淺析10kV配電線路大氣過(guò)電壓防護(hù)

徐國(guó)慶　郭艷萍　陳自強(qiáng)

摘 要：10kV配電線路作為距離用戶(hù)較近電力設(shè)備，由于其分布廣、設(shè)備多、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，絕緣程度較低，極易遭受大氣過(guò)電壓而出現(xiàn)安全生產(chǎn)事故。如何提高其大氣過(guò)電壓防護(hù)性能一直備受相關(guān)部門(mén)重視。筆者結(jié)合大氣過(guò)電壓的形成過(guò)程及配電線路遭受大氣過(guò)電壓的種類(lèi)與特點(diǎn)，闡釋了10kV配電線路防范大氣過(guò)電壓的重要性，并提出了10kV配電線路的大氣過(guò)電壓防護(hù)措施。

關(guān)鍵詞：大氣過(guò)電壓；10kV配電線路；雷擊；避雷器

DOI：10.16640/j.cnki.37-1222/t.2017.20.151

1 10kV配電線路中大氣過(guò)電壓防護(hù)的必要性

我國(guó)10kV配電線路一般不會(huì)全線架設(shè)架空地線，且絕緣程度低，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，這使得雷電極易通過(guò)桿塔的反擊以及雷擊配電線路，而產(chǎn)生大氣過(guò)電壓。對(duì)系統(tǒng)所造成的傷害是非常強(qiáng)的，不僅嚴(yán)重危害絕緣設(shè)備，而且會(huì)影響到整個(gè)配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，雷電活動(dòng)較弱地區(qū)，全年發(fā)生的10kV配電線路跳閘事故有近30%比例源自線路遭受到雷擊引起的大氣過(guò)電壓，而雷電活動(dòng)較頻繁地區(qū)，這一比例達(dá)到了80%。可見(jiàn)，對(duì)10kV配電線路進(jìn)行合理且有效的大氣過(guò)電壓防護(hù)，其重要意義是可想而知的。

2 10kV配電線路中大氣過(guò)電壓的情況分析

從近十年10kV配電線路上一直采用的防雷措施進(jìn)行的研究來(lái)看，大氣過(guò)電壓一般被劃分三種情況，直擊雷過(guò)電壓、感應(yīng)雷過(guò)電壓和雷電波侵入過(guò)電壓。

（1）直擊雷過(guò)電壓。雷電流直接擊中10kV電氣設(shè)備、配電線路形成直擊雷過(guò)電壓。由于配電網(wǎng)耐壓性能差，而直擊雷過(guò)電壓的幅值較高（電壓可高達(dá)數(shù)百千伏，電流高達(dá)數(shù)十千安），所以這種過(guò)電壓的破壞性極大，造成的損壞也較大。10kV線路遭受直擊雷過(guò)電壓的雷擊跳閘率幾乎為100%。因此，配電線路遭受直擊雷時(shí)根本無(wú)法防護(hù)。

（2）感應(yīng)雷過(guò)電壓。感應(yīng)雷過(guò)電壓是指雷擊點(diǎn)在10kV配電線路附近時(shí)，強(qiáng)大的雷電流產(chǎn)生強(qiáng)大電磁場(chǎng)，與導(dǎo)線耦合，使臨近的配電線路感應(yīng)產(chǎn)生瞬時(shí)過(guò)電壓。感應(yīng)雷電壓幅值與雷云對(duì)地放電時(shí)的電流大小、雷擊點(diǎn)與線路間相對(duì)位置、雷擊點(diǎn)周?chē)h(huán)境（如土壤電阻率）、遭受感應(yīng)雷擊的線路的長(zhǎng)度、線路埋設(shè)位置、設(shè)備接地裝置的電阻等諸多因素有關(guān)系[1]。

（3）雷電波侵入過(guò)電壓。配電線路相鄰的高壓側(cè)的雷電過(guò)電壓是雷電波侵入過(guò)電壓的原因，相鄰高壓線路遭受雷擊后，由于避雷器動(dòng)作使大地電位上升，從柱上變壓器的高壓側(cè)過(guò)渡到10kV側(cè)的雷電過(guò)電壓形成配電線路的雷電波侵入過(guò)電壓。

3 大氣過(guò)電壓防護(hù)分析

在10kV配電線路上常見(jiàn)的三種大氣過(guò)電壓中，配電線路中發(fā)生直擊雷事故所占比例并不高，研究表明，10kV配電線路由雷擊引起的線路閃絡(luò)或故障的主要因素不是直擊雷過(guò)電壓而是感應(yīng)過(guò)電壓。10kV配電線路遭受直接雷過(guò)電壓的概率很小，約占雷害事故的15%。雷電波侵入過(guò)電壓危害程度相對(duì)較低，在各類(lèi)大氣過(guò)電壓中不到5%。感應(yīng)雷過(guò)電壓危害程度最大，導(dǎo)致的故障比例超過(guò)80%。因此，對(duì)架空配電線路大氣過(guò)電壓的防護(hù)研究主要針對(duì)感應(yīng)雷過(guò)電壓。

