10kV配網(wǎng)線路防雷技術措施分析

何海輝

摘 要：隨著經(jīng)濟社會的發(fā)展，電力系統(tǒng)也在日益壯大，尤其是10 kV配網(wǎng)系統(tǒng)的發(fā)展，更是日新月異。但是，由此引發(fā)的問題也越來越明顯，其中一個最重要的問題就是如何降低雷電對配網(wǎng)線路造成的危害。簡要探討了雷電的產(chǎn)生及其危害，并在此基礎上深入分析了配網(wǎng)線路遭受雷擊的原因；總結了我國現(xiàn)階段所采取的10 kV配網(wǎng)線路防雷技術，并提出了幾種新型的防雷技術，并對其進行對比、分析，最后得出各種防雷技術各自的優(yōu)缺點。因此，在線路遭受雷擊時，需要采取相應的防雷技術才能真正起到防止雷電跳閘的作用。

關鍵詞：10 kV配網(wǎng)線路；防雷技術；雷電跳閘；配電變壓器

中圖分類號：TM863 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.05.153

1 原因及其危害

1.1 雷電的產(chǎn)生

雷電是一種最常見的自然現(xiàn)象，然而對其形成的原因，始終沒有統(tǒng)一的說法。目前，普遍認為它是大氣中的飽和水蒸氣遇冷形成水滴，該水滴在強烈的上升氣流沖擊下被分解成帶有不同電荷的水滴，不同的水滴重新組合，進而形成了帶有不同電荷的兩種水氣團，即雷云，當不同電荷的雷云將空氣間隙擊穿放電時，就會發(fā)生所謂的“雷電”。

1.2 雷電的危害

眾所周知，雷電放電的一瞬間產(chǎn)生的能量是巨大的，除此之外，其放電時間非常短（主放電時間通常只有30～50 us），所以，雷電會釋放出極大的能量和電流，而這些釋放出來的能量和電流會對設備和線路造成很大的損害。雷電通常包括感應雷和直擊雷，直擊雷直接作用于線路和設備，使其嚴重受損；而感應雷則會間接通過設備周圍感應出的高電壓對設備和周邊線路的安全造成破壞，進而影響設備的穩(wěn)定運行。

2 配電線路遭受雷電攻擊的緣由

大多數(shù)配電線路暴露在戶外，很容易遭受雷擊，而以下幾種原因又加劇了雷擊配電線路引發(fā)跳閘的可能性，具體有以下5點：①部分線路的鐵塔、開關、配電變壓器等設備的接地線往往會出現(xiàn)被盜的情況，這使得線路和設備無法得到有效的保護。另外，被盜的接地線無法及時接上也大大增加了雷擊線路和設備的概率。②由于10 kV低壓配網(wǎng)線路上方多處有110 kV以上的高壓線路交叉跨越，高電壓等級的線路從遠處帶來雷電，而10 kV低壓線路本身的防雷設計比110 kV及以上電壓等級的線路要低得多，所以，其防御雷電的能力明顯下降，并會顯得較為脆弱，因而會經(jīng)常受到雷擊。③針對大多數(shù)10 kV低壓配電線路，使用針式絕緣子較為常見。這是因為在糟糕的天氣（強風、臺風、雷電等）下，針式絕緣子的效果明顯比瓷橫擔的效果突出，但是，如果其內(nèi)部出現(xiàn)擊穿故障，則無法及時被發(fā)現(xiàn)。另外，目前在用的針式絕緣子耐壓可達35 kV，由于絕緣子本身的耐壓高，所以，如果在強雷電時被擊穿或擊破，其有可能還可以繼續(xù)正常工作，這種情況在巡視時很難發(fā)現(xiàn)，進而為線路防雷擊工作埋下了安全隱患。由此可見，它是易遭受雷擊的薄弱環(huán)節(jié)。④配電變壓器地網(wǎng)、開關、線路桿塔等設備的不規(guī)范安裝也會造成10 kV低壓配網(wǎng)線路的遭受雷擊。⑤測試接地電阻的方法不規(guī)范、儀器不準確，由此引發(fā)的誤判斷及其留下的安全隱患也會造成配電線路遭受雷擊。

