10k V及以下配網(wǎng)的防雷保護(hù)措施研究

孫國(guó)強(qiáng) 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司昆明祿勸供電局 云南 昆明 651500

1 引言

針對(duì)云南地區(qū)來(lái)說(shuō)，云南地形環(huán)境氣候條件復(fù)雜，雷電活動(dòng)劇烈，配網(wǎng)雷擊跳閘及設(shè)備故障形式嚴(yán)峻；云南大部分地區(qū)屬于中雷區(qū)及以上，地形環(huán)境條件復(fù)雜多變，10k V以架空線路為主，輻射型居多，裸導(dǎo)線占比高，雷擊是線路故障跳閘的最主要致因，防雷需求大。

2 雷電形成的條件和危害

雷云放電會(huì)造成熱效應(yīng)、電磁效應(yīng)以及機(jī)械相應(yīng)，對(duì)設(shè)備的正常運(yùn)行造成干擾，而且產(chǎn)生的瞬間高溫會(huì)造成金屬構(gòu)件的瞬間融化，在威脅電氣設(shè)備穩(wěn)定運(yùn)行的同時(shí)，還可能會(huì)造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失以及嚴(yán)重的人員傷亡。此外，由于城市中存在熱島效應(yīng)，在城市上方形成雷云時(shí)會(huì)產(chǎn)生雷云負(fù)電感應(yīng)而積聚正電荷，這就會(huì)在城市與雷云之間形成電場(chǎng)。在積聚的正電荷數(shù)量較多時(shí)會(huì)出現(xiàn)電場(chǎng)強(qiáng)度超過(guò)臨界值的現(xiàn)象而出現(xiàn)先導(dǎo)放電問(wèn)題，這也會(huì)使得高層建筑周?chē)哂休^大的電荷濃度，加之地面物體的強(qiáng)電場(chǎng)作用，就會(huì)導(dǎo)致放電現(xiàn)象的發(fā)生，表現(xiàn)出融合之后形成雷電通路的現(xiàn)象，這就會(huì)出現(xiàn)直擊雷事故，威脅建筑安全。

3 雷擊配電線路的原因分析

一是針對(duì)配網(wǎng)中所應(yīng)用的針式絕緣子來(lái)說(shuō)，在被雷電擊穿時(shí)難以被發(fā)現(xiàn)而容易造成雷電事故。二是由于施工質(zhì)量、產(chǎn)品質(zhì)量、設(shè)備老化、偷盜等原因造成接地線路缺失的問(wèn)題害。三是由于在此配網(wǎng)周邊存在較多的交叉高電壓線路，不同線路之間由于電壓的不同而形成電壓差。四是在配電網(wǎng)施工中容易追求施工進(jìn)度和效益而忽略質(zhì)量控制，出現(xiàn)配電網(wǎng)和開(kāi)關(guān)安裝不規(guī)范的問(wèn)題。

4 10k V及以下配網(wǎng)雷電事故分析

4.1 針式絕緣子擊穿及閃絡(luò)事故 針式絕緣子擊穿及閃絡(luò)是故障的主要原因，且形成內(nèi)部擊穿后易造成線路斷線。

針式絕緣子擊穿故障方面：針式絕緣子為可擊穿型結(jié)構(gòu)，內(nèi)絕緣薄弱，在雷擊過(guò)電壓條件下可能導(dǎo)致絕緣子的內(nèi)部擊穿。擊穿將會(huì)直接導(dǎo)致絕緣子絕緣損壞，相比閃絡(luò)往往導(dǎo)致更嚴(yán)重的后果。擊穿后若能及時(shí)跳閘和滅弧，絕緣子將會(huì)表現(xiàn)成針孔狀擊穿(一般從導(dǎo)線槽或綁扎線槽處穿孔)，潮濕狀況絕緣會(huì)大幅下降并導(dǎo)致線路頻繁跳閘，運(yùn)維非常困難，孔狀擊穿是針式絕緣子擊穿的第一步；擊穿后若不能及時(shí)跳閘和滅弧(或未能查找到故障點(diǎn)，后續(xù)在工頻條件下運(yùn)行)將導(dǎo)致絕緣子爆裂，爆裂的絕緣子一般均可在內(nèi)部鋼腳頂處發(fā)現(xiàn)明顯的電弧痕跡；若絕緣子爆裂導(dǎo)致導(dǎo)線失去支撐脫落至橫擔(dān)，線路仍不能及時(shí)跳閘則很可能導(dǎo)致線路斷線，案例中裸導(dǎo)線斷線多屬于此類(lèi)情況。

針式絕緣子閃絡(luò)故障方面：針式絕緣耐雷水平低，雷擊過(guò)電壓條件下容易出現(xiàn)表面閃絡(luò)。瞬時(shí)性的閃絡(luò)一般不會(huì)導(dǎo)致跳閘，絕緣子的絕緣一般也能恢復(fù)正常，但頻繁閃絡(luò)將會(huì)導(dǎo)致絕緣子絕緣劣化甚至?xí)霈F(xiàn)絕緣子零值導(dǎo)致單相接地故障情況，閃絡(luò)致絕緣子絕緣劣化故障排查難度大。另一方面，閃絡(luò)電弧將導(dǎo)致絕緣子表面局部溫度急劇變化將可能導(dǎo)致絕緣子局部裂紋乃至破碎(針式絕緣子材料工藝若存在質(zhì)量問(wèn)題，會(huì)加劇這種情況)，與擊穿爆裂的絕緣子相比，閃絡(luò)破碎的絕緣子一般均有裂紋，或邊緣破碎而并非從內(nèi)部鋼腳處爆碎，內(nèi)部鋼腳頂上一般也無(wú)放電痕跡。針式絕緣子閃絡(luò)是普遍性問(wèn)題，污穢程度較高的環(huán)境將加劇絕緣子的閃絡(luò)。

