10 kV 架空絕緣線路雷擊典型事故分析及應對策略建議

彭 濤，卜 凱，任 磊

（1.國網湖南省電力有限公司電力科學研究院，湖南 長沙 410007；2.國網湖南省電力有限公司益陽供電分公司，湖南 益陽 413000；3.湖南省湘電試驗研究院有限公司，湖南 長沙 410007）

隨著“雙碳”目標的提出以及新型電力系統的發展，電力在全社會的經濟發展和人民生活中的作用越來越重要。與此同時，人們對供電可靠性提出了更高的要求。作為連接輸電和用電的重要環節，10 kV 配電網的供電可靠性對于提升供電質量和用電質量的作用也日益重要。雷擊是引起10 kV 線路跳閘的重要原因之一。統計數據顯示，雷擊跳閘在所有跳閘事故中所占比例為60%～70%[1]。

湖南電力十分重視防范雷電對電力系統安全的影響，在很早的時候已經開展雷電及其對輸電網的影響研究，并開展監測和主動預警工作。目前配網的設備狀況、技術水平等方面與輸電網之間均存在著較大差距，配電架空線路絕緣水平較低，且一般無特別的防雷措施。隨著城市配電網的發展，配電線路的長度和密度不斷增加，且架空線路的比例較高，一旦發生雷擊，可能引起架空線路斷線和絕緣子閃絡，引發故障停電，嚴重影響配電的供電可靠性。因此，針對配網架空絕緣線路運行薄弱環節進行針對性防雷研究具有極其重要的意義和價值。本文結合一起具體的10 kV架空絕緣線雷擊斷線事故進行分析，并給出配電網架空線路防雷方面的優化舉措。

1 湖南地區雷電情況

1.1 雷電定位監測

湖南省閃電定位監測工作開展得較早，并取得了良好的成效。早在2007 年，湖南省已經在長沙等城市部署10 套ADTD 閃電定位儀，此外還建有多部多普勒雷達和氣象自動站，結合大氣電廠儀，基本形成了較為完備的雷電監測體系。根據雷達回波影響和衛星氣象云圖動態發展趨勢，可以有效地分析監測和預警雷電災害，為全省重要生產部門提供雷電災害防控數據服務[2-3]。

1.2 雷電災害特征分析

根據已有文獻分析，湖南省雷電活動呈現出以下特征[4]：①時間性。雷電主要發生在每日的13：00—16：00 之間，需要在雷電高發季加強對重點時段的雷擊災害監測和預防。②季節性。湖南省每年夏季6—8月為雷電活動高發季節，雷擊較為頻繁，其次為春季和秋季，冬季雷電活動較弱。因此，除了雷電高發的夏季，春秋兩季的雷擊災害防范工作也不容忽視。③區域性。雷電主要發生在懷化、邵陽、常德等地區，區域特征較為明顯，需要加強對相關地區的雷擊災害監測和預防。

2 架空線路雷擊跳閘斷線機理分析

2.1 雷擊引發架空線路過電影響分析

根據已有研究結果和實際現場觀測分析[5-6]，雷電具有極高的對地電壓和電流，通常分別可達數百千伏和數百千安，一旦雷電直接擊中電氣線路或相關設備，將產生設備過電壓問題，造成極大的破壞性。城市建筑物通常有避雷裝置，雷電直擊配電網的概率較低，然而配電網架空線路缺少必要的屏障，一旦雷電直接或間接擊中，將不可避免地產生過電壓或感應過電壓，從而引發線路跳閘。根據有關部門的統計數據結果，在實際運行中，配網架空線路感應雷過電壓引起的配網故障占比超過80%[7]。

2.2 雷擊引發架空線路斷線機理分析

雷擊除了引發架空線路跳閘外，可能引起絕緣子燃燒和導線短線。其相關機理為：當雷擊引發的直擊過電壓和感應過電壓后，由于架空線路絕緣十分薄弱，架空線路的絕緣層和絕緣子不可避免地被擊穿并引發閃絡，引發擊穿點燃燒；同時可引發相間電弧，產生較高溫度，通過引起電磁反作用力并結合導線自身張力，最終引發架空線產生路脆性或韌性斷線事故[8-18]。

3 典型雷擊事故分析

3.1 事故過程簡述

2021-08-07T15：00 左右，湖南省某110 kV 變電站的10 kV 線路出現#047/2 桿A 相線路斷線，靠負荷側導線跌落至高速公路上。經路政部門反映，事故發生時當地有明顯雷鳴聲。當地供電所人員于當日15：30 確認斷線地點，在16：05 匯報調度并得到許可后，將該線#047 桿后段線路轉檢修，完成故障的隔離工作。由于故障處理及時和應急響應策略得當，16：28 分高速公路恢復暢通，事故處置期間未造成高速擁堵。供電所人員于2021-08-08T08：30—09：00對高速進行封路，并開展線路復電搶修工作；09：02線路放線完畢，高速公路恢復暢通；10：05 該線路#047/2—#047/3 桿A 相斷線搶修竣工；供電所人員在10：09 匯報調度后，操作#047 桿斷路器全線恢復供電。

