電力系統(tǒng)配網(wǎng)設(shè)備防雷保護(hù)研究

摘要：配電網(wǎng)防雷的主要目的是減少線路雷電跳閘次數(shù)、減小配網(wǎng)設(shè)備損害的可能性。近年來(lái)，10kV線路雷電災(zāi)害事故頻繁，嚴(yán)重?fù)p害了供電網(wǎng)的安全、有效運(yùn)行。文章介紹了10kV配電網(wǎng)防雷現(xiàn)狀，并針對(duì)陽(yáng)江城區(qū)供電局電網(wǎng)的實(shí)際情況提出了電力系統(tǒng)配網(wǎng)設(shè)備的防雷保護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：電力系統(tǒng)；配網(wǎng)設(shè)備；防雷保護(hù)措施；雷電；供電網(wǎng)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-2374（2014）31-0098-02

在電力系統(tǒng)中，由于雷擊的影響，線路總會(huì)出現(xiàn)跳閘的電路故障事件，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全、有效運(yùn)行。雷擊不僅能造成線路的跳閘，它的每一次閃絡(luò)都會(huì)在電路系統(tǒng)中引起強(qiáng)烈的震動(dòng)，甚至可能損壞設(shè)備，導(dǎo)致大面積停電，給社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展帶來(lái)了巨大的損失。近年，氣候變化越來(lái)越明顯，雷電活動(dòng)越發(fā)頻繁，另外，國(guó)家電網(wǎng)建設(shè)的不斷深入，雷擊引起的線路故障問(wèn)題持續(xù)升溫，因此，必須加強(qiáng)對(duì)電力系統(tǒng)配網(wǎng)設(shè)備防雷保護(hù)研究。

1 10kV配電網(wǎng)防雷現(xiàn)狀

10kV配電網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜、絕緣水平低、容易遭受雷擊，據(jù)相關(guān)調(diào)查結(jié)果可知，我局地處廣東省西部沿海地區(qū)，雷雨較多，雷擊跳閘率占配電網(wǎng)總故障率的70%，特別是在多雷、土壤電阻率較高、地形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的地區(qū)。每一次的雷擊閃絡(luò)，都可能引起變壓器、避雷器等設(shè)備的損壞，造成輸電線路停運(yùn)。嚴(yán)重情況時(shí)，有些變電所10kV線路在雷電活動(dòng)頻繁時(shí)全部跳閘，嚴(yán)重影響了電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

2 10kV架空線的防雷保護(hù)

2.1 降低桿塔接地電阻

降低桿塔接地電阻能夠增強(qiáng)配網(wǎng)線路的耐雷能力，減少線路中雷擊跳閘現(xiàn)象的發(fā)生。它是通過(guò)降低桿塔的沖擊接地電阻來(lái)增強(qiáng)線路抵抗耐雷能力的一種防雷技術(shù)。其工作原理是：當(dāng)桿塔接地電阻較低時(shí)，雷擊桿塔塔頂，塔頂電位升高的程度下降，絕緣子承受的電壓強(qiáng)度也降低，進(jìn)而增強(qiáng)了線路的抵抗耐雷能力，最終有效地減少了線路的雷擊跳閘次數(shù)。降低桿塔接地電阻主要包含物理降阻和化學(xué)降阻這兩種方式，其中物理降阻包括使用符合接地體、增加接地體長(zhǎng)度和接地體的埋設(shè)深度等；化學(xué)降阻主要是指在接地體周邊敷設(shè)降阻劑，降低了電阻率，從而降低了接地電阻。

2.2 安裝線路避雷器

在線路桿塔上安裝避雷器，將其和線路絕緣子串并聯(lián)，提高安裝處線路的繞擊水平和增強(qiáng)抵抗耐雷能力，并有效保護(hù)絕緣子不閃絡(luò)，降低雷擊跳閘的發(fā)生。避雷器提高耐雷水平的工作原理是：線路安裝避雷器后，當(dāng)雷電繞擊線路時(shí)，絕緣子串兩端產(chǎn)生過(guò)電壓，當(dāng)過(guò)電壓大于動(dòng)作電壓時(shí)，避雷器動(dòng)作，通過(guò)閥片的非線性伏安特性，制約避雷器殘壓小于線路絕緣子串的閃絡(luò)電壓。雷電流經(jīng)過(guò)避雷器釋放后，通過(guò)避雷器的工頻電流較低，工頻電弧在首次經(jīng)過(guò)零時(shí)熄滅，線路兩側(cè)斷路器不會(huì)跳閘，電力系統(tǒng)仍正常運(yùn)行。

