潮安古巷地區(qū)10 kV架空配電線路的防雷設(shè)計(jì)

蘇漢釗

（廣東電網(wǎng)潮州潮安供電局有限責(zé)任公司，廣東潮州521000）

0 引言

架空配電線路是供電系統(tǒng)中的關(guān)鍵設(shè)備，擔(dān)負(fù)著電能輸送及分配的重要任務(wù)。近年來(lái)，隨著潮安古巷社會(huì)經(jīng)濟(jì)快速發(fā)展，電力需求進(jìn)一步加大，故潮安供電局加大對(duì)古巷電網(wǎng)投資建設(shè)力度，不斷完善古巷配電網(wǎng)，進(jìn)一步提高配電網(wǎng)供電能力。但由于古巷地區(qū)地形復(fù)雜、夏熱多雨，再加上南北負(fù)荷密度不平衡、部分線路供電半徑過(guò)長(zhǎng)且運(yùn)行時(shí)限過(guò)久、絕緣水平不高，很容易在惡劣天氣受到雷擊。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2016—2017年兩年期間，全鎮(zhèn)共發(fā)生線路雷擊跳閘35起，嚴(yán)重影響了配電網(wǎng)正常安全運(yùn)行。因此，結(jié)合區(qū)域地形地質(zhì)、環(huán)境條件及用電特點(diǎn)，深入分析雷擊的類型及成因，做好配電線路防雷設(shè)計(jì)，對(duì)提高古巷配電線路的防雷水平，減少、避免雷擊災(zāi)害，確保配電網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行具有重要的現(xiàn)實(shí)意義。

1 區(qū)域基本概況

潮安古巷鎮(zhèn)是中國(guó)衛(wèi)生陶瓷第一鎮(zhèn)、廣東省陶瓷重鎮(zhèn)，地處韓江西部的丘陵及半山區(qū)地帶。全鎮(zhèn)地域面積62 km2，地形復(fù)雜，三面環(huán)山。東北部、西北部、中部為山區(qū)丘陵地帶，南部為平原地區(qū)，是典型半山區(qū)半平原鎮(zhèn)。地下礦產(chǎn)資源較為豐富，其中瓷土和錫已有多年開(kāi)采歷史。年最大風(fēng)速35 m/s，無(wú)覆冰，年平均雷電日為90天，屬多雷區(qū)。

2017年全鎮(zhèn)共有10 kV線路24回，總長(zhǎng)度193.65 km，其中架空線路120.59 km；平均長(zhǎng)度8.2 km，其中10 kV古水線長(zhǎng)達(dá)24.6 km。年供電量5.8億kW·h、最高負(fù)荷10萬(wàn)kW，其中約60%負(fù)荷集中在南部平原地區(qū)。

2 雷擊類型及成因

古巷鎮(zhèn)由于區(qū)域地形地勢(shì)特點(diǎn)及地下有色金屬大量存儲(chǔ)原因，區(qū)域雷電活動(dòng)活躍，且強(qiáng)度較大，造成線路雷擊跳閘情況突出。分析近幾年雷擊跳閘原因及資料，主要雷擊類型為直擊雷、感應(yīng)雷及地電位提高。

2.1 直擊雷

直擊雷是指自然中的雷電直接作用在配電線路上，導(dǎo)致線路上產(chǎn)生強(qiáng)烈的電流，直接對(duì)配電裝置產(chǎn)生損害。最常見(jiàn)的是雷電擊中桿塔頂部，導(dǎo)致桿塔頂被雷電擊毀，配電線路遭到破壞。

2.2 感應(yīng)雷

感應(yīng)雷是由于雷雨天氣，配電線路同雷電產(chǎn)生了感應(yīng)力，造成雷電作用到了線路上，產(chǎn)生靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)。靜電感應(yīng)會(huì)讓架空配電線路瞬間出現(xiàn)大量反向電荷和雷電波，會(huì)對(duì)配電裝置形成沖擊，嚴(yán)重?fù)p壞配電裝置。同時(shí)，電磁感應(yīng)會(huì)讓配電線路產(chǎn)生高頻電流，形成巨大的磁場(chǎng)，干擾和破壞配電設(shè)備的正常運(yùn)行，讓整個(gè)配電線路陷入故障。在配電線路的雷擊事故中，感應(yīng)雷是最常發(fā)生的類型。

