10k V配網(wǎng)線路的防雷措施研究

曾 挺

（廣東電網(wǎng)有限責(zé)任公司陽(yáng)江陽(yáng)春供電局，廣東 陽(yáng)春529600）

1 10 kV配網(wǎng)線路雷擊隱患分析

10kV配網(wǎng)線路遭遇雷擊的隱患是普遍存在的，而且危害極大，雷擊隱患大多是由以下幾個(gè)原因引起的。

1.1 10kV配網(wǎng)線路的設(shè)備安裝不符合規(guī)定

目前，10kV配網(wǎng)線路仍存在鐵桿、開(kāi)關(guān)安裝不合格的現(xiàn)象。有許多接地圓鋼等焊接問(wèn)題以及接地網(wǎng)不能每年都得到修復(fù)，這就導(dǎo)致配電線路非常容易遭受雷擊[1]。與此同時(shí)，10kV配網(wǎng)線路安裝的避雷器質(zhì)量十分差，有可能在長(zhǎng)時(shí)間的雷電沖擊下，避雷器已經(jīng)失去了它的作用。這樣的防雷裝置難以抵擋雷電災(zāi)害。

1.2 10kV配網(wǎng)線路的防雷設(shè)計(jì)很簡(jiǎn)陋

與220kV等其他高壓等級(jí)線路的防雷設(shè)計(jì)相比，10kV配網(wǎng)線路的防雷設(shè)計(jì)非常簡(jiǎn)陋，當(dāng)出現(xiàn)同等級(jí)的雷電時(shí)，由于低防雷設(shè)計(jì)的固有缺陷，防雷設(shè)計(jì)較低，因此會(huì)使得10kV配網(wǎng)線路很容易發(fā)生雷電災(zāi)害。

1.3 10kV配網(wǎng)線路的針形絕緣子的耐壓性能比較低

與高壓等級(jí)線路不同的是，針形絕緣子的阻線跨度一般比較大，在雷電等惡劣的自然環(huán)境因素下具有顯而易見(jiàn)的優(yōu)勢(shì)。即便如此，這種絕緣子也有本身的缺點(diǎn)，例如，當(dāng)它的內(nèi)部發(fā)生故障時(shí)，仍可能正常運(yùn)行，因此很難發(fā)現(xiàn)故障，線路受到的雷害隱患也沒(méi)有辦法及時(shí)消除。

另外，對(duì)10kV配網(wǎng)線路中避雷器塔等的安裝不合格以及避雷器的質(zhì)量不合格也會(huì)造成遭雷擊隱患的存在。

2 10 kV配網(wǎng)線路防雷具體措施

通過(guò)了解配網(wǎng)線路可能發(fā)生遭遇雷擊事故的狀況以及過(guò)程，因地制宜地對(duì)配網(wǎng)線路進(jìn)行防雷保護(hù)，提升配網(wǎng)線路的防雷水平，降低配網(wǎng)線路的跳閘率。

2.1 設(shè)置避雷線路

這是最基本、最有效的保護(hù)措施。在雷擊中導(dǎo)線時(shí)，可能引起線路絕緣閃絡(luò)。所以，我們需要盡可能地避免雷直接擊中導(dǎo)線，減少鐵塔的雷擊電流?？梢酝ㄟ^(guò)架設(shè)避雷線，在塔頂架設(shè)地線，將導(dǎo)線覆蓋，并把雷擊電流引入地面的方式，從而降低配網(wǎng)線路的功率感應(yīng)損耗，以此來(lái)延長(zhǎng)線路的使用壽命。在架設(shè)避雷線時(shí)，要掌握導(dǎo)線的角度，尤其是在雷電多發(fā)的山區(qū)，采取小點(diǎn)的保護(hù)角度。另外，還需要對(duì)導(dǎo)線的材質(zhì)、形狀等因素進(jìn)行綜合性的考察。此外，避雷針等防雷裝置也可以組合在一起使用，但是因?yàn)楸芾揍樤黾恿伺渚W(wǎng)線路的雷擊范圍，其使用價(jià)值遭受到質(zhì)疑，所以我們需要謹(jǐn)慎地進(jìn)行使用。

