10kV配電線路防雷保護措施探討

陳國鑫

【摘 要】10kV配電線路是城市配電系統(tǒng)的重要內(nèi)容，其防雷保護直接影響到配電線路供電的安全可靠性。本文結合工程應用實例，在介紹10kV配電線路基本情況的基礎上，重點分析了10kV配電線路現(xiàn)有的防雷問題，并針對性提出切實有效防雷保護措施，以供實踐借鑒。

【關鍵詞】10kV；配電線路；感應過電壓；防雷保護

0 引言

隨著我國社會經(jīng)濟建設步伐的加快，城市電力系統(tǒng)建設得到進一步的發(fā)展，配電線路工程數(shù)量日益增加，線路運行的安全可靠性也成為了社會各界重點關注的焦點。據(jù)電力系統(tǒng)故障分類統(tǒng)計顯示，雷擊事故引起的線路跳閘在10kv配電線路運行的總跳閘次數(shù)中占有較大的比例，特別是在尤其是在途徑地形、地貌復雜，微地形、微氣候線段多、檔距大和多雷的地區(qū)。10kv配電線路在城市電力系統(tǒng)中十分常見，其具有分布廣，設備多，絕緣水平低的特點，在雷雨天氣下遭受雷擊的情況時有發(fā)生，這不僅影響到城市人們的日常生活及工農(nóng)業(yè)的發(fā)展，而且也會造成其他配電設備的損壞，危及到配電線路供電的安全性。因此，電力工作者必須重視配電線路防雷保護工作，采取必要的防雷措施，盡可能避免雷擊事故的發(fā)生。

1 10kV配電線路基本情況介紹

該10kV配電線路，線路總長度7.967km，其中架空線路3.821km，電纜線路4.146km，電纜化率為52%；全線桿塔數(shù)量總計70座，其中水泥桿58座，鐵塔15座；變壓器總臺數(shù)為30臺，容量共計8956kVA，其中公用變壓器5臺，容量共計1450kVA，專用變壓器27臺，容量共計7710kVA；線路上裝有兩臺柱上開關。該10kV配電線路直線桿塔主要選用SC-210支柱型絕緣子，耐張絕緣子選用LXY1-70型玻璃絕緣子，線路的大部分線路段位于公路旁邊，小部分線路段路經(jīng)田地，以水田為主。該電線路沿主要交通要道架設，道路沿線為各大服裝廠、塑料廠等，這些工廠主要通過該配電線路供電。且線路屬于聯(lián)絡線，其在本地區(qū)配電網(wǎng)中的作用相當重要。

2 10kV配電線路現(xiàn)有防雷問題分析

2.1 絕緣配合存在的問題

根據(jù)現(xiàn)場調研以及資料分析發(fā)現(xiàn)線路絕緣水平與電氣設備絕緣水平配合存在的問題，是造成該線路雷害故障的主要原因之一。由于該線路電壓等級為10kV，但調研發(fā)現(xiàn)10kV線路在耐張桿塔采用兩片LXY1-70玻璃絕緣子串，跳線絕緣子采用SC-210瓷瓶，直線桿采用SC-210支柱式絕緣子，線路配電設備高壓側以及電纜入地端也僅采用單組避雷器進行保護。

由于線路絕緣子的閃絡電壓較高，而避雷器泄流能力有限，如果在線路上因雷擊產(chǎn)生較高的雷電過電壓時，保護配電設備或電纜線路的單組避雷器可能無法將雷電流充分泄入大地，從而使得一部分雷電過電壓仍能侵入配電設備以及電纜線路側，繼而很可能造成配電設備因雷電損壞事故以及導致線路跳閘事故的頻繁發(fā)生。因此，這樣在變壓器和線路的絕緣配合上并不合理，使得線路遭受雷擊時，雷電過電壓得不到有效的衰減和泄放。當侵入波入侵時，作用在變壓器上的沖擊電壓最大值往往會超過變壓器的雷電沖擊耐受值而把變壓器打壞。同時過高的雷電流也會將高壓熔斷器燒壞，造成線路跳閘。

