配網(wǎng)設(shè)備雷擊故障特征與防雷措施分析

陳曙輝

摘 要：致使配網(wǎng)線路出現(xiàn)故障的原因有很多，其中主要的原因之一就是雷擊。并且由于配網(wǎng)設(shè)備絕緣水平較低和分布點(diǎn)較為廣泛，雷擊造成的影響越來越大。配網(wǎng)設(shè)備的防雷效果受其防雷措施、網(wǎng)架結(jié)構(gòu)以及自動(dòng)化水平等影響。文章就配網(wǎng)設(shè)備的雷擊故障情況進(jìn)行簡要分析，通過研究配網(wǎng)設(shè)備雷擊故障的原因，提出相應(yīng)的防雷措施，希望能夠提升配網(wǎng)系統(tǒng)的防雷水平。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)設(shè)備、雷擊故障、防雷措施

中圖分類號：TM863 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1006-8937（2016）27-0111-02

1 概 述

雷擊是引發(fā)配網(wǎng)線路設(shè)備故障的主要原因之一，而且和110 kV及以上的系統(tǒng)相比較，10 kV和35 kV設(shè)備的絕緣水平比較低，因此其大都是采取單避雷線和無避雷線的方法。而從地理分布角度上來看，配網(wǎng)設(shè)備有著點(diǎn)多面廣等特點(diǎn)，發(fā)生雷擊跳閘和雷擊故障的幾率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于一些高壓系統(tǒng)。

一旦配網(wǎng)系統(tǒng)出現(xiàn)雷擊跳閘和一系列雷擊故障，就會(huì)引起停電，無法保障用戶的用電需求，甚至在一定程度上還會(huì)造成生命危險(xiǎn)。因此必須重視提升配網(wǎng)設(shè)備的防雷水平，采取有效的防雷措施，才能確保配網(wǎng)系統(tǒng)運(yùn)行的安全、可靠，保障用戶用電需求。

2 配網(wǎng)設(shè)備雷擊故障特征分析

2.1 絕緣子雷擊故障特征分析

首先，是因?yàn)槿狈τ行Х览状胧┒斐傻慕^緣子雷擊閃絡(luò)故障。在絕緣子質(zhì)量合格的情況下，當(dāng)雷擊過電壓幅值超過絕緣子負(fù)荷電壓50%時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)絕緣子閃絡(luò)故障。就以直擊雷而言，如果10 kV架空線路沒有避雷線，那么雷電流只需要達(dá)到3.56 kA，就會(huì)引起絕緣子閃絡(luò)故障。而結(jié)合雷電流的幅值概率計(jì)算公式能夠知道，雷電流超過3.56 kA的概率達(dá)到90%多至高；而且，直擊雷所造成的配網(wǎng)雷擊故障在所有雷擊故障中僅僅只占據(jù)25%。據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，造成配網(wǎng)線路出現(xiàn)雷擊故障的主要原因在于感應(yīng)雷。因此，在缺少有效防雷措施的情況下，雷擊電流會(huì)有很大可能造成絕緣子表面閃絡(luò)。不過如果絕緣子性能無故障，這種閃絡(luò)現(xiàn)象不會(huì)造成永久性故障[1]。

其次，是絕緣子雷擊擊穿和炸裂故障。相對于絕緣子表面閃絡(luò)電壓而言，絕緣子擊穿電壓要更加高。因此，絕緣子性能良好時(shí)，雷電過電壓只會(huì)造成表面閃絡(luò)，不會(huì)造成內(nèi)部擊穿故障。但如果絕緣子過于老化，就會(huì)降低其內(nèi)部絕緣性能，造成零值和低值絕緣子的出現(xiàn)。而雷電過電壓如果作用在這種絕緣子上時(shí)，就會(huì)完全擊穿，且絕緣子會(huì)因?yàn)槔纂娏髦饾u變熱，最終直接炸開。