3.2 系統運行情況分析

根據調控系統單線圖，該110 kV 變電站為雙主變單母線分段帶旁母接線運行方式，母線下共帶16 回10 kV 線路，發生事故的線路為其中一條10 kV 線路，故障前電流為55.25 A。檢查該110 kV 變電站保護裝置動作情況，發生雷擊故障的10 kV 線路配置完整的電流三段保護、重合閘保護，無故障錄波裝置。結合現場實際檢查結果，發生故障的10 kV 線路所有保護均未動作。通過查詢雷電定位系統信息，系統顯示，2021-08-07T15：00 左右，發生故障的10 kV 配網架空線路斷線點附近（10 km 范圍內）短時間內落雷數高達18 個，落雷電流最大幅值高達-31.2 kA。

3.3 線路現場檢查情況

發現架空線路故障跳閘信息后，供電所相關人員立即前往現場勘察搶修。經現場檢查發現，該10 kV線#047/2 桿A 相瓷瓶炸裂，A 相導線（導線型號為JKLYJ-70/10）斷裂，經現場仔細檢查后，發現炸裂瓷瓶有明顯放電痕跡，斷裂導線處有明顯針孔放電痕跡，導線斷裂現象呈現韌性斷裂狀態，屬于明顯的雷擊斷線特征，具體如圖1—圖3 所示。

圖1 #047/2 桿炸裂瓷瓶碎片

圖2 #047/2 桿C 相導線斷線點

圖3 #047/2 桿拆除斷線導線

3.4 事故過程反演

根據系統運行情況分析和現場勘察結果，基本上可以對本次引發的配網架空線路斷線事故的過程進行反演，相關結論如下：①該10 kV 線路#047/2 桿A 相瓷瓶遭受雷擊導致斷線，斷線后，#047/2—#047/3 桿側（用戶側導線）A 相掉落在高速上，#047/1—#047/2桿側（電源側導線）A 相導線懸掛在附近通信線上，導線斷口懸空；②雖然架空線路配備了相對齊全的保護裝置，但由于架空線路的斷口未直接接地，所屬110 kV 變電站10 kV I 母電壓正常，因此相關保護并未啟動，也無任何異常告警信號產生，導致此次配電網線路故障具有一定隱蔽性。

4 工作建議

4.1 配電網防雷建議

在實際配電網中，受限于配電網建設和發展水平，架空線路受雷擊產生雷擊過電壓引發的跳閘事故較多，對配電網的供電可靠性影響較大。因此，配網防雷應首先對架空線路關鍵位置進行有針對性的感應雷過電壓防護。本次事故就是典型的因雷擊感應過電壓引起的10 kV 架空絕緣線路跨越高速公路段斷線，造成一定影響。為防止同類事件再次發生，建議針對10 kV 架空線路跨越公路、鐵路等關鍵位置的配電線路，其絕緣導線兩側均應加裝能有效釋放雷電流的防雷裝置，防止絕緣導線遭受雷擊發生斷線事故。同時，建議針對歷史事故開展反演和總結分析，加強設備雷擊故障應急策略的制定和應急演練，因地制宜地制定差異化防雷策略和方法，進一步提升配網設備防雷工作的有效性。

4.2 電力數字化建議

加強雷電災害系統的建設和應用，利用數字化和信息化手段打通相關系統數據，實現智能診斷和災害搶修輔助決策。對雷電災害高發區開展數字化建模，精確模擬易雷擊區域及地理信息特征，同時利用數據中臺將PMS 系統中的配電網運行管理模塊、GIS 模塊以及災害系統信息相結合，收集氣象信息、雷電參數、雷擊地理位置、停電線路桿塔坐標等數據，結合歷史數據統計分析和停電場景自動化匹配，實現快速的雷電事故聯動。及時推送雷電故障預警，提示停電區域信息，輔助系統運行檢修人員快速導航前往事故發生地點，進一步提升故障診斷和搶修效率。建立數字化移動巡檢終端，加強防雷移動應用的建設和推廣，快速進行雷擊現象的信息采集、填報和現場的巡視管理，并與服務器聯動，實現智能輔助決策。

5 結論

本文總結了湖南地區雷電災害監測現狀及雷電事件分布特征，介紹了雷電引起配電跳閘和斷線的機理，結合配電網實際架空線路遭雷擊引發的斷線停電事故分析，從系統和現場實際情況兩方面印證了雷擊斷線的理論分析結果，同時從配電網雷害故障預防角度，提出配電網差異化防雷、提升電力數字化防雷建設等合理化建議，對于指導配電網防災減災、提升供電可靠性、減少故障停電時間具有重要意義。