10kV架空線路雷擊跳閘原因與防雷措施探討

摘要：10kV架空線路雷擊危害事故頻繁發(fā)生，嚴重威脅到10kV配電網(wǎng)供電的安全性、可靠性和經(jīng)濟性，直接影響到廣大人民群眾的正常生產(chǎn)、生活用電。結(jié)合經(jīng)驗，對10kV架空線路運行時發(fā)生雷擊危害的主要原因進行歸納總結(jié)，分析探討了10kV架空線路的雷電綜合防護措施，具有非常重要的工程實踐應(yīng)用意義。

關(guān)鍵詞：10kV架空線路；雷擊危害；防雷保護

作者簡介：邊文明（1982-），男，江西撫州人，中鐵二十四局集團上海電務(wù)電化有限公司電務(wù)工程分公司，工程師。（上海?210071）

中圖分類號：TM72?????文獻標(biāo)識碼：A?????文章編號：1007-0079（2012）27-0140-01

10kV屬于中壓配電網(wǎng)絡(luò)，是我國城市主干配電網(wǎng)絡(luò)。由于受當(dāng)時技術(shù)水平和綜合投資資金等因素的制約，10kV網(wǎng)絡(luò)在當(dāng)時規(guī)劃建設(shè)過程中，其網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)和配電網(wǎng)絕緣水平普遍偏低，尤其是在環(huán)境較為復(fù)雜地區(qū)，易受到雷電危害。據(jù)一些統(tǒng)計文獻資料表明，雷擊架空線路跳閘事故是10kV架空線路常見故障，其占配電網(wǎng)故障比例一直居高不下，約80%以上的故障是由于雷擊危害引起。架空線路雷擊危害常發(fā)生在配電變壓器、柱上斷路器以及隔離開關(guān)等設(shè)備處，也時常引起架空線路絕緣子發(fā)生閃絡(luò)，在很大程度上影響了配電網(wǎng)供電可靠性和供電公司電網(wǎng)運營經(jīng)濟效益。

一、10kV架空線路雷擊跳閘事故發(fā)生原因分析

1.絕緣水平不匹配引起跳閘事故

10kV架空線路絕緣水平與電氣設(shè)備絕緣水平之間存在不配合問題，是導(dǎo)致配電網(wǎng)發(fā)生雷擊跳閘事故的主要原因之一。10kV架空線路由于受當(dāng)時建設(shè)制造水平、設(shè)計方案以及后期運行維護措施等因素的影響，很多線路在耐張桿塔上直接采用兩片LXY1-70型玻璃絕緣子串，而其跳線絕緣子則采用SC-210型瓷瓶。另外，架空線路配電變壓器高壓側(cè)及電纜入地端則僅采用單組閥式避雷器進行雷擊防護。而從大量雷電沖擊試驗數(shù)據(jù)可知，兩片LXY1-70型玻璃絕緣子的U50%沖擊放電電壓高達195.85kV，而SC-210型支柱式瓷瓶絕緣子其U50%沖擊閃絡(luò)電壓大約為255.73kV。但根據(jù)DL/T620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)技術(shù)要求：10kV配電變壓器全波沖擊耐壓在75kV左右，這樣就會導(dǎo)致絕緣子絕緣水平與線路不匹配，加上避雷器泄流能力有限，導(dǎo)致一部分雷電過電壓仍能侵入到配電電氣設(shè)備及電纜線路側(cè)，進而導(dǎo)致線路發(fā)生跳閘事故。

2.感應(yīng)過電壓引起跳閘事故

10kV架空線路大多位于城市郊區(qū)，線路桿塔周圍存在大量水塘、水田。由于水的電導(dǎo)率要遠大于周圍土壤電導(dǎo)率，這樣就容易導(dǎo)致架空線路在遭受雷擊過程中產(chǎn)生較大的感應(yīng)雷過電壓，進而引起線路發(fā)生跳閘事故。

3.避雷器防雷性能質(zhì)量降低引起跳閘事故

目前，一些10kV架空線路中依然還存在使用老式閥型避雷器的問題。由于閥型避雷器已經(jīng)運行較長歲月，其密封已經(jīng)受到破壞而受潮，運行相電壓時其電暈效應(yīng)相當(dāng)嚴重，進而在避雷器內(nèi)部產(chǎn)生硝酸鹽等化合物，致使氣體中的氧和氮大量減少，導(dǎo)致避雷器氣壓降低，工頻放電電壓也大大下降。另外，污穢等除了會引起避雷器放電電壓降低外，還能使避雷器滅弧性能降低，嚴重時還可能切斷不了續(xù)流進而引發(fā)避雷器發(fā)生爆炸。

4.接地引下線存在問題引起跳閘事故

接地引下線作為配電設(shè)備與配電網(wǎng)接地體間的連接體，其質(zhì)量水平的高低對配電設(shè)備接地防雷性能的正常高效發(fā)揮非常重要。10kV架空線路接地引下線連接不規(guī)范、不合理，也是引起配電網(wǎng)雷擊跳閘事故的主要原因之一。

二、10kV架空線路綜合防雷措施

根據(jù)DL/T620-19977《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相關(guān)技術(shù)要求，我國內(nèi)陸絕大部分地區(qū)的雷電流幅值大于100kA的概率僅為7.3%，也就是說除當(dāng)?shù)氐刭|(zhì)、氣象條件較為特殊的地區(qū)外，其余內(nèi)陸地區(qū)在進行架空線路防雷措施研究時，更多應(yīng)考慮幅值小于100 kA雷電流對架空線路的雷擊破壞影響。結(jié)合多年10kV架空線路運行維護實際工作經(jīng)驗，筆者認為可以從優(yōu)選線路氧化鋅避雷器、架設(shè)耦合地線、裝置自動重合閘保護裝置等多個方面進行雷電危害的綜合防護，以提高10kV架空線路運行的穩(wěn)定性、可靠性和經(jīng)濟性。