2.3 采用新型絕緣子

將原來(lái)的瓷質(zhì)絕緣子換成新型玻璃材質(zhì)的絕緣子后，由于玻璃鋼絕緣子失效后出現(xiàn)零值時(shí)發(fā)生破裂，它的失效檢出率高于瓷質(zhì)絕緣子，明顯提高了線路的絕緣水平，降低了閃絡(luò)事故的發(fā)生。

3 10kV架空絕緣導(dǎo)線的防雷保護(hù)

架空絕緣導(dǎo)線在遭受雷擊后，直擊雷電壓或者感應(yīng)過(guò)電壓作用于導(dǎo)線，引起絕緣子閃絡(luò)并穿過(guò)導(dǎo)線絕緣層。由于被擊穿的絕緣層呈現(xiàn)針孔狀，短路電流受周邊絕緣的阻斷，弧根只能在針孔位置燃燒，在較短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)線能被燒斷，且斷裂處比較整齊。實(shí)踐證明，架空絕緣導(dǎo)線在遭受雷擊時(shí)，斷線大多發(fā)生在絕緣線和導(dǎo)線的固定處。

3.1 安裝架空地線和避雷器

3.1.1 架空地線主要是用來(lái)預(yù)防直擊雷，在10kV架空線路中效果不是很明顯，且安裝架空地線時(shí)應(yīng)該對(duì)已經(jīng)存在的桿塔進(jìn)行大規(guī)模改造，有些甚至還需要重新組合設(shè)立，增加了施工難度系數(shù)和成本投入。

3.1.2 安裝避雷器是較為常見(jiàn)也是最容易實(shí)現(xiàn)的方法。與傳輸線路相比，配電線路中需要保護(hù)的位置更多，無(wú)法徹底消除配電線路的雷擊故障。大量研究表明，安裝避雷器的密度和制約雷電感應(yīng)過(guò)電壓的水平成正相關(guān)，因此，為有效避免或者降低配電線路中的雷電事故發(fā)生率，應(yīng)保證所有桿塔均安裝避雷器?？梢圆捎脦Т?lián)間隙的架空配電線路附加外套避雷器的方式安裝避雷器。當(dāng)雷擊線路后，穿透了避雷器間隙，雷電流經(jīng)過(guò)間隙到避雷器再到大地，從而保護(hù)了絕緣導(dǎo)線。具體操作是將避雷器和絕緣子采用并聯(lián)的形式連接。

3.2 增加局部導(dǎo)線的絕緣厚度或者延長(zhǎng)閃絡(luò)路徑

雷電過(guò)電壓作用在配電線路上，一旦絕緣子的絕緣水平在過(guò)電壓峰值下面，配電線路就會(huì)出現(xiàn)閃絡(luò)。閃絡(luò)后可能產(chǎn)生工頻續(xù)流，出現(xiàn)配電線路短路故障，其中線路的工作電壓、閃絡(luò)路徑長(zhǎng)度、發(fā)生閃絡(luò)的時(shí)間、雷擊電流強(qiáng)度和線路參數(shù)是決定閃絡(luò)后能否引發(fā)短路的主要因素，其中線路的工作電壓和閃絡(luò)路徑的長(zhǎng)度是最為重要的影響因素。對(duì)于中性點(diǎn)非直接接地的配電系統(tǒng)，當(dāng)線路工作電壓和閃絡(luò)路徑長(zhǎng)度的比值變小時(shí)，則雷電閃絡(luò)引起短路的可能性就比較??；當(dāng)該比值在7～10kV/m范圍內(nèi)，由雷電閃絡(luò)引起短路的可能性基本為零。

3.3 在架空絕緣導(dǎo)線上安裝防弧金具

安裝防弧金具時(shí)需要破壞絕緣導(dǎo)線的絕緣層。電力系統(tǒng)中的架空絕緣導(dǎo)線主要包括輻射型線路和環(huán)網(wǎng)線路，其中對(duì)于輻射型線路，將導(dǎo)線的絕緣層以絕緣子串軸線為初始位置向負(fù)荷端剝離100～150mm，且在負(fù)荷剝離段的側(cè)面加設(shè)一個(gè)較厚的鋁合金線夾。如果雷擊引起絕緣子閃絡(luò)，工頻續(xù)流電弧在點(diǎn)動(dòng)力的影響下立即順著被剝離的導(dǎo)線向防弧線夾慢慢靠攏，同時(shí)弧根固定在防護(hù)線夾上開(kāi)始燃燒；對(duì)于環(huán)網(wǎng)線路，將絕緣子兩端的絕緣子先分別剝離100～150mm，且被剝離段的兩側(cè)都應(yīng)加設(shè)防弧線夾。如果雷擊引起絕緣子閃絡(luò)后，工頻續(xù)流電弧在點(diǎn)動(dòng)力的影響下快速順著剝離導(dǎo)線段朝著背離電源的

