配電系統(tǒng)的防雷和接地

閻安

摘 要：近幾年隨著電網(wǎng)的改造，配電系統(tǒng)大量采用電纜化、絕緣線和中壓環(huán)網(wǎng)設(shè)備，配網(wǎng)的供電可靠性有所提升，然而由于雷電引起的設(shè)備事故仍時(shí)有發(fā)生，對(duì)系統(tǒng)穩(wěn)定運(yùn)行具有一定的破壞性。為有效避免雷電對(duì)配電系統(tǒng)的危害，本文針對(duì)10kV配網(wǎng)線路及配電變壓器等設(shè)備的防雷措施現(xiàn)狀，分析10kV架空線路、電纜線路和配電變壓器等配電設(shè)備長(zhǎng)期運(yùn)行中發(fā)生的雷電破壞情況，提出解決方法和防雷措施，為運(yùn)行人員提供一定的幫助。

關(guān)鍵詞：10kV配電線路；10kV配電設(shè)備；防雷；接地；措施

雷擊雖然是自然界中一種常見(jiàn)的放電現(xiàn)象，但雷擊過(guò)程中的直擊雷、感應(yīng)雷或雷電侵入波對(duì)配電系統(tǒng)的設(shè)備產(chǎn)生高電壓沖擊，直接影響到配電系統(tǒng)的絕緣水平，容易形成設(shè)備短路、爆炸以及火災(zāi)等問(wèn)題，最終造成配電網(wǎng)絡(luò)大面積的停電故障。特別是隨著配電系統(tǒng)大量采用電纜化、絕緣線和中壓環(huán)網(wǎng)設(shè)備，所以雷擊產(chǎn)生的配電設(shè)備的損失都比較嚴(yán)重，可見(jiàn)如何提高配電系統(tǒng)的防雷接地水平，有效降低雷害損失，已成為運(yùn)行人員當(dāng)前重要的任務(wù)。

1 10kV線路的防雷和接地

1.1 10kV裸導(dǎo)線線路

配電線路的防雷措施可以選擇避雷線或避雷器等設(shè)施，具體需要考慮配電線路的電壓等級(jí)和線路情況，例如10kv裸導(dǎo)線路可以通過(guò)架設(shè)避雷線來(lái)預(yù)防雷擊，但考慮到施工成本和便利性，實(shí)際工程中通常僅在重要負(fù)荷處采用避雷線，在雷電活動(dòng)頻繁地段采用避雷器的方式來(lái)達(dá)到防雷目的。實(shí)踐數(shù)據(jù)表明，對(duì)于架空線路按每500-600米加裝一組避雷器較為有效、可靠，只要規(guī)范做好桿塔接地措施，便能夠十分有效的降低或避免雷擊事故侵害。

1.2 10kV架空絕緣線線路

隨著城市配電網(wǎng)的改造，大部分的配電線路都換成了交聯(lián)聚乙烯電纜，但是相比裸導(dǎo)線而言防雷措施并沒(méi)有隨之改進(jìn)，導(dǎo)致雷擊絕緣線事故時(shí)有發(fā)生，其原因在于雷擊過(guò)電壓閃絡(luò)，大氣壓中的大電流放電。雷電侵入架空絕緣線路時(shí)，瞬間電流雖然時(shí)間較短，但電流較大，雖不能燒斷導(dǎo)線，但能在電纜絕緣層擊穿出孔。當(dāng)雷電經(jīng)過(guò)兩相或三相的金屬性短路通道時(shí)，就會(huì)引發(fā)數(shù)千安培工頻電流，時(shí)間在0.2秒左右，會(huì)導(dǎo)致跳閘事故，架空絕緣電纜的絕緣層會(huì)阻礙電弧滑動(dòng)，電弧根固定于擊穿點(diǎn)處，且在斷路器動(dòng)作前燒壞導(dǎo)線。