2.2 感應過電壓的影響

由于10kV配電線路部分線路段位于城郊，線路桿塔周圍多為水塘和水田，當雷云對線路附近地面放電時，在大地中被雷電感應的異號電荷迅速向雷擊點兩側移動，而水的電導率要遠遠大于周圍土壤的電導率，從而導致線路容量在遭受雷擊時產(chǎn)生的感應雷過電壓而跳閘。另外，該10kV配電線路所在地區(qū)工廠企業(yè)較為集中，是重點的供電地區(qū)，所以這里的配電線路較為密集，線路的交叉跨越也較為復雜，因而，線路不僅受到來自雷電引起的感應過電壓的影響，而且受到來自線路與線路之間耦合效應引起的感應過電壓的影響。

2.3 避雷器使用存在的問題

根據(jù)現(xiàn)場調研發(fā)現(xiàn)，10kV配電線路部分桿塔上還存在使用老式閥型避雷器的情況。老式閥型避雷器一旦發(fā)生事故就會被更換或花高價檢修，經(jīng)濟效益極低。運行年久的閥型避雷器，由于密封破壞而受潮，在相電壓時電暈相當嚴重，電暈使氧變成臭氧，臭氧很活潑，它與空氣中的氮反應成氧化氮，遇水生成硝酸，硝酸與金屬反應成硝酸鹽，由于氣體氧和氮的減少導致氣壓降低，工放電壓下降。如果閥型避雷器內(nèi)輕度受潮，外界氣溫下降，在瓷套內(nèi)壁會產(chǎn)生凝露現(xiàn)象，此時致使介質電導大大增加。閃絡電壓驟然下降，導致避雷器在無過電壓下?lián)p壞。避雷器外部條件對避雷器間隙電壓分布有很大影響，可導致放電電壓下降。

2.4 接地引下線存在的問題

（1）接地引下線規(guī)格不統(tǒng)一，在調研的過程中發(fā)現(xiàn)，存在多種樣式的接地引下線，有扁鐵和銅線等，且接地引下線連接不規(guī)范，部分接地引下線存在冗長及未正確連接等問題。

（2）居民用電護電意識不強，接地引下線甚至線路高壓側電線偷盜現(xiàn)象較為嚴重，該10kV配電線路大部分路段存在桿塔接地引下線斷裂、破壞的情況，初步調查應為附近居民所為。

3 建議該10kV配電線路采取的防雷改造措施

3.1 安裝過電壓保護間隙

過電壓保護間隙制作為兩個球頭間隙，這樣可以避免配電線路使用其他形狀的間隙而出現(xiàn)的電暈損耗，角型間隙放電時，電弧會沿羊角迅速向上移動而被拉長，因而容易自行滅弧，間隙不會嚴重燒傷。過電壓防雷保護間隙的作用具體表現(xiàn)為以下幾個方面。

（1）保護線路絕緣子。在線路上加裝可調式保護間隙并確定間隙距離使其間隙的放電電壓低于絕緣子串放電電壓，雷電過電壓側會通過間隙優(yōu)先放電，工頻持續(xù)電流在間隙間燃燒受到電弧電動力和風的作用逐漸熄滅，使得絕緣子串得到保護而免限損壞。

（2）保護配電設備。由于線路絕緣水平過高造成雷電流沿著10kV線路傳播時，絕緣子不閃絡造成雷電電流缺乏泄流通道，高達75kV～200kV左右的雷電沖擊電壓從變電站10kV出線進入變電站，而單組避雷器的泄流保護作用有限，容易作用于變壓器將會導致主變壓器損壞。

（3）保護變電站10kV出線段。在變電站10kV出線側的前5基桿塔上加裝可調式保護間隙，并設定間隙距離使得其能將雷電過電壓值限制在65kV左右，從而可使得通過10kV線路流向變電站主變的雷電過電壓幅值低于變壓器的耐雷電沖擊電壓水平，可以有效保護主變壓器，使其不受沿變電站10kV出線侵入的雷電過電壓及跳閘事故頻繁發(fā)生。

