探析10 kV及以下配網(wǎng)的防雷保護(hù)措施

馬曉晨 王 悅 馬虹旭

（遼寧省防雷技術(shù)服務(wù)中心，遼寧 沈陽(yáng) 110016）

社會(huì)生產(chǎn)生活用電量急劇增長(zhǎng)，電力系統(tǒng)的運(yùn)行負(fù)荷大大增加，10 kV及以下配網(wǎng)作為我國(guó)常用電壓，隨著用電量的增長(zhǎng)，發(fā)生電力事故的可能性也在同步增長(zhǎng)。雷電事故是導(dǎo)致10 kV及以下配網(wǎng)出現(xiàn)安全事故的主要原因之一，如果配電線(xiàn)路遭受雷擊，會(huì)產(chǎn)生過(guò)電壓和過(guò)電流，破壞電氣設(shè)備，出現(xiàn)嚴(yán)重的電力故障。一般情況下，雷擊配電線(xiàn)路會(huì)出現(xiàn)跳閘事故，對(duì)于地形復(fù)雜和雷電活躍區(qū)域，發(fā)生跳閘事故概率較高，可能帶來(lái)不同程度的財(cái)產(chǎn)損失。所以，加強(qiáng)10 kV及以下配網(wǎng)防雷保護(hù)十分重要，結(jié)合區(qū)域?qū)嶋H情況制定合理的防雷保護(hù)措施，最大程度上規(guī)避雷電事故對(duì)配電網(wǎng)安全運(yùn)行的威脅。故此，加強(qiáng)10 kV及以下配網(wǎng)的防雷保護(hù)相關(guān)內(nèi)容分析，了解事故產(chǎn)生原因，制定處理措施和應(yīng)急方案，為后續(xù)防雷保護(hù)提供依據(jù)。

1 雷電形成的條件和危害

10 kV及以下配網(wǎng)的防雷保護(hù)，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況制定合理的防雷保護(hù)措施，最大程度上降低雷電災(zāi)害帶來(lái)的破壞。制定防雷保護(hù)措施，應(yīng)充分了解雷電產(chǎn)生的條件和危害，分析雷擊事故產(chǎn)生的原因，制定切實(shí)可行的防護(hù)措施，保證10 kV及以下配網(wǎng)運(yùn)行安全。雷電作為常見(jiàn)的天氣現(xiàn)象，雷云中電荷會(huì)擊穿空氣形成雷電，如果距離地面較近，則會(huì)形成雷電相反的電荷，產(chǎn)生雷擊事故。

1.1 雷云放電

雷云放電所產(chǎn)生的電流較大，最高可以得到幾百千安培，放電時(shí)間較短，大概在30～50 μs左右，放電時(shí)產(chǎn)生的溫度較高，并且周?chē)目諝鈺?huì)迅速膨脹，產(chǎn)生的聲響較大，破壞周?chē)h(huán)境。雷云放電同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生熱效應(yīng)、電磁效應(yīng)和機(jī)械效應(yīng)，影響到周?chē)姎庠O(shè)備的正常運(yùn)行。如果電機(jī)電氣設(shè)備產(chǎn)生瞬時(shí)高溫，則會(huì)瞬間融化金屬構(gòu)件，影響電氣設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行，將帶來(lái)不可估量的經(jīng)濟(jì)損失和人員傷亡。

1.2 直擊雷和雷電感應(yīng)形成方式

城市有著熱島效應(yīng)，市區(qū)上出現(xiàn)雷云會(huì)產(chǎn)生雷云負(fù)電感應(yīng)，積聚正電荷，與雷云之間形成電場(chǎng)。如果正電荷密度較大，電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)臨界值后則會(huì)先導(dǎo)放電。高層建筑周?chē)姾蓾舛容^大，地面物體在強(qiáng)電場(chǎng)作用下會(huì)產(chǎn)生放電現(xiàn)象，融合后形成雷電通路，出現(xiàn)直擊雷事故，威脅到建筑安全。

2 雷擊配電線(xiàn)路的原因分析

雷電放電屬于一種氣體放電現(xiàn)象，影響范圍較廣，并非是一個(gè)金屬極板，有著多次重復(fù)雷擊特點(diǎn)。在長(zhǎng)期實(shí)踐中可以了解到，如果云中的電荷聚集，電場(chǎng)強(qiáng)度最高可以達(dá)到25～30 kV/cm左右，誘發(fā)嚴(yán)重的雷電放電現(xiàn)象。雷電放電形式多樣，包括片狀雷電、現(xiàn)狀雷電和球狀雷電幾種形式。為了提升防雷裝置的運(yùn)行性能，應(yīng)結(jié)合實(shí)際情況調(diào)整雷電參數(shù)，在獲取雷電記錄數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上計(jì)算，選擇最佳的防雷裝置。