針對(duì)上述問(wèn)題，可采用以下措施：（1）增強(qiáng)絕緣子耐壓水平，更換防雷絕緣子來(lái)強(qiáng)化雷電效果；（2）增加閃爍路徑來(lái)達(dá)到熄滅電弧的效果，增加線路局部的絕緣強(qiáng)度，具體可以增加導(dǎo)線絕緣強(qiáng)度、絕緣子絕緣強(qiáng)度、長(zhǎng)閃爍路徑避雷器。

1.3 10kV電纜線路

自從配電網(wǎng)絡(luò)電纜進(jìn)行更新之后，雷電導(dǎo)致的事故次數(shù)大大降低，同時(shí)對(duì)配電變壓器和連接的電纜也都進(jìn)行了保護(hù)，可是在安裝電纜之后的10年左右，雷電導(dǎo)致的事故又會(huì)明顯增多，原因在于電路電纜化之后被雷電擊中的幾率比較少，因而在更新配電網(wǎng)絡(luò)電纜時(shí)對(duì)電纜的保護(hù)不夠充分。目前廣泛使用的交聯(lián)聚乙烯電纜在潮濕環(huán)境中容易形成水樹(shù)枝，在電場(chǎng)影響下變成電樹(shù)枝，受工作環(huán)境中電壓反復(fù)沖擊的影響會(huì)加快絕緣劣化，導(dǎo)致電貫穿。由于變壓器絕緣結(jié)構(gòu)與電纜絕緣結(jié)構(gòu)不同，在電樹(shù)枝劣化的影響下，交聯(lián)聚乙烯電纜的耐電壓低于變壓器電壓，是整個(gè)配電系統(tǒng)中絕緣效果的薄弱點(diǎn)。

當(dāng)前提升電纜使用壽命的常見(jiàn)方法是采用金屬氧化鋅避雷器，然而電纜自身的特點(diǎn)、電纜與其他電氣設(shè)施連接的要求，決定了要在電纜終端頭的周圍裝置避雷器，還要保證終端頭的屏蔽接地。而且電纜電容是架空線路30倍左右，電纜的儲(chǔ)能也大于架空線路，因此在避雷器的選擇上要結(jié)合電纜的種類和參數(shù)，綜合考慮各類因素。

1.4 10kV架空與電纜混合線路

架空與電纜混合線路存在不同阻抗的線路相聯(lián)，雷電波入侵時(shí)結(jié)點(diǎn)處易發(fā)生電壓突變，架空線路與電纜連接的首段與末端連接處波阻抗不同，雷電波入侵的情況下連接點(diǎn)之間的行波會(huì)多次折反射，末端電壓經(jīng)過(guò)折反射后將高于入侵電壓，因此，可以選擇在首末端安裝避雷器來(lái)避免過(guò)電壓過(guò)高。通?？梢栽陔娎|的首末端加裝避雷器來(lái)限制過(guò)電壓。

1.5 低壓線路

針對(duì)低壓線路，應(yīng)該在變壓器的出口位置裝置一個(gè)低壓避雷器，并且處理好接地問(wèn)題，接地的電阻要低于4歐姆，低壓電力網(wǎng)中中性點(diǎn)接地時(shí)應(yīng)選擇在電源點(diǎn)接地，而且干線、分支線終端需要反復(fù)接地，同時(shí)其電阻要低于10歐姆。針對(duì)比較長(zhǎng)的線路，重復(fù)接地要多于3次，尤其是為了避免雷電對(duì)配電線路造成損壞，接戶線上的絕緣子鐵角要接地，電阻要低于30歐姆，這類問(wèn)題在電能表裝置的改造上重視起來(lái)。

2 10kV配電設(shè)備的防雷保護(hù)

2.1 配電變壓器的防雷保護(hù)

配電網(wǎng)廣泛采用△/Y0、Y/Y0接線方式的10kV變壓器，在雷電波侵入時(shí)避雷器動(dòng)作，在接地電阻上流經(jīng)大電流時(shí)產(chǎn)生壓降，使得中性點(diǎn)電壓升高。在中性點(diǎn)電位的作用下，低壓繞組上流經(jīng)沖擊電流。由于低壓三相繞組中流經(jīng)的電流大小相等、方向相同，低壓繞組中的沖擊電流全部成為激磁電流，產(chǎn)生很在的零序磁通，使得高壓側(cè)感應(yīng)出很高的電勢(shì)，感應(yīng)電勢(shì)沿繞組分布，在中性點(diǎn)的幅值最大，引起中性點(diǎn)絕緣擊穿，同時(shí)由于層間和匝間的電位梯度相應(yīng)增大，引起高壓繞組層間和匝間擊穿。