3.2 設計桿塔的接地裝置

通過加裝可調式防雷保護間隙的措施來解決線路雷擊閃絡以及改善線路絕緣配合的問題的時候，為保護雷電流快速有效的能夠通過保護間隙泄入大地，可調式防雷保護間隙的工頻接地電阻應小于30Ω，因此建議加裝可調式防雷保護間隙的桿塔加裝接地裝置來保證保護間隙的泄流效果，降低雷電沖擊電阻、減小線路遭受感應雷以及直擊雷時的雷電過電壓峰值，進一步保證配電設備以及配電線路的安全穩(wěn)定運行。

根據(jù)現(xiàn)場測量發(fā)現(xiàn)該10kV配電線路附近大多為公路、耕地以及水田，且由現(xiàn)場試驗測得土壤電阻率在300Ω·m以下，依據(jù)相關行業(yè)標準的要求，筆者設計并經(jīng)過相關計算后建議對加裝可調保護間隙的水泥桿塔采用以下接地裝置方案：可采取直接在桿塔旁打入3根2m長50×50×5mm的角鋼作為垂直接地極（垂直接地極水平依次展開，極間距離為3m），然后用準16mm的圓鋼組成水平接地體連接3根垂直接地極組成組合電極的方法構成可調式保護間隙的接地裝置，然后再將其與可調式防雷保護間隙的接地引下線（準16mm的圓鋼）相連。

3.3 加裝避雷器

（1）在配電變壓器低壓側加裝避雷器。與高壓側避雷器、變壓器外殼和低壓側中性點一起接地，形成“四點共地”。低壓側安裝避雷器主要有兩種方式，第一種安裝在低壓總熔斷器前端，主要用于保護變壓器；第二種安裝在各線路出線前端，主要用于保護出線電能表與電力設備。低壓避雷器的接地線必須接在變壓器零線出線的首端。因為目前配電變壓器都裝有低壓電流型漏電保護器，電流型保護器不允許其后的零線重復接地，也就是低壓避雷器不適宜安裝在保護器后面，如果保護器停用，避雷器沒有接地，起不到避雷保護作用。因此，作為出線保護的低壓避雷器應該分別裝設在各個保護器的前端。

（2）在刀閘開關兩側安裝避雷器。由于10kV配電線路由架空線路與電纜線路組成，為了方便線路的維護，在部分桿塔上的架空線路與電纜結合處安裝了刀閘開關，這對保證配電網(wǎng)運行方式的靈活性，提高配電網(wǎng)的供電可靠性起到了很大的作用。然而實際中卻往往忽略了這些開關設備的防雷保護措施，在刀閘開關處有些沒有安裝避雷器保護，或者僅僅在開關的一側裝設避雷器保護。當開關斷開時，將會造成雷電波的全反射，在雷害事故發(fā)生時造成開關設備自身的損壞，因此，開關設備自身的防雷保護是配電線路中防雷保護非常重要的一部分，應該在開并或刀閘兩側安裝避雷器對其進行保護，消除在防雷保護上存在的缺陷。

（3）將閥型避雷器更換為氧化鋅避雷器。根據(jù)實際情況，可有選擇性的將部分閥型避雷器更換為氧化鋅避雷器，以期達到更好的防雷效果。

3.4 保護好接地引下線

為保護好接地引下線，線路運行維護單位應加強用電安全宣傳，在群眾中做好有關電力設施重要性的宣傳工作。另外，供電單位應加強線路的巡視工作，配合保安部門打擊對電力基礎設施的偷盜行為。最后可根據(jù)實際情況，選擇性的用扁鐵代替接地引下線的地上部分，并使其緊固，從而降低電力基礎設施被破壞、偷盜的幾率，提高配電線路的運行可靠性。

4 結論

配電線路防雷保護工作是一項系統(tǒng)性的工程，對城市電網(wǎng)的日常供電有著較大的影響。因此，電力工作者必須意識到配電線路防雷保護工作的重要性，深入了解線路雷擊事故發(fā)生的原因，并結合電站的實際情況，制定出一系列切實有效的防雷保護措施，以避免雷擊事故的出現(xiàn)，確保配電線路的正常運行。

【參考文獻】

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[責任編輯：丁艷]