2.2 降低桿塔接地電阻

這樣可以有效地避免配網(wǎng)線路中的雷電反擊。在配網(wǎng)線路的建設(shè)過(guò)程中，首先要做的是對(duì)土壤進(jìn)行嚴(yán)格的電阻檢測(cè)，并對(duì)土壤導(dǎo)電離子、含水程度、密實(shí)度、溫度、土壤質(zhì)量、降水量等因素進(jìn)行綜合性的考察。當(dāng)土壤受到的阻力較大時(shí)，可考慮采取以下措施：

（1）用低電阻土壤代替接觸塔桿的高電阻土壤。

（2）在塔的連接處埋設(shè)電阻力較小的土層。

（3）經(jīng)過(guò)引出線把桿塔接地體引入旁邊低電阻的土壤中。

（4）在桿塔的連接處放置化學(xué)減阻劑和其他物質(zhì)，用來(lái)降低土壤的阻力。

（5）增加交界處土壤含水量。

（6）使用多個(gè)輻射水平接地體。在雷擊頻繁發(fā)生期或氣候干燥時(shí)，鐵塔的工頻接地電阻不應(yīng)超過(guò)表1所示。

表1 配網(wǎng)線路鐵塔工頻接地電阻

2.3 設(shè)置耦合地線

當(dāng)桿塔接地電阻不能有效降低時(shí)，如地形地貌等自然環(huán)境因素以及人為因素?zé)o法克服時(shí)，可采用在導(dǎo)線的下面設(shè)置地線的辦法。通過(guò)增大避雷器與導(dǎo)線之間的耦合作用，可以減少絕緣子串的過(guò)電壓，起到分流雷擊電流的作用，減小塔頂?shù)碾娢?，減小線路的反擊跳閘率[2]。這主要是對(duì)頻繁遭受雷擊地段所采用的搶救措施，對(duì)減小雷擊跳閘率有非常明顯的效果，經(jīng)過(guò)充分的試驗(yàn)表明能夠降低50%左右。除此之外，還需要充分地考慮齒輪與中心耦合地線的距離以及導(dǎo)線之間的最大弧垂的間距。

2.4 不平衡絕緣的使用

伴隨著配網(wǎng)線路的不斷完善，線路占地的問(wèn)題也隨之日益突出。為了提高桿塔的作業(yè)效率，許多高壓、特高壓線路采用了同桿雙回線架設(shè)的方式。在一般防雷措施不能滿足配網(wǎng)線路遭雷擊時(shí)雙回路同時(shí)跳閘的前提之下，需要考慮使用不平衡絕緣。也就是說(shuō)，兩個(gè)回路的絕緣體數(shù)量不同，可以同時(shí)降低跳閘率，以保證連續(xù)供電。當(dāng)兩個(gè)回路的絕緣子個(gè)數(shù)不抽樣時(shí)，雷擊配網(wǎng)線路時(shí)片數(shù)較少的回路先閃絡(luò)，閃絡(luò)后的導(dǎo)線在其中起到地線的作用，以改善對(duì)另一回路的耦合效應(yīng)，提高其耐雷性，使閃絡(luò)現(xiàn)象不再發(fā)生，配網(wǎng)線路可以持續(xù)穩(wěn)定工作。這兩條線路的絕緣體數(shù)量差別最大，應(yīng)根據(jù)實(shí)際情況確定。一般來(lái)說(shuō)，兩相之間的線電壓是根號(hào)3倍的相電壓幅值的實(shí)際效果較好，若相差過(guò)大，則可能導(dǎo)致線路跳閘率的增加。

