粵東山區10 kV線路防雷技術研究與應用

摘要：10 kV線路是農村配電網的骨干線路，其輸送的電能通過變壓系統轉換到低壓配電網后，再把電能分配至每個用電客戶。山區農村10 kV線路的安全、穩定運行，對于保證電網的安全、可靠、經濟運行以及提高農村用戶的用電質量具有極大的意義。為此，首先對粵東山區配電網的現狀進行了詳細介紹，闡述了山區供電所在實際工作中遇到的一些困難，通過分析可知，雷電對經自動化改造后配電網的安全、穩定運行存在較大的“殺傷力”，就如何最大限度地減少雷電對電網的傷害，提出了應對方案。以10 kV丙村線546配電網防雷改造工程為例，統計了10 kV丙村線546配電網經防雷改造后一年多的運行情況，結果表明，對處于特殊地理環境中運行的10 kV丙村線546配電網防雷改造是成功的。

關鍵詞：山區防雷技術;10 kV線路;電鑄銅接地棒

0 引言

梅州地處粵東山區，自然村零星分布，許多山區農村偏遠，往往交通不便甚至根本無法通行車輛。隨著國家對農村配電線路建設的重視，特別是在2008年“抗冰救災”結束后，各電網公司加大了對農村10 kV及以下配電線路的投資，改變了以往因資金缺乏和整體規劃的缺失，造成的網架薄弱、線徑小;一條主線不分段，帶十幾條支線運行;供電半徑過大;線損嚴重;電能質量差等現狀。以梅州供電局丙村線546配電網為例，其負荷分布示意圖如圖1所示。該線路由于缺少資金、無整體規劃等原因，配電設備普遍陳舊，開關仍以機械式為主，故障處理以人工方式為主，導致故障定位、供電恢復時間長，供電可靠性極低。

因此，從2010年開始，廣東電網公司加大資金投入，用于改造山區農村配電網，并將饋線自動化技術推廣應用于山區配電線路，以提高線路的自動化程度，減輕山區供電所人員的工作壓力。但是在智能開關、智能監測終端等智能設備大量應用于山區配電線路后，又出現了新的問題，就是這些“嬌貴”的智能設備因設備內部有較多集成線路板，抗雷性能較差，特別是在粵東北山區，農村配電線路多處于高山峻嶺中，有些線路70%處于雷區。每年7月—10月雷雨季節來臨時，是各鄉鎮供電所人員最繁忙的時候，基本就是雷聲響后，值班室電話跟著響，運行人員需立即開展巡線、查線、排查故障、送電工作。因此，如何提高10 kV線路的防雷、抗雷能力成為了一個新的研究課題。

1 10 kV線路的防雷技術研究

1.1? ? 雷電對山區農村10 kV線路的危害

雷電作為一種人力難以抑制的強大自然力，不僅威脅人類的生命安全，還會嚴重破壞電力輸電線路和電氣設備。雷電作用于配電線路的形式主要是直擊雷和感應雷，兩者均會在配電線路上產生過電壓，但產生的直擊雷過電壓和感應雷過電壓有所不同。直擊雷過電壓是指雷云擊中桿塔、電力設備等物體時，強大的雷電流流過該物體瀉入大地，作用在該物體上形成電壓差。感應雷過電壓是雷電擊在線路附近的大地時，在導線上由于電磁感應產生的過電壓。研究表明，10 kV架空配電線路由雷擊引起線路閃絡或故障的主要因素不是直擊雷過電壓而是感應雷過電壓，配電線路遭受直擊雷過電壓的概率較小，約占雷害事故的25%，感應雷過電壓導致的故障比例超過75%。

對于經過自動化改造后的山區農村10 kV配電線路而言，雷電對配電線路的主要危害是：當雷電作用于線路時，對線路上的一些智能自動化開關、配電變壓器等電氣設備造成損壞。特別是智能開關，因智能開關本體、控制器內有較多集成電子線路板，相比于其他隔離開關等設備，抗雷電能力更差。因此，智能開關能否經受住雷電的考驗，將直接關系到自動化改造的成敗，為此，我們必須給這些智能設備戴上“防雷罩”，同時提高線路的防雷能力，以保證線路全天候正常運行。

