配電線路防雷措施及保護效果分析

張子靈 孫秋雅 國網(wǎng)江蘇省電力有限公司句容市供電分公司

在電力系統(tǒng)中，配電網(wǎng)的建設環(huán)境變化較大，線路布局較為復雜，在對其進行日常維護時難度較高，并且其線路在運行的過程中，常常會遭受到雷擊災害的影響，從而導致線路出現(xiàn)短路及開關(guān)跳閘事故，嚴重影響著配電網(wǎng)運行的安全穩(wěn)定性，因此，必須對配電網(wǎng)的防雷技術(shù)進行深入研究，完善當前的防雷系統(tǒng)，合理選擇防雷策略，以保護配電網(wǎng)運行的安全性。

一、架空配電線路中做好防雷與接地工作的必要性

一般情況下，架空配電線路的運行處于露天環(huán)境中，故自然環(huán)境中能影響其正常工作的因素較多。在諸多因素中，雷電因素的影響最為重大，有數(shù)據(jù)顯示，在架空配電線路發(fā)生的故障中，因雷擊造成的跳閘占據(jù)比例約達2/3。在雷電天氣中，只有具備良好的防雷電設施，才能避免線路遭受雷擊而干擾電能傳輸甚至使傳輸中斷，以提高電能傳輸質(zhì)量和效率。隨著架空配電線路的普遍應用，為了解決上述問題，首先，在架空配電線路的構(gòu)成上，絕緣體起到了重要作用，一方面需要使用絕緣體將配電線路固定在桿塔上，另一方面絕緣體也在很大程度上保證了配電系統(tǒng)的正常工作。其次，更為重要的是接地裝置的設計，這是防雷系統(tǒng)的核心組成部分，也是為提高線路防雷能力所必要的設計。桿塔接地裝置是架空配電線路接地設計中的最重要部分，其主要作用是將雷電引入地面，避免配電設備受到雷擊而發(fā)生跳閘。綜上可知，對于在露天環(huán)境中運行的架空配電線路，防雷工作至關(guān)重要，而在防雷系統(tǒng)中接地裝置是其核心部分，只有做好接地裝置的設計，才能提高配電系統(tǒng)的防雷能力，進而保證配電工作穩(wěn)定進行。

二、雷擊災害對10kV架空配電網(wǎng)的影響

10kV配電網(wǎng)當前在我國應用十分廣泛，在絕大多數(shù)中低壓電力系統(tǒng)當中，都是通過中性點不接地及消弧線接地的方式實現(xiàn)供電，這就是我們所說的小電流接地系統(tǒng)，也是10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)運行的主要方式。因此，可以將10kV架空配電網(wǎng)所遭受的雷擊災害分為直擊雷與感應雷兩種，由于配電網(wǎng)自身存在結(jié)構(gòu)復雜性強、絕緣性能較差等弊端，加之為在配電線路中加裝避雷線、避雷器等避雷設備，所以一旦遭遇直接雷災害，配電線路會受到非常嚴重的影響。當直接雷災害發(fā)生時，會產(chǎn)生較高幅值的電壓，不僅會造成各種設備的損壞，還會因雷擊導致必然性的跳閘問題。目前所遇到的直接雷事故數(shù)量在不斷降低，但是因雷擊災害所導致的感應雷災害頻繁發(fā)生，該災害發(fā)生后會出現(xiàn)閃絡或短路故障，目前基本因感應過電壓而出現(xiàn)的概率高達百分之九十，所以提高10kV架空配電網(wǎng)防雷性能，是非常必要且迫切的工作。

三、10kV配電線路出現(xiàn)雷擊原因

雷擊主要指的是雷云之間或者通過雷云對于整個地面物體進行輻射放電的一種光學物理自然現(xiàn)象。當10kV配電線路穿越較高建筑物或其他物體時，這些較高的建筑物或其他物體最容易落雷，造成10kV配電線路直擊雷的發(fā)生。當10kV配電線路逾越河道、湖泊等空闊水體時，水體的導電性質(zhì)使一條配電線路上可能會有雷云快速聚集，并匯集大量束縛電荷，當雷云在地面上連續(xù)進行快速放電后，線路上的特殊束縛電荷被大量激發(fā)和迅速釋放，造成10kV配電線路感應雷的發(fā)生。當10kV配電線路遭遇直擊雷或發(fā)生感應雷，雷電波便沿著配電線路進入配電所。如果沒有對線路進行防雷保護措施，將會直接造成配電所的電氣設備嚴重破壞，甚至可能造成重大人員傷亡。