2.5 中性點(diǎn)不直接接地，可利用消弧線圈的接地辦法

消弧線圈能夠降低沖擊閃絡(luò)，穩(wěn)定工頻電弧率，降低雷擊跳閘率[3]。配網(wǎng)發(fā)生單相短路時(shí)，消弧線圈的電感電流和電容電流會(huì)聚并補(bǔ)償，以減小電流，防止弧光過(guò)零再燃，降低高幅值發(fā)生的概率，減少故障點(diǎn)的熱損傷，避免事故擴(kuò)大。在配網(wǎng)線路穩(wěn)定運(yùn)行時(shí)，需要保證固定消弧線圈在全補(bǔ)償或接近全補(bǔ)償狀態(tài)下工作，并在接地故障發(fā)生前將消弧線圈調(diào)整到全補(bǔ)償狀態(tài)，以便進(jìn)行故障處理。消弧線圈有氣隙式、匝式、電容式、晶閘管式等。氣隙式噪聲大，調(diào)節(jié)精度差，過(guò)電壓等級(jí)高，不能與功率方向單相接地選線裝置同時(shí)使用，實(shí)用性低。采用匝式調(diào)節(jié)開(kāi)關(guān)改變工作繞組的匝數(shù)來(lái)調(diào)節(jié)電感，降低了使用時(shí)的噪聲，但補(bǔ)償效果減弱，且過(guò)電壓等級(jí)高，串聯(lián)電阻易導(dǎo)致爆炸事故的發(fā)生，而且安裝也比較復(fù)雜和繁瑣。電容調(diào)節(jié)式可調(diào)節(jié)二次側(cè)電容的電容電抗，改變二次側(cè)的電感電流。晶閘管導(dǎo)通角可在0°-180°的范圍之內(nèi)變化。高短路阻抗變壓器的一次繞組用作工作繞組接入配網(wǎng)的中性點(diǎn)，使二次繞組作為控制繞組由兩個(gè)反向晶閘管短接，補(bǔ)償精度范圍大，工作穩(wěn)定性高。

2.6 避雷器安裝

避雷器主要有管式和閥式兩種，根據(jù)需要的不同選用不同的型號(hào)。管式避雷器能有效地處理因放電間隙不能熄滅工頻續(xù)流而造成的供電問(wèn)題，是線路中常用的避雷器[4]。由于在噴射過(guò)程中管子避雷器會(huì)引起很大的振動(dòng)，所以應(yīng)將其固定牢固，通常是在封口處固定。除此之外，應(yīng)盡量避免射流相互作用引起的短路。閥式避雷器的使用應(yīng)控制額定電壓、滅弧電壓、沖擊放電電壓等事項(xiàng)，F(xiàn)SⅠ型一般用于10kV及以下的如電纜頭、隔離開(kāi)關(guān)等配電設(shè)備中，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無(wú)并聯(lián)電阻，成本低，保護(hù)性能有限。FZ具有并聯(lián)電阻，保護(hù)性能好，一般用于3-220kV電氣設(shè)備。FCD具有并聯(lián)電阻和并聯(lián)電容，其保護(hù)性能更為突出，特別適用變電站等高壓電器。安裝避雷器時(shí)，首先要檢測(cè)電壓等級(jí)是否與被保護(hù)設(shè)備一致，掌握線間距。具體參考距離見(jiàn)表2。

表2 線電壓和設(shè)備電壓最小距離參考表

選用10kV配網(wǎng)線路避雷器時(shí)，可選用氧化鋅避雷器。這是因?yàn)檠趸\避雷器具有許多優(yōu)勢(shì)，在防止10kV配網(wǎng)線路雷擊跳閘事故等方面優(yōu)勢(shì)明顯。氧化鋅其自身屬性具有非線性伏安特性，它能使流過(guò)避雷器的電流在正常工作電壓下很小，但當(dāng)過(guò)電壓動(dòng)作時(shí)，電阻會(huì)急劇下降，從而使電壓能量得以釋放，達(dá)到良好的保護(hù)效果。而這種避雷器不同于傳統(tǒng)的避雷器，其不存在放電間隙，只需要運(yùn)用氧化鋅的非線性特性就可以起到放電和分?jǐn)嗟淖饔谩?/p>