4.2 避雷器擊穿事故 目前，10k V架空線路防雷措施主要以避雷器安裝為主，類(lèi)型又以固定式10k V避雷器氧化鋅為主。避雷器安裝量大，是配網(wǎng)最容易損壞的設(shè)備，運(yùn)維工作量也大。10k V避雷器氧化鋅閥片拐點(diǎn)電壓低，長(zhǎng)期承受電網(wǎng)電壓，動(dòng)作頻度大，容易老化、擊穿；運(yùn)行中幾乎無(wú)可靠檢測(cè)手段，隱患難以發(fā)現(xiàn)；另外避雷器故障缺乏故障隔離手段，雷擊擊穿后往往直接導(dǎo)致線路跳閘，影響供電可靠性。

5 10k V及以下配網(wǎng)的防雷保護(hù)措施

5.1 提升桿塔塔頭絕緣強(qiáng)度 在云南地區(qū)絕大部分配網(wǎng)桿塔塔頭絕緣強(qiáng)度較低。大部分線路直線桿塔仍然在使用P-15、P-10針式絕緣子(甚至仍有P-6在線路使用，主要是用戶產(chǎn)權(quán)設(shè)備)，雷擊損壞情況嚴(yán)重。加上云南因地形所致的高原弧光接地過(guò)電壓相較平原尤為突出，線路雷擊跳閘情況嚴(yán)重。目前，主要通過(guò)柱式絕緣子替換針式絕緣子的方式提升桿塔塔頭絕緣強(qiáng)度，新增配網(wǎng)杜絕使用P-15及以下的針式絕緣子，存量部分通過(guò)大修等項(xiàng)目逐步消除。

5.2 10k V架空線路避雷器安裝 避雷器安裝因遵循以下幾個(gè)原則：

(1)為盡快隔離故障及方便運(yùn)維，現(xiàn)場(chǎng)安裝條件滿足時(shí)，常規(guī)無(wú)間隙氧化鋅避雷器應(yīng)改用帶脫離器式或跌落式，脫離裝置動(dòng)作條件應(yīng)經(jīng)過(guò)嚴(yán)格的性能測(cè)試。

(2)對(duì)因安裝空間狹小只能采用常規(guī)無(wú)間隙避雷器的，避雷器尤其應(yīng)該加強(qiáng)質(zhì)量抽檢工作，特別是殘壓試驗(yàn)及大電流沖擊動(dòng)作負(fù)載試驗(yàn)。

(3)對(duì)線路的普通中間桿塔，應(yīng)在易擊桿塔裝設(shè)線路避雷器，線路避雷器應(yīng)選擇不承受電網(wǎng)電壓的外串間隙式氧化鋅避雷器，或方便運(yùn)維的帶脫離器式及跌落式，不應(yīng)選用常規(guī)無(wú)間隙避雷器。

5.3 特殊區(qū)段使用避雷線

(1)重要程度較高，雷擊特別嚴(yán)重，絕緣子與避雷器已按照上述要求改造完成，仍有進(jìn)一步提升防雷能力需求的線路，可裝設(shè)區(qū)段性避雷線。

(2)避雷線單根裝設(shè)，選用鋁包鋼絞線，C級(jí)及以下污區(qū)也可采用鍍鋅鋼絞線，截面不宜小于35mm2；檔距中央導(dǎo)線與避雷線線間的垂直距離滿足S≥0.012L+1(m)(S為線間距，L為檔距長(zhǎng)度)要求，保護(hù)角不大于25°。

5.4 做好配套接地的改造

(1)裝設(shè)避雷器的桿塔，裝設(shè)避雷線的區(qū)段，應(yīng)配套建設(shè)滿足要求的人工接地裝置。

(2)自然接地的桿塔接地電阻不做要求；容量100k VA及以上臺(tái)變的人工接地裝置接地電阻不大于4Ω；其他裝設(shè)避雷器桿塔，裝設(shè)避雷器桿塔的人工接地裝置接地電阻應(yīng)不大于30Ω，有條件時(shí)可控制在10Ω以內(nèi)。

(3)安裝避雷線的線路區(qū)段，宜對(duì)部分水泥桿塔增設(shè)人工接地裝置，增設(shè)位置應(yīng)根據(jù)線路實(shí)際情況確定，一般線路可每隔3～5基桿塔增設(shè)一處，關(guān)鍵線路和重要線路可適當(dāng)增加+人工接地點(diǎn)。

6 結(jié)語(yǔ)

云南山區(qū)中由于避雷器比較落后等問(wèn)題，需要合理選擇防雷保護(hù)措施并進(jìn)行避雷器的規(guī)范安裝和定期檢修維護(hù)，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)運(yùn)行中雷擊事故概率的降低，保證配網(wǎng)的安全與穩(wěn)定運(yùn)行。