雷擊配電線(xiàn)路的危害較大，會(huì)帶來(lái)不同程度的經(jīng)濟(jì)損失或是人員傷亡，產(chǎn)生危害的原因多樣，具體表現(xiàn)在以下幾點(diǎn)：（1）線(xiàn)路接地線(xiàn)丟失，可能是由于不法分子為了謀求私利偷盜線(xiàn)路，如果接地線(xiàn)缺失，電氣設(shè)備中的電荷無(wú)法順利導(dǎo)出，多余的電荷存儲(chǔ)在機(jī)電設(shè)備中，產(chǎn)生嚴(yán)重的雷擊配電線(xiàn)路事故。（2）10 kV及以下配網(wǎng)周邊交叉高電壓眾多，彼此之間會(huì)形成電壓差，在一定程度上增加安全事故發(fā)生概率。（3）部分的10 kV及以下配網(wǎng)運(yùn)行中，保證配網(wǎng)安全，可以選擇針式絕緣子，但是此種裝置如果被雷電擊穿，很少會(huì)及時(shí)發(fā)現(xiàn)，一旦爆發(fā)雷電事故，潛在的安全隱患將進(jìn)一步惡化，帶來(lái)不可估量的損失。（4）工程施工中，部分單位過(guò)分追求進(jìn)度，忽視質(zhì)量控制重要性，經(jīng)常存在配電網(wǎng)和開(kāi)關(guān)安裝不規(guī)范問(wèn)題，10 kV及以下配網(wǎng)一旦遭受雷擊，則會(huì)爆發(fā)更加嚴(yán)重的安全事故。（5）避雷器質(zhì)量不符合要求，或是在常年使用中受到環(huán)境影響，避雷器逐漸磨損、老化，增加設(shè)備故障概率，影響到避雷器原有的避雷效果，一旦出現(xiàn)雷電事故則無(wú)法發(fā)揮原有作用。

3 10 kV及以下配網(wǎng)雷電事故分析

3.1 架空線(xiàn)路雷擊斷線(xiàn)事故

10 kV及以下配網(wǎng)發(fā)生雷電事故，一個(gè)常見(jiàn)的類(lèi)型則是架空線(xiàn)路雷擊斷線(xiàn)事故，影響到配網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，還會(huì)帶來(lái)較大的經(jīng)濟(jì)損失。隨著電氣化建設(shè)進(jìn)程不斷推進(jìn)，線(xiàn)路的絕緣化率大幅度提升，但是絕緣導(dǎo)線(xiàn)和裸露導(dǎo)線(xiàn)雷擊斷線(xiàn)存在明顯的差異，如果是雷擊絕緣導(dǎo)線(xiàn)，可能會(huì)擊穿絕緣層，持續(xù)工頻短路電流電弧受到絕緣層隔離，針孔處燃燒，短時(shí)間內(nèi)則會(huì)燒斷導(dǎo)線(xiàn)。如果是受到直擊雷破壞產(chǎn)生閃絡(luò)現(xiàn)象，短路電弧弧根不會(huì)在某一點(diǎn)集中燃燒，對(duì)導(dǎo)線(xiàn)的影響不大。

3.2 變壓器雷擊事故

即便配備了接地裝置和避雷器，但是具體運(yùn)行中仍然會(huì)發(fā)生嚴(yán)重的雷擊事故。由于避雷器安裝不符合要求，或是避雷器自身的質(zhì)量不高，接地裝置安裝不規(guī)范等因素導(dǎo)致變壓器受損。通常情況下，在高壓側(cè)安裝避雷器，是由于雷擊高壓側(cè)時(shí)，避雷器第一時(shí)間動(dòng)作，產(chǎn)生的電壓降直接作用在低壓側(cè)中心點(diǎn)，電流通過(guò)低壓繞組產(chǎn)生感應(yīng)電勢(shì)，附近的絕緣層容易受到損壞，很容易出現(xiàn)嚴(yán)重的變壓器雷擊事故。

4 10 kV及以下配網(wǎng)的防雷保護(hù)措施

防雷關(guān)鍵是在于接地裝置的可靠性，需要結(jié)合實(shí)際情況選擇合適的防雷裝置，即便發(fā)生雷擊，也可以將雷電流泄入大地，促使接地裝置的防雷作用充分的發(fā)揮。通過(guò)安裝防雷接地裝置，減少雷擊產(chǎn)生的過(guò)電流和過(guò)電壓，維護(hù)10 kV及以下配網(wǎng)運(yùn)行安全。10 kV及以下配網(wǎng)常見(jiàn)的防雷措施多樣，主要包括配變開(kāi)關(guān)、塔體接地電阻和電纜等安裝避雷器方式，以此來(lái)維護(hù)配網(wǎng)安全。