1.2? ? 10 kV線路防雷技術的改造與應用

為更好地研究10 kV線路防雷技術，本文以梅州供電局10 kV丙村線546自動化改造工程為案例，結合實踐與理論，詳細研究改造后的防雷技術在實踐中的應用情況。

由于10 kV丙村線546配電網有50%線路處于雷區，上述已說明，10 kV架空配電線路由雷擊引起線路閃絡或故障的主要因素不是直擊雷過電壓而是感應雷過電壓，配電線路遭受直擊雷過電壓的概率較小，約占雷害事故的25%，感應雷過電壓導致的故障比例超過75%。為了有效防范上述直擊雷過電壓和感應雷過電壓，我們采取了如下措施：

1.2.1? ? 加強處于雷區部分線路的絕緣水平

將線路上的P-10型針式絕緣子更換為FPQW-10型復合絕緣子（轉角桿處更換為P-15型針式絕緣子），能提高線路的抗雷電沖擊閃絡電壓，可由75 kV提高到110 kV。絕緣子串抗雷電沖擊閃絡電壓如表1所示。增加絕緣子片數，可提高線路的抗雷電沖擊閃絡電壓，由表1可知：隨著絕緣子片數的成倍增加，抗雷電沖擊閃絡電壓也隨之增加，則線路的抗雷水平也成倍增加。

1.2.2? ? 安裝硅橡膠氧化鋅避雷器

避雷器是專門用于限制雷電過電壓或操作過電壓以保護電氣設備的一種裝置。其中高壓避雷器分為閥型避雷器、管型避雷器和氧化鋅避雷器，前兩種統稱為碳化硅避雷器。而硅橡膠氧化鋅避雷器屬于氧化鋅避雷器的改進類型，該種避雷器具有絕緣性能良好、耐污性能強的優點，與線路絕緣子配合使用，能有效提高線路的防雷和絕緣水平。

為了更好地提高10 kV丙村線546配電網的防雷和絕緣水平，以確保線路經饋線自動化改造后，智能化設備能全天侯正常運行，將線路原有的普通氧化鋅避雷器全部更換為硅橡膠氧化鋅避雷器，同時在絕緣薄弱點，如個別金屬桿塔、特別高的桿塔、終端桿加裝硅橡膠氧化鋅避雷器。

智能開關設備是此次饋線自動化改造的重點，其安裝后能否正常運行直接關系到此次饋線自動化改造的成敗，所以智能開關的防雷是線路防雷的重中之重。根據多年的運維經驗，不管是直擊雷過電壓還是感應雷過電壓，最終過電壓都是由導線傳遞到開關。因此，我們改變以往只在電源側安裝避雷器的傳統做法，在開關兩側都安裝了避雷器，如圖2所示。這樣做的好處是能在開關兩邊限制雷電過電壓，能很好地起到防護智能開關的作用。

1.2.3? ? 降低桿塔的雷電保護接地電阻值

接地電阻是指電流通過接地裝置流向大地受到的阻礙作用。在數值上，接地電阻是電氣設備的接地體對接地體無窮遠處的電壓與接地電流之比，即：

式中，Uj為接地體對接地體無窮遠處的電壓;Ij為接地電流。

降低桿塔的接地電阻可以減小雷擊桿塔時的電位升高，并將故障電流快速泄入大地。根據電力規程的規定，當接地電阻小于5 Ω時，線路的耐雷水平能達到18.39 kV。所以，此次對10 kV丙村線546配電網接地電阻改造的目標是≤5 Ω。線路耐雷水平與接地電阻關系如表2所示。

影響接地電阻的主要因素有土壤電阻率，接地體的尺寸、形狀、材料及埋入深度，接地體與接地體的連接方式等。目前降低桿塔接地電阻的方法主要有：

（1）加大接地體與土壤的接觸面積，因為接觸面積越大，接地體的電流泄漏得越快，能更好地起到防雷作用。為達到以上目的，可通過增加接地極的尺寸和增大接地體的水平延伸距離來實現。如有一些地方土壤電阻率比較低，可將接地體的水平引線敷設至濕地或河邊，與濕地或河邊的垂直接地體相連，能有效降低接地電阻，提高線路的絕緣水平。

（2）使用降阻劑，實踐證明，在敷設線路的水平接地體時，在其周圍添加降阻劑，能大大降低此處的土壤電阻率。

（3）深埋接地極，避開地表電阻層，將接地體埋在地下土壤電阻率小的更深處，可用堅井式或深埋式接地體。選擇埋設地點時，應選擇地下水豐富或地下水位較高的地方。若桿塔附近有金屬礦體，可將接地體插入礦體上，利用礦體來延長或增大接地體尺寸。