3 10 kV配網(wǎng)防雷采取的技術類型

隨著電力技術的飛速發(fā)展，10 kV配網(wǎng)防雷技術的發(fā)展也在不斷進步。下面詳細敘述了我國現(xiàn)階段常用的防雷技術。

3.1 降低塔體接觸電阻

現(xiàn)階段，我國10 kV配網(wǎng)線路防雷技術主要采取的措施之一是降低塔體接地電阻。其通過在塔腳的位置打深井加降阻劑或敷設較長的接地網(wǎng)，使雷電進入大地，從而增加接觸面積，控制電阻率。當線路遭到雷擊時，它的耐雷性能就會顯著增強，但是，這種防雷技術并不適用于沿海地區(qū)和江南一帶的丘陵地區(qū)，僅對平原地區(qū)或土壤電阻率較低的地區(qū)有一定的可行性。究其原因，是因為這些地區(qū)為了保證接地電阻足夠低，通常需要在塔腳位置打設深井加降阻劑或鋪設較長接地網(wǎng)，這樣能夠增加土壤和地線之間的接觸面積，從而降低接觸電阻。但是，當遇到雷擊情況時，因為接地線的長度過長而使得附加電感值加大，大大升高塔頂?shù)碾娢?，進而造成絕緣子串和塔體的破壞性放電，從而降低10 kV低壓配網(wǎng)線路的防雷擊水平。

3.2 加裝避雷器

在當前情況下，也可以考慮利用在配變開關、電纜等設備高壓側安裝避雷器的方法來降低雷電對其造成的損害，但是，其中唯一的不足是加裝避雷器的變壓器在其運行過程中還會發(fā)生一些雷害事故。這是因為一般配電變壓器的低壓側未裝設低壓避雷器，所以，在這種情況下，會出現(xiàn)低壓側和高壓側同時損壞的情況。

對于避雷器的基本原理，筆者認為，在沒有安裝避雷器的線路上，雷電電流完全會通過桿塔及其接地裝置流入大地。但是，由于存在接地電阻，就會使得塔頂電位迅速升高，特別是在接地電阻較高的情況下，當塔頂電位與導線感應電位的差值超過絕緣子串臨界閃絡電壓U的50%時，就會出現(xiàn)絕緣子串閃絡，并可能產(chǎn)生工頻電弧，進而導致線路斷路器跳閘。對于某些土壤電阻率較大的地區(qū)，由于難以降低接地電阻，就無法實施常規(guī)的防雷措施。在線路中裝設線路避雷器，讓避雷器的伏-秒特征與絕緣子串的伏-秒特征相互配合，當路線受到雷擊（或繞擊、反擊等）時，線路避雷器要可靠動作，以確保絕緣子串不發(fā)生閃絡。線路避雷器則是利用其自身的點位鉗制作用降低絕緣子串上承受的放電電壓，從而達到防雷的效果。

利用線路防雷器達到防雷效果的具體實現(xiàn)過程是：當塔頂電位高于配電線路相導線上由于感應和耦合產(chǎn)生的電位與絕緣子串的放電電壓之和時，絕緣子串將發(fā)生閃絡，進而導致線路斷路器動作，對電力系統(tǒng)的正常運行造成不利的影響。而在裝設了避雷器后，當配電線路受到雷擊時，雷點電流將會被分流，一部分雷電電流通過導線流入其他桿塔，另一部分電流則經(jīng)塔體流入大地，當雷電電流達到一定程度時，避雷器動作將進一步分流，如此一來，絕大部分雷電電流就會通過避雷器進入大地，而當雷電電流經(jīng)過導線時，就會在導線上產(chǎn)生很大的交流耦合分量。另外，避雷器的電流分量與流經(jīng)導線的電流分量相比，其分量要遠遠高出許多，正因如此，這種電流分量的耦合作用將會大大抬高導線的電位，使塔頂和導線之間的電位差低于絕緣子串的放電電壓，從而避免絕緣子串發(fā)生閃絡。由此可知，線路避雷器具有很好的電位鉗制作用，這也是線路避雷器能夠防雷的基本原理。由圖1所知，加裝線路避雷器后，取得了非常顯著的防雷效果，該方法是十分有效的。