方向防護(hù)線夾靠攏，同時(shí)弧根固定在防弧線夾上燃燒。

4 10kV電纜的防雷保護(hù)

設(shè)置電力電纜時(shí)應(yīng)全面分析自身結(jié)構(gòu)特征，并考慮與之連接的相關(guān)的電氣設(shè)施的要求，參照不同等級(jí)的電壓選取可行的防雷方法。若電纜和架空線相連時(shí)，應(yīng)遵循相應(yīng)的運(yùn)行規(guī)范和運(yùn)行流程，在所有戶(hù)外電纜的頂部安裝避雷器，并保證電纜屏蔽層有效接地，另外，在運(yùn)行維護(hù)過(guò)程中應(yīng)確保防雷裝置接地。

5 10kV配變的防雷保護(hù)

通常在配變高壓熔斷器熔斷后避雷器無(wú)法保護(hù)配變臺(tái)架，為有效避免此種問(wèn)題的出現(xiàn)，一般將避雷器安裝在高壓熔斷器的前端。另外，還可以利用電抗器的原理阻止雷電侵入，將配變線的進(jìn)線端纏繞成直徑100mm、10匝的電感線圈，并采取多種預(yù)防保護(hù)措施。參照相關(guān)規(guī)范要求，若配變總?cè)萘砍^(guò)100kVA，應(yīng)保證接地裝置的接地電阻在4Ω以下；若配變總?cè)萘吭?00kVA以下的，相應(yīng)的接地裝置的接地電阻應(yīng)該小于10Ω，同時(shí)保證每一個(gè)重復(fù)接地裝置的接地電阻不得超過(guò)30Ω，并至少有三處重復(fù)接地處。在配變臺(tái)架中，為避免雷擊損壞絕緣子，對(duì)其角鐵橫擔(dān)采用接地引下線有效接地。另外，配變兩端均應(yīng)該安裝避雷器裝置。

6 380V低壓線的防雷保護(hù)

作用在低壓線的落雷，作用的沖擊波按照變壓比感應(yīng)到高壓線，由于低壓線的絕緣度大于感應(yīng)到高壓線的，導(dǎo)致高壓線首先引起絕緣擊穿。因此，在低壓線上安裝避雷器等保護(hù)裝置，制約在低壓繞阻上出現(xiàn)過(guò)大的電壓，也能保護(hù)高壓繞阻，且保證避雷器的接地點(diǎn)到鐵殼間的線路越短越好。

7 10kV配電設(shè)備的防雷保護(hù)

7.1 電纜分支箱及開(kāi)關(guān)柜的防雷保護(hù)

電纜分支箱和開(kāi)關(guān)柜在配電線路普遍存在，在10kV供電系統(tǒng)中應(yīng)該采取一定的措施抑制感應(yīng)雷過(guò)電壓，一般在10kV配電設(shè)備中安裝避雷器，安裝的避雷器應(yīng)具備防水、耐污、密封性較好等特點(diǎn)，并且體積較小，便于安裝。

7.2 柱上開(kāi)關(guān)的防雷保護(hù)

為保證電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行，在10kV電網(wǎng)中安裝一定的柱上開(kāi)關(guān)和刀閘，能提高配電網(wǎng)運(yùn)行的靈活性，但是在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，容易忽視這些開(kāi)關(guān)的防雷保護(hù)。如果柱上開(kāi)關(guān)和刀閘處的避雷器安裝不完全或者單純?cè)谝粋?cè)安裝避雷器，一旦開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，將會(huì)引起雷電波的完全反射，損壞開(kāi)關(guān)設(shè)備。因此，應(yīng)該在柱上開(kāi)關(guān)或者刀閘兩側(cè)都安裝避雷器進(jìn)行防雷保護(hù)。

8 結(jié)語(yǔ)

10kV線路的防雷保護(hù)是一項(xiàng)復(fù)雜、系統(tǒng)的工作，由于雷擊發(fā)生的情況具有多變性且影響因素較多，因此，一定要根據(jù)各地區(qū)實(shí)際情況，參照電力科學(xué)，認(rèn)真分析和研究防雷現(xiàn)狀，找到雷害事故頻繁發(fā)生的原因，加大配網(wǎng)設(shè)備的防雷保護(hù)研究，探求改進(jìn)和完善配網(wǎng)設(shè)備的防雷措施，最終保證電網(wǎng)系統(tǒng)的安全、經(jīng)濟(jì)運(yùn)行。

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作者簡(jiǎn)介：項(xiàng)寧（1965-），廣東陽(yáng)江人，廣東電網(wǎng)公司陽(yáng)江城區(qū)供電局電氣工程師。