4.1 降低塔體接地電阻

通過(guò)降低塔體接地電阻的方式，可以起到維護(hù)配網(wǎng)運(yùn)行安全，提升配網(wǎng)防雷性能的作用。此種方式適合地勢(shì)平坦的區(qū)域，如平原地區(qū)的土壤電阻率較低，可以選擇此種方式來(lái)提升10 kV及以下配網(wǎng)防雷性能，相較于其他技術(shù)而言，施工效率較高，安裝更為便捷。如果是在山區(qū)桿塔防雷管理，應(yīng)做好接地電阻質(zhì)量把控，施工全過(guò)程監(jiān)管和控制，一旦發(fā)現(xiàn)問(wèn)題及時(shí)解決。需要注意的是，塔腳位置的接地網(wǎng)敷設(shè)較長(zhǎng)，可以適當(dāng)?shù)靥嵘娋€(xiàn)和地面之間面積，降低電阻率。但如果配網(wǎng)遭受雷擊，接地電線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)，伴隨的附加電感值隨之增加，塔體的電位和電壓差變大，影響到防雷裝置的防雷性能，埋下一系列安全隱患，需要予以高度關(guān)注和重視。

4.2 配變開(kāi)關(guān)和電纜高壓側(cè)安裝避雷器

在配變開(kāi)關(guān)和電纜高壓側(cè)安裝避雷器，此種方式同樣可以起到提升防雷效果，有效規(guī)避10 kV及以下配網(wǎng)運(yùn)行中由于配置不合理可能產(chǎn)生的安全事故。配電裝置破損，配電裝置高壓側(cè)和低壓側(cè)不可避免地會(huì)出現(xiàn)損壞，電壓下降，接電線(xiàn)產(chǎn)生高電壓。高電壓會(huì)在配變低壓側(cè)產(chǎn)生，破壞配變裝置，所以為了保證配電裝置的防雷性能，應(yīng)該在配變開(kāi)關(guān)和電纜高壓側(cè)安裝避雷器。

4.3 變壓器防雷

變壓器高壓側(cè)安裝避雷器，提升防雷裝置的防雷性能，同時(shí)也要在低壓側(cè)安裝避雷器，是由于低壓側(cè)如果遭受雷擊將會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓，起到保護(hù)作用，限制正變換過(guò)電壓。更為重要的是，避雷器的選擇需要與線(xiàn)路額定電壓和電壓等級(jí)保持一致，避免接地下線(xiàn)過(guò)長(zhǎng)，如果接地下線(xiàn)長(zhǎng)，則會(huì)增加雷電流陡度和自感電壓，對(duì)10 kV及以下配網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行帶來(lái)負(fù)面影響。

4.4 加強(qiáng)設(shè)備檢修維護(hù)

為了保證10 kV及以下配網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行，提升配電網(wǎng)的防雷性能，應(yīng)該定期進(jìn)行設(shè)備檢修維護(hù)。定期更換存在缺陷的避雷器裝置，檢測(cè)避雷器的防雷性能和接地電阻值，檢查接地引下線(xiàn)，一旦發(fā)現(xiàn)不合理之處應(yīng)及時(shí)改進(jìn)，保證良好的運(yùn)行狀態(tài)，最大程度上降低雷擊事故概率。除了上述幾種防雷技術(shù)和措施以外，還有其他的防雷技術(shù)，如延長(zhǎng)閃爍路徑，有助于熄滅電弧，提升絕緣強(qiáng)度；選擇絕緣性能的材料，在配電線(xiàn)路中增設(shè)絕緣點(diǎn)，保護(hù)配電線(xiàn)路；如果是干燥季節(jié)，結(jié)合實(shí)際工作需要適當(dāng)?shù)脑黾与娮铚y(cè)試頻率，獲取精準(zhǔn)可靠的電阻測(cè)試結(jié)果。結(jié)合實(shí)際情況，選擇合適的防雷保護(hù)措施，最大程度上降低雷電事故發(fā)生概率。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，面對(duì)電力事業(yè)飛快發(fā)展帶來(lái)的挑戰(zhàn)，保證10 kV及以下配網(wǎng)，做好防雷保護(hù)十分重要。我國(guó)是一個(gè)地域廣闊的國(guó)家，不同地區(qū)出現(xiàn)雷擊事故概率不同，通過(guò)選擇合理的防雷保護(hù)措施，安裝避雷器，最大程度上降低雷擊事故發(fā)生概率，維護(hù)10 kV及以下配網(wǎng)穩(wěn)定運(yùn)行。