2.3 地電位提高

在架空配電線路遭受到雷擊后，因各種因素并未被擊毀，還能正常運(yùn)行。但雷電流傳入大地后，會(huì)導(dǎo)致地電位提升。地電位的升高會(huì)導(dǎo)致線路接地電壓大大提高，甚至超出線路所能承受的最高電壓，破壞配電設(shè)備，讓配電線路陷入癱瘓。據(jù)測(cè)算，配電線路被雷擊后，雷電流導(dǎo)入地下所產(chǎn)生的10 Ω電阻，會(huì)使接地電壓瞬間提升100 kV，從而讓整個(gè)配電線路的總接地電壓高達(dá)200 kV。如此時(shí)線路沒(méi)有及時(shí)切斷連接，過(guò)高的電壓會(huì)在瞬間燒毀配電裝置，嚴(yán)重影響配電網(wǎng)的正常運(yùn)行。

雷擊是自然界大量電荷產(chǎn)生的放電過(guò)程，瞬間產(chǎn)生的雷電電壓可能高達(dá)400 kV，這遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了架空配電線路所能承受的額定電壓，一旦雷電作用到配電線路上，將很容易損毀配電裝置，讓配電線路陷入癱瘓。因此，在開(kāi)展配電線路設(shè)計(jì)時(shí)要根據(jù)不同的地形地質(zhì)條件、跨越周邊環(huán)境以及線路負(fù)荷分布情況，采取有效的措施對(duì)配電線路的雷擊進(jìn)行防護(hù)。

3 配電線路防雷的設(shè)計(jì)要求

按照潮安“十三五”電網(wǎng)規(guī)劃，“十三五”規(guī)劃后期2018—2020年古巷鎮(zhèn)安排配電網(wǎng)資金1.46億元，計(jì)劃新出10 kV線路6回，新建（改造）10 kV線路90.51 km。根據(jù)規(guī)劃，2018—2020年期間新出10 kV線路涉及3座變電站，建設(shè)區(qū)域包括了古巷東北部、西北部、中部以及南部等區(qū)域，基本覆蓋了全鎮(zhèn)。因此，開(kāi)展10 kV線路設(shè)計(jì)時(shí)，要在嚴(yán)格執(zhí)行廣東電網(wǎng)公司標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合古巷地形地勢(shì)，因地制宜，確定合理的防雷方案。

3.1 南部平原地區(qū)配電線路防雷設(shè)計(jì)

古巷南部平原地區(qū)是城鎮(zhèn)中心地帶、工業(yè)集中地，人口眾多，電能的需求大。由于南部平原地區(qū)人口密集，建筑物較多，架空配電線路附近的建筑物都有較高的引雷能力，直擊雷情況較少發(fā)生。因此，防雷側(cè)重點(diǎn)在于做好感應(yīng)雷和地電位提高等對(duì)配電線路危害的防護(hù)。

防感應(yīng)雷方面：考慮到感應(yīng)雷的引雷范圍會(huì)隨著配電線路的高度等發(fā)生改變的特點(diǎn)，在開(kāi)展防雷設(shè)計(jì)時(shí)，要特別注重區(qū)域線路的合理架設(shè)及有效的感應(yīng)雷防護(hù)系統(tǒng)的構(gòu)建，多選擇同塔多回路防雷和絕緣導(dǎo)線防雷方式。其中同塔多回路防雷方案在架空配電線路的防雷設(shè)計(jì)中使用較廣，其優(yōu)點(diǎn)是既能實(shí)現(xiàn)對(duì)架空配電線路的空間節(jié)約，又能有效提高架空配電線路的密集程度。同時(shí)，要通過(guò)加強(qiáng)裸導(dǎo)線改絕緣力度、添加絕緣子片數(shù)以及間隙避雷器同絕緣子聯(lián)合使用（避雷器能很好地對(duì)配電線路的雷電過(guò)電壓進(jìn)行防護(hù)，但其只能保護(hù)安裝避雷器的桿塔，整個(gè)線路不能全部安裝避雷器）的方式，提高配電架空線路防雷水平。

