10k V及以下配網的防雷保護措施研究

孫國強 云南電網有限責任公司昆明祿勸供電局 云南 昆明 651500

1 引言

針對云南地區來說，云南地形環境氣候條件復雜，雷電活動劇烈，配網雷擊跳閘及設備故障形式嚴峻；云南大部分地區屬于中雷區及以上，地形環境條件復雜多變，10k V以架空線路為主，輻射型居多，裸導線占比高，雷擊是線路故障跳閘的最主要致因，防雷需求大。

2 雷電形成的條件和危害

雷云放電會造成熱效應、電磁效應以及機械相應，對設備的正常運行造成干擾，而且產生的瞬間高溫會造成金屬構件的瞬間融化，在威脅電氣設備穩定運行的同時，還可能會造成巨大的經濟損失以及嚴重的人員傷亡。此外，由于城市中存在熱島效應，在城市上方形成雷云時會產生雷云負電感應而積聚正電荷，這就會在城市與雷云之間形成電場。在積聚的正電荷數量較多時會出現電場強度超過臨界值的現象而出現先導放電問題，這也會使得高層建筑周圍具有較大的電荷濃度，加之地面物體的強電場作用，就會導致放電現象的發生，表現出融合之后形成雷電通路的現象，這就會出現直擊雷事故，威脅建筑安全。

3 雷擊配電線路的原因分析

一是針對配網中所應用的針式絕緣子來說，在被雷電擊穿時難以被發現而容易造成雷電事故。二是由于施工質量、產品質量、設備老化、偷盜等原因造成接地線路缺失的問題害。三是由于在此配網周邊存在較多的交叉高電壓線路，不同線路之間由于電壓的不同而形成電壓差。四是在配電網施工中容易追求施工進度和效益而忽略質量控制，出現配電網和開關安裝不規范的問題。

4 10k V及以下配網雷電事故分析

4.1 針式絕緣子擊穿及閃絡事故 針式絕緣子擊穿及閃絡是故障的主要原因，且形成內部擊穿后易造成線路斷線。

針式絕緣子擊穿故障方面：針式絕緣子為可擊穿型結構，內絕緣薄弱，在雷擊過電壓條件下可能導致絕緣子的內部擊穿。擊穿將會直接導致絕緣子絕緣損壞，相比閃絡往往導致更嚴重的后果。擊穿后若能及時跳閘和滅弧，絕緣子將會表現成針孔狀擊穿(一般從導線槽或綁扎線槽處穿孔)，潮濕狀況絕緣會大幅下降并導致線路頻繁跳閘，運維非常困難，孔狀擊穿是針式絕緣子擊穿的第一步；擊穿后若不能及時跳閘和滅弧(或未能查找到故障點，后續在工頻條件下運行)將導致絕緣子爆裂，爆裂的絕緣子一般均可在內部鋼腳頂處發現明顯的電弧痕跡；若絕緣子爆裂導致導線失去支撐脫落至橫擔，線路仍不能及時跳閘則很可能導致線路斷線，案例中裸導線斷線多屬于此類情況。

針式絕緣子閃絡故障方面：針式絕緣耐雷水平低，雷擊過電壓條件下容易出現表面閃絡。瞬時性的閃絡一般不會導致跳閘，絕緣子的絕緣一般也能恢復正常，但頻繁閃絡將會導致絕緣子絕緣劣化甚至會出現絕緣子零值導致單相接地故障情況，閃絡致絕緣子絕緣劣化故障排查難度大。另一方面，閃絡電弧將導致絕緣子表面局部溫度急劇變化將可能導致絕緣子局部裂紋乃至破碎(針式絕緣子材料工藝若存在質量問題，會加劇這種情況)，與擊穿爆裂的絕緣子相比，閃絡破碎的絕緣子一般均有裂紋，或邊緣破碎而并非從內部鋼腳處爆碎，內部鋼腳頂上一般也無放電痕跡。針式絕緣子閃絡是普遍性問題，污穢程度較高的環境將加劇絕緣子的閃絡。

4.2 避雷器擊穿事故 目前，10k V架空線路防雷措施主要以避雷器安裝為主，類型又以固定式10k V避雷器氧化鋅為主。避雷器安裝量大，是配網最容易損壞的設備，運維工作量也大。10k V避雷器氧化鋅閥片拐點電壓低，長期承受電網電壓，動作頻度大，容易老化、擊穿；運行中幾乎無可靠檢測手段，隱患難以發現；另外避雷器故障缺乏故障隔離手段，雷擊擊穿后往往直接導致線路跳閘，影響供電可靠性。

5 10k V及以下配網的防雷保護措施

5.1 提升桿塔塔頭絕緣強度 在云南地區絕大部分配網桿塔塔頭絕緣強度較低。大部分線路直線桿塔仍然在使用P-15、P-10針式絕緣子(甚至仍有P-6在線路使用，主要是用戶產權設備)，雷擊損壞情況嚴重。加上云南因地形所致的高原弧光接地過電壓相較平原尤為突出，線路雷擊跳閘情況嚴重。目前，主要通過柱式絕緣子替換針式絕緣子的方式提升桿塔塔頭絕緣強度，新增配網杜絕使用P-15及以下的針式絕緣子，存量部分通過大修等項目逐步消除。

5.2 10k V架空線路避雷器安裝 避雷器安裝因遵循以下幾個原則：

(1)為盡快隔離故障及方便運維，現場安裝條件滿足時，常規無間隙氧化鋅避雷器應改用帶脫離器式或跌落式，脫離裝置動作條件應經過嚴格的性能測試。

(2)對因安裝空間狹小只能采用常規無間隙避雷器的，避雷器尤其應該加強質量抽檢工作，特別是殘壓試驗及大電流沖擊動作負載試驗。

(3)對線路的普通中間桿塔，應在易擊桿塔裝設線路避雷器，線路避雷器應選擇不承受電網電壓的外串間隙式氧化鋅避雷器，或方便運維的帶脫離器式及跌落式，不應選用常規無間隙避雷器。

5.3 特殊區段使用避雷線

(1)重要程度較高，雷擊特別嚴重，絕緣子與避雷器已按照上述要求改造完成，仍有進一步提升防雷能力需求的線路，可裝設區段性避雷線。

(2)避雷線單根裝設，選用鋁包鋼絞線，C級及以下污區也可采用鍍鋅鋼絞線，截面不宜小于35mm2；檔距中央導線與避雷線線間的垂直距離滿足S≥0.012L+1(m)(S為線間距，L為檔距長度)要求，保護角不大于25°。

5.4 做好配套接地的改造

(1)裝設避雷器的桿塔，裝設避雷線的區段，應配套建設滿足要求的人工接地裝置。

(2)自然接地的桿塔接地電阻不做要求；容量100k VA及以上臺變的人工接地裝置接地電阻不大于4Ω；其他裝設避雷器桿塔，裝設避雷器桿塔的人工接地裝置接地電阻應不大于30Ω，有條件時可控制在10Ω以內。

(3)安裝避雷線的線路區段，宜對部分水泥桿塔增設人工接地裝置，增設位置應根據線路實際情況確定，一般線路可每隔3～5基桿塔增設一處，關鍵線路和重要線路可適當增加+人工接地點。

6 結語

云南山區中由于避雷器比較落后等問題，需要合理選擇防雷保護措施并進行避雷器的規范安裝和定期檢修維護，實現配網運行中雷擊事故概率的降低，保證配網的安全與穩定運行。