配電網感應雷擊跳閘事故分析及防護措施研究

摘 要：通過對感應雷擊引起跳閘事故的產生機理進行分析確定其影響因素，并對其影響方式進行探討，提出有效的抑制感應雷擊跳閘事故的措施。通過研究分析確定了通過安裝自動跟蹤補償消弧裝置、增設保護間隙以及帶外串聯間隙氧化鋅避雷器等方式可以有效降低感應雷擊引起的線路跳閘事故。

關鍵詞：雷擊跳閘;防雷;感應雷

基金項目：青島黃海學院虛擬仿真實驗教學項目“輸電線路常規保護實驗”。

電力線路按照功能不同可分為輸電線路和配電線路，是電力網絡中的重要組成部分。電力線路的安全穩定運行不但影響電力系統運行的穩定性，而且直接關系到用戶供電的可靠性和電力工作人員的安全。相關數據表明：電力線路的跳閘故障中，70%以上都是由雷擊跳閘引起的[1]。因此，降低線路的雷擊跳閘率對提高系統供電的可靠性和電網運行的安全性至關重要。

我國輸電線路防雷設計在選擇范圍不大，線路路徑受投資和地形限制的情況下，通常采用架設避雷線、裝設避雷器、降低桿塔接地電阻、提高線路絕緣水平等方法[2]。但迄今為止未能將這些方法與具體的雷擊引起跳閘事故相聯系上，也未給出實際應用數據。

雷擊跳閘事故有直擊雷引起跳閘和感應雷引起跳閘兩種類別。本文是基于對感應雷擊引起跳閘事故發生原因的研究基礎上，通過對雷電引起跳閘事故的監測與診斷，對其產生數據進行研究，最終確定所采用的針對性應對措施和具體的參考數據。

1 感應雷引起跳閘機理

雷電在擊中輸電線路周圍的物體時，在電磁感應的作用下，輸電線路的導線上會產生相應的感應過電壓。雷電的發展由前后兩個階段組成：前一階段是云層緩慢向下擴散，并在經過區域感應出相應負電荷的階段;后一階段是產生比前一階段大得多的電流，并以極快的速度自下而上的“回擊”階段。在通過雷擊過程來做感應過電壓的計算時，要先假定在雷電先導的發展過程中，所形成通道上的負電荷分布均勻;在后一階段形成的通道是豎直向上、完全導電的，并且其頭部是自下而上均勻發展的。

2 感應雷引起跳閘事故的影響因素和措施

從提高線路耐雷水平上來說，很多措施是起綜合性的效果，它們無論對反擊雷、繞擊雷還是對感應雷都起到一定的防雷保護作用。比如線路避雷器、避雷線、接地電阻、消弧線圈、線路絕緣水平等。下面主要介紹幾種與感應雷聯系相密切的措施或改進方法。

2.1 安裝自動跟蹤補償消弧裝置

通過計算機測量控制系統，借助中性點位移電壓法的跟蹤方式對電網運行方式的變化進行跟蹤控制，從而保證殘流和脫諧度在規定的范圍內。在消弧線圈的補償不變時，電網運行方式的變化必然引起電網對地電容電流的變化，脫諧度也會發生相應的改變，最終導致中性點電壓漂移。

雖然雷電過電壓的幅值高，但是其作用時間短，絕緣子因受熱而產生的破壞大多數是受到電容電流的影響。補償后的殘流可以通過自動跟蹤補償消弧裝置控制在5A以下，為雷電流過后的可靠熄弧創造條件。

如同電流自動測量一樣，自動跟蹤補償消弧裝置能夠對電網的運行方式自動跟蹤和自動調整補償電流，彌補了老式消弧線圈中存在的問題，同時能有效地限制弧光接地過電壓，消除鐵磁諧振過電壓。自動跟蹤補償消弧裝置能保證補償以后的殘流在規定的范圍內，并使其小于熄弧的臨界值，這樣利于接地電弧的熄滅，使配電網雷擊故障跳閘率得到大幅度的降低，進而提高了配電網供電的可靠性。