四、配電線路防雷措施探討

（一）提高線路絕緣水平

為了有效地解決雷擊線路跳閘問題，可以采用加強線路絕緣的方式，這種方式的應用效果比較明顯，廣泛應用到了實際工程領(lǐng)域中。從具體實施上來看有兩個方面，其一是提高絕緣子數(shù)量；其二是利用架空絕緣導線、瓷橫擔等方式直接替換裸導線。相同條件線路雷擊絕緣能力水平相同條件下，采用瓷橫擔可以有效率地降低不同線路受到雷擊導致跳閘的概率。提高配電線路的裸絕緣技術(shù)水平，可以提高線路在直擊雷和感應雷過電壓下的防雷性能。參照有關(guān)仿真實驗數(shù)據(jù)結(jié)果，增強絕緣性，有助于改善在兩種過電壓情況下的防雷效果。受到雷電過電壓的影響，耐雷水平與絕緣子片數(shù)存在正相關(guān)的關(guān)系，在建弧率降低之后有助于減小跳閘事故的發(fā)生。研究表明，絕緣子內(nèi)片的數(shù)量直接影響到線路性能高低，一般可以通過線性關(guān)系進行描述，增加絕緣子有助于達到更高的耐雷水平，可以將跳閘率控制在較低的水平。

（二）架設避雷線

架設避雷線是配電線路防雷保護最基本措施，通過減小雷電對導線的耦合屏蔽作用、減小電流量產(chǎn)生防止雷電直擊導線的作用，對于防雷保護十分有效。架設避雷線的防雷效果根據(jù)線路電壓不同而不同，一般而言效果成正向關(guān)聯(lián)。實踐表明，對于電壓在110kV以上的線路，需要以20°~30°的保護角全部架設避雷線；而達到500kV的線路則需要將保護角降至15°左右。保護角的不同，既影響雷電繞擊率，也同時影響兩根避雷線之間的距離設計。

（三）加裝避雷針

避雷針主要是專門用于防止露天配電設備和比較高大型建、構(gòu)筑物遭遇直擊雷的裝置。它由受電尖端（接閃器）、接地引下線和接地裝置三部分構(gòu)成。避雷針利用其屹立地面的有利位置，當附近空中有雷電放射時，把雷電流引向自身，并通過大地泄放，避免所在建筑物遭遇雷擊損壞。但傳統(tǒng)的避雷針需要經(jīng)常地養(yǎng)護，我國研制的氧化鋅避雷針能夠?qū)崿F(xiàn)全面保護10kV配電線路安全的目的，避雷針引雷和防雷是目前我國10kV配電線路最為常用的一種防雷技術(shù)手段。

（四）安裝繼電保護裝置

想要減少雷擊事情的發(fā)生，那么就應該積極的采取相應措施，以此來減少雷擊對于配電裝置的影響。因為對于雷電而言，自身有著一定的偶然性。所以，為了能夠讓其配電線路穩(wěn)定運行，就應該在這其中安裝繼電保護裝置，進而來減少雷擊的出現(xiàn)，減少配電線路停電的事情發(fā)生。保證在發(fā)生瞬時性故障的時候，能夠讓其配電線路自動關(guān)閘，然后等待故障消失后，自動合閘供電。

（五）架設耦合地線

根據(jù)地理環(huán)境的差異，在10kV配電網(wǎng)運行的過程當中，針對雷擊事件頻率較高的區(qū)域，在線路架設期間，可以在導線下方加設一條接地線，在提升線路耐雷水平的同時，降低線路在后期運行期間出現(xiàn)的跳閘率。加設接地線能夠增加分流，促使雷電流通過桿塔導入大地，從而穩(wěn)定塔頂?shù)碾娢?。在耦合地線的加設過程當中，主要設立位置在導線下方以及線路兩側(cè)位置處，以平行架設為主。