4 10kV配電線路大氣過(guò)電壓防護(hù)措施

針對(duì)整個(gè)10kV配電網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行大氣過(guò)電壓防護(hù)處理時(shí)，首先應(yīng)考慮10kV配電線路路徑盡量避開(kāi)雷暴頻繁區(qū)。與此同時(shí)，10kV配電線路不可避免敷設(shè)在雷暴帶時(shí)，應(yīng)當(dāng)通過(guò)敷設(shè)電纜和架空地線的方式盡可能避開(kāi)雷暴，并確保線路絕緣性能最優(yōu)，最大限度提高10kV配電線路的整體耐雷水平。

（1）合理選擇配電網(wǎng)供電路徑。較長(zhǎng)距離的10kV配電線路進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)的過(guò)程當(dāng)中，首先要予以關(guān)注的是盡可能的將線路供電路徑避開(kāi)雷暴現(xiàn)象頻發(fā)區(qū)域。對(duì)該區(qū)域歷史雷暴日及雷擊點(diǎn)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，從而盡可能減少線路遭受雷擊概率。但是10kV配電線路由于其本身的特點(diǎn)，有時(shí)不得不跨越雷暴頻發(fā)區(qū)。此時(shí)應(yīng)該綜合考慮該區(qū)域的用戶(hù)特點(diǎn)、負(fù)荷特性、雷區(qū)分布等各種情況，采取架空與電纜混合或者純電纜的方式進(jìn)行配電線路敷設(shè)，以減少大氣過(guò)電壓對(duì)電力設(shè)備的影響，必要時(shí)，架空線路增加架空地線防護(hù)。

（2）增設(shè)架空地線。為了避免出現(xiàn)雷電直擊配電線路或在出現(xiàn)直擊雷、感應(yīng)雷過(guò)電壓后減少桿塔的雷電流，應(yīng)在10kV配電線路上方增設(shè)架空地線。在敷設(shè)架空地線時(shí)應(yīng)注意在桿塔頂部架設(shè)，把導(dǎo)線遮住，這樣做可增加架空地線與導(dǎo)線之間的耦合作用以降低絕緣子上的電壓。此外，架空地線還可增加對(duì)雷電流的分流作用，將雷電流導(dǎo)入大地，從而大大減少大氣過(guò)電壓對(duì)線路絕緣的損耗，以延長(zhǎng)配電線路使用年限。在架設(shè)架空地線時(shí)還應(yīng)注意架空地線保護(hù)角的選擇，控制好導(dǎo)線的角度。在雷電災(zāi)害頻發(fā)的地區(qū)，要減小架空地線的保護(hù)角。另外，在架設(shè)架空地線時(shí)，導(dǎo)線的材質(zhì)、形狀等也是需要考慮的重要因素[2]。

（3）提高10kV配電線路絕緣水平。配電線路中的絕緣子是決定配電線路絕緣水平的主要設(shè)備。絕緣子閃絡(luò)與絕緣子U50%放電電壓水平密切相關(guān)。試驗(yàn)表明，將10kV架空配電線路，由較低等級(jí)的絕緣子P10更換為較高絕緣等級(jí)的絕緣子X(jué)45后，U50%放電電壓提高近70%。因此，更換老式絕緣子與運(yùn)行多年的劣質(zhì)絕緣子，增加線路的絕緣水平，可有效提升10kV配電線路的耐雷水平。

（4）采用并聯(lián)間隙絕緣子與避雷器配合。避雷器對(duì)于10kV配電線路中的大氣過(guò)電壓的防護(hù)具有很好的效果，如果在10kV配電線路上全線安裝避雷器，效果很好，但是就經(jīng)濟(jì)技術(shù)比不合適且運(yùn)行維護(hù)成本高。并聯(lián)間隙絕緣子雖然防雷效果不如避雷器，但是具有安裝簡(jiǎn)單、運(yùn)行維護(hù)方便、價(jià)錢(qián)便宜等特點(diǎn)。因此，采用并聯(lián)間隙絕緣子與避雷器配合的方式，非常適合這種供電距離長(zhǎng)，地形復(fù)雜，結(jié)構(gòu)冗繁的10kV配電線路。

5 結(jié)束語(yǔ)

10kV配電線路是電力系統(tǒng)與用戶(hù)直接相連的重要環(huán)節(jié)，它的安全運(yùn)行水平直接影響供電企業(yè)的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。然而，由于配電線路點(diǎn)多線長(zhǎng)面廣，運(yùn)行環(huán)境較為復(fù)雜，對(duì)于抵抗大氣過(guò)電壓具有天然的弱勢(shì)。因此，10kV配電線路的過(guò)電壓防護(hù)措施的實(shí)行刻不容緩。要保證防護(hù)措施覆蓋面形成規(guī)模，防護(hù)點(diǎn)足夠精確，那就必須從配電線路徑規(guī)劃、運(yùn)行維護(hù)、經(jīng)濟(jì)技術(shù)等眾多方面入手，多措并舉配合得當(dāng)才能使10kV配電線路的大氣過(guò)電壓防護(hù)真正見(jiàn)到成效。

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作者簡(jiǎn)介：徐國(guó)慶（1985-），男，河北秦皇島人，碩士研究生，工程師，研究方向：配網(wǎng)調(diào)度及其自動(dòng)化。