（4）換土，土壤電阻率的高低直接影響接地電阻，如采用其他方法降阻有因難，可用電阻率低的土壤來代替電阻率高的土壤，即換土，以獲得較低的接地電阻。

根據多年工作經驗，在實施此項目的接地工程時，采用了上述傳統方法的同時并進行了技術性改造，具體方法如下：

（1）接地極全部采用？準12 mm×1 440 mm電鑄銅接地棒代替角鐵接地極。

由角鐵制成的接地極深埋一段時間后容易腐蝕，特別是焊接處，容易因腐蝕造成接地體彼此之間斷開連接，最終因接地體與土壤接觸面不夠而電阻率變大，在線路或設備遭受雷擊后，雷電流無法泄入大地，使線路與設備失去接地保護。

電鑄銅接地棒是采用含量為99.9%的電解銅分子均勻覆蓋到低碳鋼芯上，使銅與鋼芯完全分子結合。電鑄銅接地棒的銅層厚0.25 mm以上，耐腐蝕性強，可保證使用壽命在50年以上;且抗拉強度大，高達600 N/mm2。電鑄銅接地棒及熔焊工具如圖3所示。

電鑄銅接地棒深埋地下后，無論是自然腐蝕，還是電化學反應，都有極強的保護性，用電鑄銅接地棒代替角鐵接地極，可避免因角鐵腐蝕后與大地接觸不夠充分。接地棒與接地網線采用化學焊劑焊接，使接地裝置完全處在銅的保護之下，成為真正的免維護接地裝置。

（2）深埋接地極并覆蓋降阻劑。

降阻劑由多種成分組成，主要包括電解質、固化劑、潤滑劑及填充材料等。降阻劑一般為灰黑色，是一種良好的導電體，將它使用于接地體和土壤之間，一方面能夠與金屬接地體緊密接觸，形成足夠大的電流流通面;另一方面它能向周圍土壤滲透，降低周圍土壤電阻率，在接地體周圍形成一個變化平緩的低電阻區域。地極安裝示意圖如圖4所示。

采用此種方法安裝后，10 kV丙村線546配電網全線接地電阻都在1 Ω以下，一勞永逸地解決了因接地體腐蝕、虛焊造成電阻率變大等問題，使線路接地電阻能在長時間內保持穩定、合格的電阻值。

2 10 kV丙村線546配電網經防雷技術改造后的運行情況

10 kV丙村線546配電網經防雷技術改造后，于2014年5月投入運行，截至2016年5月，共運行24個月。統計2014年6月—2015年2月的數據，10 kV丙村線546配電網全線共發生有記錄的雷擊26次，造成線路故障13起，饋線自動化設備共實現故障定位和隔離13次（平均正確率100%），其間未發生自動化開關設備故障。自動化改造后的故障統計表如表3所示。

實踐證明，經過防雷技術改造后，自動化開關和線路運行穩定，故障率低;維護工作量小;能準確、及時、可靠定位及隔離發生在10 kV線路上的故障，提高了供電可靠性和配網運行管理水平。

3 結語

本文主要是對粵東山城梅州的配電網進行整體調研與分析后發現，梅州山區配電網的防雷措施存在一些問題，筆者利用既有的雷電理論知識，詳細闡述了雷電對配電網和智能電力設備的危害，分析論證后得出感應雷過電壓是造成配電線路及智能電力設備故障的主要因素，進而認為研究10 kV線路防雷技術對山區配電網的安全、穩定、可靠運行具有重大意義。同時，還提出了解決目前問題的一些新防雷措施，以提高10 kV配電線路的抗雷能力。

本文以梅州供電局10 kV丙村線546自動化改造工程為例，實踐與理論應用相結合，詳細研究改造后的防雷技術在實踐中的應用情況。同時，在此次配電網防雷技術改造建設過程中，筆者在技術路線、設備選型、設計施工、運行管理等方面也積累了一些寶貴經驗，為進一步研究山區10 kV線路的防雷技術提供了可資借鑒的經驗。

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收稿日期：2020-06-04

作者簡介：張祖華（1981—），男，廣東梅州人，碩士，工程師，從事電力工程施工管理工作。