防地電位提高方面：城鎮(zhèn)地區(qū)地電位提高引發(fā)的線路故障較少，但其造成損害很容易引發(fā)配電線路的損壞，一旦因雷電導(dǎo)致地電位升高，將會(huì)讓設(shè)備外殼和配電線路間產(chǎn)生非常大的電壓差，嚴(yán)重危及設(shè)備裝置正常運(yùn)行及人身安全。因此，對(duì)雷電引起的地電位提高進(jìn)行防護(hù)，可在設(shè)計(jì)過(guò)程中，通過(guò)采取控制接地電阻或?qū)⒃O(shè)備外殼接地等措施，解決地電位升高的問(wèn)題，從而起到防護(hù)效果。

3.2 山區(qū)配電線路防雷設(shè)計(jì)

東北部、西北部、中部山區(qū)丘陵地區(qū)不同于南部平原地帶，地形較為復(fù)雜，而且區(qū)域地下存儲(chǔ)大量有色金屬，發(fā)生雷擊災(zāi)害的概率會(huì)更高。為保證架空配電線路在山區(qū)的安全運(yùn)行，在開(kāi)展設(shè)計(jì)過(guò)程中，要盡量選擇合適的區(qū)域架線，避免經(jīng)過(guò)雷電經(jīng)常發(fā)生的區(qū)域。如果難以繞開(kāi)這些區(qū)域，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，利用地形和導(dǎo)線高度計(jì)算出引雷范圍，選擇最恰當(dāng)?shù)姆雷o(hù)措施，減少直擊雷災(zāi)害的產(chǎn)生。同時(shí)，要加強(qiáng)對(duì)配電線路的保護(hù)，可以在電線上安裝氧化鋅避雷器，及時(shí)對(duì)雷電產(chǎn)生的電流進(jìn)行吸收，有效避免雷擊事故。山區(qū)的居民密集程度較低，網(wǎng)架簡(jiǎn)單、負(fù)荷較輕、線路架設(shè)又較為稀疏，少產(chǎn)生感應(yīng)電災(zāi)害。對(duì)此，在設(shè)計(jì)時(shí)，可通過(guò)加裝耦合地線或延長(zhǎng)接地線來(lái)對(duì)配電線路進(jìn)行防雷保護(hù)。

對(duì)于古巷東北部和西北部等區(qū)域，峰高谷深，起伏大，電阻率較高。在這些區(qū)域架設(shè)的配電線路，很容易引發(fā)地電位提高的災(zāi)害。對(duì)此，在開(kāi)展線路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)采用降阻劑抑制接地電阻的升高，減少地電位提高的幅度，避免對(duì)配電設(shè)備的損害。同時(shí)，也可調(diào)整配電容量，降低地電位提高對(duì)配電線路的沖擊。

3.3 特殊環(huán)境下配電線路防雷設(shè)計(jì)

除了平原和山區(qū)丘陵等地形，架空配電線路在經(jīng)過(guò)一些特殊地形環(huán)境時(shí)，也要做好防雷設(shè)計(jì)。例如，當(dāng)架空配電線路經(jīng)過(guò)易燃易爆場(chǎng)所時(shí)，需對(duì)線路做好防雷設(shè)置，保證安全距離，最好設(shè)置屏蔽器，以免因雷電的影響而引發(fā)爆炸或燃燒；當(dāng)架空配電線路靠近大型水域時(shí)，要使用絕緣導(dǎo)線，導(dǎo)線兩側(cè)加裝氧化鋅避雷器。這些特殊地形進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)，要根據(jù)當(dāng)?shù)氐木唧w情況和以往的防雷經(jīng)驗(yàn)，建立起有效的防雷系統(tǒng)，避免因疏忽而導(dǎo)致雷電災(zāi)害的產(chǎn)生。

4 結(jié)語(yǔ)

架空配電線路作為供電系統(tǒng)的重要部分，直接影響到人們的日常生活。在設(shè)計(jì)架空配電線路時(shí)，應(yīng)保證安全性的原則，根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況，在考察地形地質(zhì)等因素后，設(shè)計(jì)出最適宜的防雷方案，通過(guò)加裝避雷裝置等有效措施減少雷擊事故的發(fā)生。無(wú)論是平原地帶還是山區(qū)地帶，配電線路的架設(shè)都要做好防雷設(shè)計(jì)，給供電系統(tǒng)提供一個(gè)安全的運(yùn)行環(huán)境。