由于中性點(diǎn)電壓是接地電阻引起的，因此可以分開(kāi)中性點(diǎn)接地與高壓側(cè)避雷器接地，通過(guò)單獨(dú)的接地線、接地網(wǎng)來(lái)接地，同時(shí)確保接地網(wǎng)之間距離>5m，借助大地的雷電波衰減作用來(lái)削除中性點(diǎn)電壓過(guò)高導(dǎo)致的絕緣擊穿。

雷電波在低壓側(cè)入侵時(shí)沖擊電流流經(jīng)低壓繞組，隨之高壓繞組有感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)產(chǎn)生，導(dǎo)致高壓側(cè)中性點(diǎn)電壓升高，層間與匝間電位梯度升高，最終導(dǎo)致高壓繞組層間、匝間擊穿。因此，我們可以采用低壓側(cè)加裝避雷器的方式來(lái)解決此類問(wèn)題，通過(guò)在低壓側(cè)裝設(shè)低壓避雷器，同時(shí)低壓側(cè)避雷器、高壓側(cè)避雷器、低壓側(cè)中性點(diǎn)、變壓器外殼“四點(diǎn)共一地”接地。

2.2 柱上開(kāi)關(guān)的防雷保護(hù)

配網(wǎng)運(yùn)行中往往忽略了柱上開(kāi)關(guān)設(shè)備的防雷保護(hù)，在柱上開(kāi)關(guān)和刀閘處有些沒(méi)有安裝避雷器，或者僅僅在開(kāi)關(guān)一側(cè)裝設(shè)避雷器保護(hù)，當(dāng)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)時(shí)，將會(huì)造成雷電波的全反射，在雷擊事故發(fā)生時(shí)造成開(kāi)關(guān)設(shè)備自身的損壞。因此，應(yīng)在開(kāi)關(guān)或刀閘兩側(cè)安裝避雷器，強(qiáng)化柱上開(kāi)關(guān)的雷電保護(hù)。

2.3 電纜分支箱的防雷保護(hù)

電纜分支箱和環(huán)網(wǎng)柜在配電系統(tǒng)中的使用越來(lái)越廣泛，它的防雷問(wèn)題目前成為一個(gè)突出的問(wèn)題。在10kV電纜化的環(huán)網(wǎng)供電系統(tǒng)中，必須采取措施抑制感應(yīng)雷過(guò)電壓。一般做法是采用避雷器，避雷器保護(hù)點(diǎn)位置的選擇一是每個(gè)單元均安裝避雷器，二是有選擇地安裝避雷器保護(hù)。第一種方法經(jīng)濟(jì)性較差，這兩種方法需要根據(jù)實(shí)際情況選擇，需要注意的是，如環(huán)網(wǎng)回路中存在架空線路，那么應(yīng)該對(duì)架空線路兩端單元安裝避雷器。另外，對(duì)于避雷器的選擇，通常推薦具備防爆脫離功能且免維護(hù)的無(wú)間隙金屬氧化鋅避雷器。

3 結(jié)束語(yǔ)

通過(guò)上述分析，要最大限度降低雷電損害程度，科學(xué)地建設(shè)防雷接地系統(tǒng)設(shè)備是關(guān)鍵，因此，配電系統(tǒng)的防雷與接地工作應(yīng)結(jié)合實(shí)際的雷電分布情況來(lái)采取針對(duì)性的防雷方案，嚴(yán)格控制電氣設(shè)備、防雷設(shè)施的質(zhì)量與可靠性，確保共用接地網(wǎng)符合規(guī)范要求，將防雷措施與接地措施相結(jié)合，最大限度降低雷擊對(duì)配電線路及設(shè)備造成的破壞。

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