除了一系列老化和質(zhì)量問題以外，絕緣子受到雷擊閃絡(luò)，也會(huì)發(fā)生或重或輕的損失，如出現(xiàn)裂紋等。

2.2 配電避雷器雷擊故障特征

首先，線路避雷器的主要功能是為了防止避雷器遭受直擊雷電壓影響，而直擊雷會(huì)形成一種大電流，相對于放電流波形而言，其波頭和波尾時(shí)間比標(biāo)要短二分之一左右，電流幅值要高五到十倍以上。缺乏充足的大電流耐受能力，就會(huì)促使避雷器在遭受大電流直擊雷時(shí)，出現(xiàn)諸多故障，如鼓包、電阻片沿面閃絡(luò)等。據(jù)相關(guān)研究顯示，配電線路中四分之一的雷擊故障來源于直擊雷過電壓。因此，大電流耐受能力是判斷配電避雷器性能的有效指標(biāo)。

其次，避雷器自身質(zhì)量問題。一些避雷器由于自身質(zhì)量不合格，或者是在運(yùn)輸過程中遭到損壞，會(huì)致使其密封不嚴(yán)，從而也就會(huì)讓電阻片和絕緣筒無法緊密銜接，出現(xiàn)氣隙，形成了空腔?？涨坏暮粑δ芸梢鸪睔猓饾u在閥片側(cè)面聚集。這樣就會(huì)降低避雷器的絕緣強(qiáng)度，致使其在一定電壓下逐漸沿著閥片側(cè)面閃絡(luò)，最終造成電弧通道形成。

3 配網(wǎng)設(shè)備有效防雷措施分析

3.1 疏導(dǎo)型防雷措施

所謂疏導(dǎo)型防雷措施主要是指在架空線路存在一定雷擊閃絡(luò)風(fēng)險(xiǎn)的基礎(chǔ)上，有效疏導(dǎo)雷擊閃絡(luò)后所形成的工頻續(xù)流電弧，促使電弧能夠得到穩(wěn)定，有效避免絕緣子和導(dǎo)線遭受電弧灼燒[2]。

首先，可以對防雷金具使用這種措施。穿刺型防弧金具主要由兩個(gè)部分組成，分別是高壓穿刺電極和低壓穿刺電極，在穿刺齒穿透導(dǎo)線絕緣層上設(shè)置高壓穿刺電極，能夠?qū)佑|芯線擠壓，從而讓高電位逐漸出現(xiàn)，并通過和低壓電極結(jié)合，逐漸讓雷電沖擊放電間隙和工頻電弧燃弧間隙形成，促使弧根能夠在高壓穿刺電極導(dǎo)弧棒上得以固定，并實(shí)現(xiàn)燃燒，促使其不能夠燒損雷電沖擊放電間隙，最終讓雷電沖擊放電電壓的穩(wěn)定性得到有效保障。

其次，對防雷絕緣子的使用。高壓電極、低壓電極以及支柱絕緣子是組成剝線型放電箝位絕緣子的主要構(gòu)成部分[3]。高壓電極和支柱絕緣子鋼腳能夠?qū)纂姏_擊放電路徑做到有效定位，當(dāng)然低壓電極構(gòu)成的放電間隙同樣也有著這種作用。雷電過電壓下發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象時(shí)，與其相應(yīng)的工頻續(xù)流電弧會(huì)產(chǎn)生電磁力，逐漸沿著支柱絕緣子負(fù)荷側(cè)空間方向發(fā)展，弧根會(huì)在高壓電極和低壓電極上被箝住。

從多相對地閃絡(luò)的角度上而言，相應(yīng)電弧弧腹會(huì)交匯于空間中，并產(chǎn)生相間電弧，弧根在高壓電極上進(jìn)行固定燃燒。這樣也能夠?qū)崿F(xiàn)穩(wěn)定電弧的效果。

3.2 配電避雷針的選擇

首先，合理選擇避雷器額定電壓。針對低壓配電系統(tǒng)，為確保能夠?yàn)榭蛻舫掷m(xù)供電，電力管理部門應(yīng)該明確規(guī)定線路在出現(xiàn)單相接地現(xiàn)象時(shí)，可以允許繼續(xù)供電兩個(gè)小時(shí)[4]。這樣相對地電壓就會(huì)逐漸成為線電壓。在35 kV系統(tǒng)內(nèi)，不能夠在系統(tǒng)最高電壓以上；而在10 kV系統(tǒng)內(nèi)，通常不會(huì)高于1.1系統(tǒng)最高電壓。同時(shí)，從目前的相關(guān)規(guī)范制度上來看，其規(guī)定低壓系統(tǒng)的避雷器額定電壓要高于暫時(shí)過電壓，一般需超過四分之一。因此，在35 kV系統(tǒng)內(nèi)，應(yīng)該結(jié)合1.25的系統(tǒng)最高電壓來選擇氧化鋅避雷器；在10 kV系統(tǒng)內(nèi)則應(yīng)該結(jié)合1.38系統(tǒng)最高電壓來選擇額定電壓。