2.7 加強(qiáng)絕緣，降低絕緣閃絡(luò)

強(qiáng)化保溫有三種結(jié)構(gòu)形式，如雙重保溫、強(qiáng)化保溫和替代整體保溫?？赏ㄟ^(guò)改變絕緣子個(gè)數(shù)、采用大爬距申報(bào)絕緣子、增加塔頂空氣間距等方法增大線路絕緣性，提高配網(wǎng)線路的防雷水平和運(yùn)行安全性。然而，由于使用的局限性，它們大多被用作保護(hù)配網(wǎng)線路的后備措施。

2.8 安裝自動(dòng)重合裝置

當(dāng)配網(wǎng)線路被雷擊停止運(yùn)行時(shí)，應(yīng)使用自動(dòng)重合裝置，使線路能正常運(yùn)行[5]。由于線路絕緣具有自恢復(fù)性能，大部分雷擊引起的閃絡(luò)和工頻電弧在線路跳閘后會(huì)自動(dòng)清除干凈，絕緣性能會(huì)很快恢復(fù)。

2.9 因地制宜，靈活應(yīng)對(duì)地形、地貌、氣候等自然因素，在與自然和諧相處的前提下，充分利用科技改造自然

在架設(shè)鐵塔時(shí)，應(yīng)特別注意山體、盆地、海岸等地形，仔細(xì)觀察地貌和地質(zhì)，綜合考慮會(huì)影響配網(wǎng)線路中雷擊的情況。估算了配網(wǎng)線路的最大抗雷擊值和雷擊可能產(chǎn)生的最大雷電電壓，特別是在雷電季節(jié)的枯水期。在配網(wǎng)線路設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮雷擊的影響，在線路走向、塔型等環(huán)節(jié)實(shí)現(xiàn)效益的最大化。

3 10 kV配網(wǎng)增設(shè)線路避雷器的優(yōu)點(diǎn)

線路避雷器具有箝電位的功能，對(duì)電阻的要求不是很?chē)?yán)苛，在山區(qū)等地應(yīng)用效果是比較好的，因此它的防雷效果很好。從本文的分析中可以看出，塔頂電位及桿塔接地裝置的沖擊接地電阻有著非常重要的作用，通過(guò)加強(qiáng)接地設(shè)置可以提高配電線路的安全性[6]。沖擊接地電阻結(jié)構(gòu)越小，作用在絕緣子串上的電壓就會(huì)越小，因此，出現(xiàn)閃絡(luò)的概率就會(huì)越小。因此，在接地線的設(shè)計(jì)過(guò)程中，沖擊接地電阻是至關(guān)重要的。

4 結(jié)束語(yǔ)

10kV配網(wǎng)線路由于自身和外界因素的影響，非常容易遭受雷擊，其不僅能夠破壞設(shè)備線路，還會(huì)阻礙供電系統(tǒng)的正常運(yùn)行，給人們的生產(chǎn)及生活方面帶來(lái)很多不便，對(duì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展影響嚴(yán)重。所以，應(yīng)該注重10kV配網(wǎng)線路的防雷保護(hù)，合理安裝避雷器不僅可以減少雷擊引起的電荷，而且可以有效降低跳閘次數(shù)，降低雷擊事故的發(fā)生。各種防雷措施都有本身的針對(duì)性，所以當(dāng)線路被雷擊導(dǎo)致跳閘時(shí)，要找出原因，然后采取相應(yīng)的措施，才能達(dá)到真正的防雷效果。綜上所述，應(yīng)采取多種手段對(duì)10kV配網(wǎng)線路的防雷工作開(kāi)展保護(hù)和補(bǔ)救，確保供電和輸電，確保廣大人民群眾的生命財(cái)產(chǎn)安全。