2.2 保護間隙

1）保護間隙對絕緣子的保護作用。保護間隙[3]是在絕緣子串旁并聯一對金屬球電極，并依據相關絕緣子50%雷電沖擊試驗值確定其間隙距離使其間隙放電電壓低于絕緣子串放電電壓。當線路感應雷擊時，在線路與地之間會出現較高的雷電過電壓，因為絕緣子串的放電電壓相比于保護間隙要高，所以雷電過電壓會經過保護間隙進行放電，工頻電流在間隙內燃燒會因受到電弧電動力和風的作用逐漸熄滅，使得絕緣子串得到有效的保護。由于空氣絕緣可在短時間內自行恢復，間隙放電屬于瞬時性事故，從而提高了雷擊跳閘重合閘的成功率。

2）保護間隙保護距離的界定標準。保護間隙對絕緣子進行保護是使閃絡避開絕緣子串而產生于保護間隙之間。為了方便計算，假定雷電過電壓經過間隙后降為零，且不考慮雷電波的衰減。測量標準雷電波形與保護間隙和絕緣子的伏秒特性曲線相交的時間tj和tb，則tj和tb的差為雷電波在保護間隙和雷擊點間傳播的時間，同時取雷電在裸導線上的傳播速度v=3×108m/s，由此可得不同電壓等級下保護間隙的有效保護距離：。

由上述分析可見，在配電線路中允許有規定的跳閘率的情況下，可按照上述界定標準來安裝帶有保護間隙的設備來保護絕緣子串免于遭受雷擊的破壞。

2.3 帶外串聯間隙氧化鋅避雷器

帶外串聯間隙氧化鋅避雷器包括氧化鋅避雷器本體（簡稱MOA）和外串聯間隙兩部分，與線路絕緣子串并聯安裝。帶外串聯間隙氧化鋅避雷器的工作原理[4]如圖1所示：

在正常運行時，外串聯間隙上承受全部電壓，MOA上基本不承受電壓;感應過電壓通過MOA時，間隙被過電壓所擊穿，此時經過間隙的雷電過電壓絕大部分由MOA承受;當雷擊過電壓消除后，氧化鋅避雷器中的氧化鋅閥片在短時間內就會變成高阻態來斷開工頻續流通路，這不僅起到了對感應過電壓中工頻續流的斷開作用，同時也降低了斷路器跳閘的概率。

目前，國內采用與線路絕緣子串相并聯的防雷措施主要有三種：絕緣子串與空氣間隙并聯、無串聯間隙氧化鋅避雷器與絕緣子串并聯和帶外串聯間隙氧化鋅避雷器與絕緣子串并聯。與前兩種方式相比，帶外串聯間隙氧化鋅避雷器與絕緣子串并聯防雷方式不僅具有避雷器引雷的優點，同時也具有保護間隙保護絕緣子的優點。針對降低處于多雷區輸電線路的雷擊跳閘率有極好的效果，可成為多雷區配電網的一項主要防雷措施。

3 結論

本文以感應雷引起跳閘事故的原因為研究基礎，將雷擊跳閘事故分為直擊雷引起跳閘和感應雷引起跳閘兩種類別。并通過對感應雷擊引起跳閘事故的機理和影響因素進行分析，確定了安裝自動跟蹤補償裝置、增設保護間隙和帶外串聯間隙的氧化鋅避雷器的方法可以有效降低配電網的感應雷擊跳閘事故概率，提高電網運行的可靠性。

本文對雷擊引起的配電網跳閘事故的分析和提出的解決方案，可在實際應用中為降低雷擊跳閘事故提供參考依據，彌補了解決雷擊跳閘事故時參考依據不足的問題。

參考文獻

[1]溫家驥.10kV架空配電線路雷擊事故分析與防治措施[J].決策探索（中），2018（11）：72-73.

[2]秦郁山.電力配電系統的防雷與接地技術[J].數字通信世界，2019（11）：55.

[3]唐軍.珠江三角洲某地區10kV配電線路防雷性能評估及其策略研究[D].華南理工大學，2012：45-61.

[4]金鈞.10kV鐵路電力線路感應雷擊防跳閘技術分析[J].大連交通大學學報，2010，31（5）：67-70.

作者簡介

劉樹美（1989-），女，青島黃海學院智能制造學院，講師，碩士研究生，研究方向：電氣工程，教育技術。