3.3 使用防雷過電壓保護器

防雷過電壓保護器的防雷原理如下：①線路防雷過電壓保器是由氧化鋅限流元件（無間隙氧化鋅避雷器）、特制間隙（裸線夾或絕緣穿刺線夾）和金屬聯(lián)結調(diào)節(jié)件共同組成的。線路防雷過電壓保護器與絕緣子并聯(lián)安裝。當線路受雷電沖擊過電壓或工頻過電壓的影響時，幅值達到絕緣子閃絡的臨界點前，防雷過電壓保護器間隙放電，避雷器對地導通將能量釋放，確保絕緣子和導線的正常工作。在正常工作狀態(tài)下，工頻電壓被間隙隔離，保護器不受持續(xù)工頻續(xù)流，限流元件處于高阻狀態(tài)，有效保證了電力系統(tǒng)的正常運行。②采用特制的棒-棒間隙（這種間隙在我國高電壓等級中已被廣泛使用）和獨特的圓弧設計，采用科學的空中十字交叉安裝方式，避免了導線受風擺、季節(jié)變化對間隙的影響，增加了間隙放電的穩(wěn)定性。這種間隙是目前同類產(chǎn)品中最科學、最穩(wěn)定的產(chǎn)品。間隙與避雷器的配合使用，不會產(chǎn)生電弧，這是其他線路防雷產(chǎn)品無法達到的，它有效地提高了產(chǎn)品的使用壽命。對于不同的雷擊區(qū)域選用不同的雷擊電流——65 kA、100 kA、150 kA，這是檢驗防雷效果的關鍵。另外，采用滑孔聯(lián)接設計，可以根據(jù)不同的絕緣子高度自由調(diào)節(jié)，以達到所要求的最優(yōu)防雷保護間隙距離。

3.4 其他措施

除了以上提出的措施外，還可以采取改造不符合要求的地網(wǎng)接地設置、使用高級別的絕緣體、強化線路檢查和保護、設置間隙裝置強化地網(wǎng)接地測試、延長閃爍路徑、使用地下電纜線路代替架空線路、在固定時間內(nèi)輪換避雷器工作等方法執(zhí)行10 kV配網(wǎng)系統(tǒng)的防雷工作。

3.5 對比分析

由上敘內(nèi)容可知，目前，最常用的10 kV配電系統(tǒng)防雷技術是降低塔體接觸電阻和加裝避雷器這兩種方法，降低塔體接觸電阻、加裝避雷器和加裝過電壓保護器這3種方法的優(yōu)缺點對比如表1所示。

通過以上分析可知，在平原地區(qū)或土壤電阻率較低的地區(qū)，最好采用降低塔體接觸電阻的方式實現(xiàn)配電線路的防雷工作。而在該方法無法實現(xiàn)的場合，就需要在線路上加裝避雷器或者過電壓保護器，以達到避免配電線路遭受雷擊的效果。

4 結論

本文首先探討了雷電的產(chǎn)生情況，分別敘述了直擊雷和感應雷的危害，然后以此為基礎，分析了線路容易遭受雷擊的原因，進而深入研究我國現(xiàn)階段采取的防雷技術。結果表明，在土壤電阻率較低的地區(qū)，最好采用降低塔體接觸電阻的方式防雷，而在土壤電阻率較高的地區(qū)，需要在線路上加裝避雷器、防雷過電壓保護器或者采取其他相應的措施，以避免配電線路受到雷擊。

參考文獻

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[3]王樂福.10 kV配電線路防雷技術探析[J].城市建設理論研究，2012（11）.

〔編輯：白潔〕

Abstract： With the development of economy and society， the power system is also growing， especially in 10 kV distribution network systems development is changing. However， the problem which caused more and more obvious， one of the most important issue is how to reduce the harm caused by lightning on the lines of the distribution network. Briefly discusses the generation of lightning and harm， and on this basis， in-depth analysis of the causes of the distribution network line being struck by lightning； summarizes taken of stage 10 kV distribution network lines lightning protection technology， and presents several new lightning protection technology， and its contrast， analysis， the conclusion that the advantages and disadvantages of various lightning protection technology. Therefore， when the line being struck by lightning， lightning protection technology needed to take appropriate action to prevent lightning can really play trip.

Key words： 10 kV distribution network lines； mine technology； lightning trip； distribution transformers