（六）安裝自動重合閘裝置

對于自動跳閘功能而言，其是電網(wǎng)供電系統(tǒng)的自我保護方法之一。供電系統(tǒng)跳閘以后，配電線路上相關(guān)的故障便會自動消除，如果配電線路在運行過程中受到雷擊，那么自動跳閘裝置便會將配電線路上產(chǎn)生的網(wǎng)絡放電故障進行自動消除，避免配電線路處于長期故障的狀態(tài)。因此，要在配電線路合適的位置安裝自動重合閘裝置，并將該裝置與供電系統(tǒng)的繼電保護器進行有效的連接，以此來提高系統(tǒng)整體的穩(wěn)定性與可靠性，從而實現(xiàn)線路在受到雷擊跳閘以后的自動恢復效果。

五、防雷措施保護效果的影響因素分析

（一）環(huán)境因素

架空配電線路分布廣泛，結(jié)構(gòu)復雜，線路遭雷擊時，其雷電過電壓類型將受到外界的環(huán)境因素影響。對于主要分布在城區(qū)的這些架空配電系統(tǒng)線路，線路附近大多可能存在線路樹木或其他建筑物，線路平均桿塔高度約設定為10m，樹木和其他建筑物的高度將不會超過其他線路或橋桿塔高度，由于線路樹木和其他建筑物的雷電屏蔽保護作用，雷電一般上都不會直接接觸擊中這些架空電力配電系統(tǒng)線路或橋的桿塔，線路上遭受直接沖擊雷電力作用的放電概率相對較小，一般由于雷擊而放電引起的線路故障大多可能是雷電感應器的雷電超過電壓所導致造成。這一情況下，必須要立足于阻擋感應雷過電壓的層面入手來開展防雷保護工作，例如可以在合適的位置設置避雷器，有助于減小跳閘率。

（二）降低桿塔的接地電阻

配電線路的抗雷能力取決于節(jié)點電阻的大小，接地電阻越小，雷電通過導線的性能就越高，雷電對配電線路造成的影響就越小，防雷性能就越好。因此，在對既有桿塔的接地線進行更迭時，就要根據(jù)桿塔所在地區(qū)的生態(tài)環(huán)境以及天氣信息盡量低的設置電阻，以此加強接地線的導電能力，減少雷擊對配電線路的影響。同時，該種方法也是最為直接的減少雷擊事件的方法，且需要的施工成本也最低，線路的磨損也較小。

（三）做好巡視維護工作

日常工作中就應保證巡視工作的總體效果，在雷擊季節(jié)臨近日期應加強日常巡視，加強對防雷裝置、高壓引線和接地情況的全面巡視，如發(fā)現(xiàn)有設備不滿足要求，就要及時進行修復，提升設備的性能，尤其是要對一些故障后的裝置做好更換。對于配網(wǎng)電力線路系統(tǒng)的接地裝置，應采用周期性接地電阻測試的方式滿足要求；巡視過程中如發(fā)現(xiàn)配電系統(tǒng)防雷不合格要發(fā)出要求整改，或通過引進新技術(shù)來改善接地裝置的性能，滿足工作要求。

六、結(jié)束語

配電網(wǎng)防雷技術(shù)應用的效率決定了其線路電力傳輸?shù)陌踩煽糠€(wěn)定性，從而決定了人們生產(chǎn)生活的質(zhì)量，就配電網(wǎng)運行而言，必須做好對雷擊災害的防范，在現(xiàn)有技術(shù)的基礎(chǔ)上，進一步完善配電網(wǎng)的防雷技術(shù)，已達到提高配電網(wǎng)運行效率的目的，在實際應用中，應因地制宜，根據(jù)不同的地理環(huán)境來采取相應的防雷策略，從而在最大程度上避免雷電對配電網(wǎng)線路的損害，保證配電網(wǎng)系統(tǒng)的安全運行。