1.優(yōu)選線路氧化鋅避雷器

在10kV架空線路上安裝氧化鋅避雷器來防護雷電過電壓，是國際上廣泛推廣應(yīng)用的防雷措施之一。在架空線路上安裝氧化鋅避雷器后，一旦出現(xiàn)雷擊架空線路桿塔時，雷電流將會被分流，一部分雷電流經(jīng)過桿塔接地體直接泄入大地中；而雷電流中超過允許值的另一部分，則可以通過避雷器進行分流，大部分雷電流可以通過線路避雷器分流到導(dǎo)線上，傳播到鄰近的桿塔接地體中泄入到大地，這樣就可以減少雷擊跳閘事故。10kV架空線路裝設(shè)線路氧化鋅避雷器前后的電壓變化曲線，如圖1和圖2所示。

從圖1和圖2可知，加裝線路氧化鋅避雷器時，大部分雷電流可以通過避雷器有效流入到大地中，線路電壓波動范圍不大；而沒有加裝氧化鋅避雷器時，線路雷電流不能有效泄入大地，進而導(dǎo)致線路電壓劇烈波動，最高可到270kV左右?？梢娂友b線路氧化鋅避雷器后，所取得的防雷效果十分明顯。另外，采取線路避雷器與絕緣子并聯(lián)的防護體系，具有良好鉗位作用，即避雷器的殘壓低于絕緣子串50%放電電壓，這樣即使雷電流增大引起避雷器殘壓增加，線路絕緣子也不會發(fā)生閃絡(luò)事故。

2.架設(shè)耦合地線

10kV架空線路桿塔高度通常較低，由于直擊雷引起10kV架空線路發(fā)生跳閘事故的幾率較小，約有90%的雷擊跳閘事故是由線路感應(yīng)過電壓引起。因此，在對10kV架空線路進行雷擊防護時，其側(cè)重點應(yīng)充分放在考慮感應(yīng)雷過電壓防護方面。在架空線路容易發(fā)生感應(yīng)雷過電壓事故的區(qū)域，架設(shè)耦合地線，利用耦合地線的電磁屏蔽作用來降低架空線路上的感應(yīng)過電壓水平。

3.安裝可調(diào)式防雷保護間隙

從大量工程實踐經(jīng)驗可知，防范10kV架空線路雷擊斷線事故的重要理念就是“堵塞”和“疏導(dǎo)”。在10kV架空線路易落雷點部位安裝穿刺型可調(diào)式保護間隙，整定保護間隙放電電壓為線路絕緣子的50%～沖擊放電電壓的90%，這樣就可以使得保護間隙先于絕緣子放電，達到“堵塞”和“疏導(dǎo)”效果。這是按照先“堵塞”后“疏導(dǎo)”原理進行雷電防護，也就是利用保護間隙限制雷擊過電壓的幅值，進而可以抑制雷擊閃絡(luò)后的工頻續(xù)流起弧效應(yīng)，避免10kV架空線路發(fā)生過流燒損斷線事故。

4.安裝自動跟蹤補償消弧裝置

要認真計算10kV架空線路的電容電流，如其電容電流大于10A，則應(yīng)考慮安裝自動跟蹤補償消弧裝置，這樣可以有效降低10kV架空線路的建弧率，進而可以提高架空線路的供電可靠性。目前，工程上使用的自動跟蹤補償消弧裝置，通過補償后可以將殘流有效控制在5A以下，這為雷電流過后線路自身可靠熄弧營造了一個非常良好的環(huán)境。

5.裝設(shè)自動重合閘保護裝置

由于10kV架空線路的絕緣具有自恢復(fù)性能，加上很多雷擊事故是短時故障，其在一定時間內(nèi)可以自動消除。因此，在架空線路保護裝置中加裝自動重合閘保護裝置，可以在瞬時雷擊跳閘事故后恢復(fù)供電，有效降低10kV架空線路的雷擊跳閘率。

6.加大架空線路的巡視、分析、判斷和處理力度

對于10kV中的重點線路、易受雷擊的線路段等部位，應(yīng)定期測量避雷器處于U1ma和0.75U1ma工況下的泄漏電流值，及時發(fā)現(xiàn)存在問題的避雷器并更換；引進先進的在線監(jiān)測技術(shù)，動態(tài)評估架空線路中使用的各種避雷器性能質(zhì)量水平；要加強避雷器安裝前的質(zhì)量缺陷檢測工作，優(yōu)選性能優(yōu)選的線路避雷器來提高架空線路的綜合防雷水平。

三、結(jié)束語

10kV架空線路是城市配電網(wǎng)中的重要組成部分，其存在分布范圍廣、分支線路多、絕緣水平參差不齊等問題。在10kV線路跳閘故障中，由于雷擊引起的跳閘事故約占80%，因此，必須引起高度重視。通過優(yōu)選線路氧化鋅避雷器、架設(shè)耦合地線、安裝可調(diào)式防雷保護間隙、安裝自動跟蹤補償消弧裝置、裝設(shè)自動重合閘保護裝置等技術(shù)措施，有效提高10kV架空線路的綜合耐雷水平，確保架空線路的供電安全可靠性。

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（責(zé)任編輯：劉輝）