引起的停電損失，提高操作效益，減少雷擊引起的故障停電，提高供電可靠性。本文所述防雷接地裝置已申請發明專利和實用新型專利。

該裝置安裝方便、操作簡易、效果顯著，進一步提升了配網裝備技術水平，擴展了配網操作作業應用領域，值得在架空配電線路上推廣應用。

4 結語

本文研究的配網防雷接地裝置，在配電線路帶電運行時引弧裝置可起防雷作用，當線路需要檢修時，通過絕緣操作桿操作即可形成三相短路接地。因此，本裝置防雷功能可提高配網線路安全運行水平，提高供電可靠性；短路接地功能可減少操作人員運輸、搬運、登桿操作的工作量，降低墜桿和觸電風險，提高操作效率，減少停電損失，為供電企業進一步提高供電可靠性提供了有力的技術保障。