其次，避雷器雷電保護(hù)水平。在一定的標(biāo)稱放電電流中，避雷器的雷電保護(hù)水平高低主要依賴于陡波沖擊電流下或雷電沖擊電流下的最大殘壓。設(shè)備額定雷電沖擊耐受電壓相地和避雷器雷電保護(hù)水平，二者之間的配合系數(shù)在避雷器和其所保護(hù)的設(shè)備緊靠在一起時(shí)，相對于不緊靠的情況，系數(shù)大小也都存在一定差異。通過研究顯示，當(dāng)10 kV系統(tǒng)殘壓為35 kV時(shí)，則能夠達(dá)到電氣設(shè)備的保護(hù)要求[5]。

此外，在實(shí)際過程中，因?yàn)?5 kV干式變壓器的額定雷電沖擊耐受電壓相地值為170 kV，這時(shí)35 kV氧化鋅避雷器殘壓就會(huì)過高，因此，其殘壓只有在127 kV時(shí)，才能得到保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)。

3.3 制定配網(wǎng)線路防雷治理試點(diǎn)方案

需要嚴(yán)格按照所編制的配電網(wǎng)架空線路防雷技術(shù)導(dǎo)則來進(jìn)行，選擇其中設(shè)備損壞或者是雷擊跳閘的線路，由此展開線路防雷試點(diǎn)方案的實(shí)施操作。

①需要對比多種類型的間隙避雷器效果，專門選擇那些由于雷擊導(dǎo)致的絕緣子炸裂、避雷器擊穿以及配變燒壞等設(shè)備損壞問題嚴(yán)重的長距離線路。并且需要深入考察添加其帶間隙避雷器，并且需要更換相應(yīng)絕緣子來提升其絕緣的水平，從而由此實(shí)現(xiàn)其防雷的效果。

②需要明確避雷器本身的選型及相應(yīng)的布點(diǎn)原則，由此深入研究避雷器所具備的保護(hù)范圍。同時(shí)，還應(yīng)當(dāng)從中選擇出真正有效的防雷措施同桿架設(shè)線路，并以此分別逐年的加裝相應(yīng)的避雷器，要求不同線路所加裝的避雷器型號均應(yīng)不同。此外，還應(yīng)當(dāng)對處于同一線路、不同安裝覆蓋率下的雷擊跳閘次數(shù)和有效防雷的效果，據(jù)此來明確避雷器型號的選擇及實(shí)際布點(diǎn)原則。

③防雷差異化分析，需要深入研究處于不同地形地貌及線路等級差異條件下的防雷原則和措施。這不但需要結(jié)合每年雷擊跳閘次數(shù)及雷電參數(shù)來進(jìn)行分析，同時(shí)還要區(qū)分出雷害的風(fēng)險(xiǎn)等級，據(jù)此加深對不同地域的防雷布設(shè)中的。

④需要充分考慮到不同線路內(nèi)不同區(qū)段雷擊所產(chǎn)生的差異性，并需要據(jù)此來深入研究線路防雷的重點(diǎn)區(qū)段、防雷選擇原則以及經(jīng)濟(jì)性分析等

4 結(jié) 語

總而言之，隨著我國科技水平的不斷進(jìn)步，社會(huì)生產(chǎn)和人們?nèi)粘Ｉ钚枨蠖紝ε潆娋W(wǎng)安全穩(wěn)定性提出了更高的要求。

因此，只有對配網(wǎng)設(shè)備采取有效的防雷措施，制定出有用的防雷方案，選取合適的防雷設(shè)備，并對相關(guān)防雷措施進(jìn)行不斷創(chuàng)新和完善，從而才能讓確保其得到正常運(yùn)行，使其運(yùn)行過程中的安全性、可靠性以及高效性得到保障，進(jìn)而在最大程度上推動(dòng)我國社會(huì)的發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

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