10kV配電線路防雷現(xiàn)狀分析及防護(hù)策略應(yīng)用

陳源君

廣東電網(wǎng)有限公司河源供電局 廣東 河源 517500

引言

10kV配電線路是電力系統(tǒng)中不可缺少的組成部分，它直接關(guān)系到電力用戶是否能夠使用安全可靠的電能。10kV配電線路環(huán)境復(fù)雜、線路較長(zhǎng)，配電線路故障跳閘現(xiàn)象越來(lái)越突出，嚴(yán)重影響了配電線路供電的可靠性，影響人們正常的生產(chǎn)生活[1-3]。在雷電活躍季節(jié)，雷擊產(chǎn)生的強(qiáng)電流會(huì)損壞配網(wǎng)設(shè)備，從而出現(xiàn)大范圍的停電事故。因此，對(duì)10kV配電線路防雷現(xiàn)狀分析及總結(jié)，在提高配網(wǎng)可靠運(yùn)行方面是具有重要意義。

1 配電線路雷害現(xiàn)狀分析

以某縣供電局為例，2019—2021年該地區(qū)共發(fā)生10kV架空線路故障754次，其中雷擊故障180次，占比23.9%。圖1為某縣供電局配電線路雷擊故障占比圖，從圖1可以看出，近3年雷擊導(dǎo)致10kV配電線路故障的占比均超過(guò)20%，不難判斷雷擊是導(dǎo)致架空線路故障的主要原因之一。

圖1 某縣供電局配電線路雷擊故障占比

圖2 “矮腳”瓷瓶放電

圖3 “矮腳”瓷瓶擊穿

圖4 配網(wǎng)絕緣導(dǎo)線因雷擊斷線

圖5 配網(wǎng)絕緣子因雷擊擊傷

圖6 需改造淘汰針式絕緣子

1.1 配電線路防雷能力不足

配網(wǎng)架空線路一般耐雷水平在2kA左右，某縣供電局根據(jù)雷電系統(tǒng)統(tǒng)計(jì)近3年幅值大于20kA雷擊的概率超過(guò)50%，事實(shí)證明配網(wǎng)架空線路如不做防護(hù)措施，是無(wú)法有效應(yīng)對(duì)直擊雷；另外，感應(yīng)雷的電壓幅值一般小于300kV，相當(dāng)部分感應(yīng)雷很容易引起配網(wǎng)線路故障跳閘，某縣供電局因以下針式絕緣子造雷擊擊穿而導(dǎo)致跳閘多次，10kV瓷質(zhì)針式絕緣子（PS-15T類(lèi)針式絕緣子，簡(jiǎn)稱(chēng)“矮腳”瓷瓶）因絕緣爬距不夠造成閃絡(luò)短路，引發(fā)絕緣子破損，造成線路接地或相間短路。該類(lèi)瓷瓶其支柱對(duì)地垂直距離為13cm，爬距凈值為18cm，均處于10kV要求的安全距離的下限。實(shí)際運(yùn)行情況表明，在干燥的運(yùn)行環(huán)境下，這樣的爬距凈值并不會(huì)造成閃絡(luò)，但在潮濕氣候下，空氣濕度較大，10kV瓷質(zhì)針式絕緣子表面的凝露潮濕降低了爬距凈值，當(dāng)發(fā)生瞬間的操作過(guò)電壓或雷電感應(yīng)過(guò)電壓時(shí)，絕緣子表面的閃絡(luò)隨之發(fā)生，一旦發(fā)生多相絕緣子嚴(yán)重的對(duì)地閃絡(luò)放電，即形成兩相或三相接地短路，存在較大的運(yùn)行隱患。另外，該類(lèi)瓷瓶的支柱與絕緣子連接處容易受力不均導(dǎo)致變形，存在易破損的風(fēng)險(xiǎn)。

1.2 絕緣導(dǎo)線易造雷擊斷線

絕緣導(dǎo)線相比裸導(dǎo)線更易發(fā)生雷擊斷線問(wèn)題，架空絕緣線路因雷擊發(fā)生對(duì)地?fù)舸┓烹姾?，?dǎo)線絕緣層上的放電擊穿點(diǎn)呈細(xì)小針孔，針孔位置靠近線路絕緣子兩側(cè)隨機(jī)分布[4]。雷電沖擊閃絡(luò)后，接續(xù)的工頻短路電流會(huì)沿雷電放電通道起弧燃燒，高壓端弧根始于針孔處，雖然受電磁力作用但是因絕緣層的阻礙，電弧固定在針孔位置無(wú)法漂移。當(dāng)發(fā)生相間短路時(shí)，短路電流幅值達(dá)幾千安至十幾千安，弧根溫度升至上千攝氏度，加之導(dǎo)線自重產(chǎn)生的拉力，芯線融化斷開(kāi)，導(dǎo)致導(dǎo)線斷線。當(dāng)雷擊引起單相對(duì)地短路時(shí)，若配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)非有效接地方式，則線路可帶單相接地故障運(yùn)行一段時(shí)間，小電流電弧長(zhǎng)時(shí)間燒灼針孔位置，也會(huì)燒損線芯造成斷線。

1.3 雷擊故障查找定位困難

2021年某年某月，雷雨天氣，某供電所高車(chē)支線#2桿2T1開(kāi)關(guān)跳閘，重合不成功，經(jīng)運(yùn)維人員機(jī)巡過(guò)后，發(fā)現(xiàn)線路無(wú)異常，試送成功。次日01時(shí)59分，某供電所高車(chē)支線#2桿2T1開(kāi)關(guān)再次跳閘，重合不成功。后經(jīng)單相故障定位儀發(fā)現(xiàn)高車(chē)支線#25桿絕緣子因雷擊損傷，引起絕緣子接地（完全擊穿），導(dǎo)致線路故障跳閘。雷擊導(dǎo)致線路接地故障，一般故障點(diǎn)發(fā)生在絕緣子或者避雷器上，絕緣子頂部閃絡(luò)，或者避雷器復(fù)合外套擊穿小孔，即使通過(guò)機(jī)巡獲得高清照片，但是肉眼仍是難以發(fā)現(xiàn)故障點(diǎn)，且目前能夠使用的故障定位儀器效果不明顯，雷擊后零值絕緣或低值絕緣的查找還有待研究。另外。雷電定位系統(tǒng)因邏輯沖突無(wú)法同時(shí)導(dǎo)入配電線路主干線和支線坐標(biāo)，或桿塔坐標(biāo)不準(zhǔn)，在配網(wǎng)應(yīng)用效果有限。

2 10kV配電線路防雷保護(hù)措施

2.1 加強(qiáng)配電線路防雷能力

開(kāi)展防雷改造逐步淘汰針式絕緣子，直線塔宜采用柱式絕緣子或瓷橫擔(dān)絕緣子，耐張塔宜采用盤(pán)形絕緣子，雷害嚴(yán)重地區(qū)、污穢地區(qū)及緊湊型線路可選用復(fù)合橫擔(dān)提高絕緣，同時(shí)科學(xué)配置線路避雷器，推動(dòng)大通流容量避雷器應(yīng)用，雷害嚴(yán)重或避雷器頻繁故障的線路宜選擇標(biāo)稱(chēng)電流10kA大通流容量配電線路避雷器（大電流沖擊100kA），目前某縣供電局配網(wǎng)設(shè)備故障主要存在于老舊針式、矮腳瓷瓶及殘舊硅膠避雷器，在準(zhǔn)入方面需嚴(yán)格限制針式矮腳瓷瓶及硅膠避雷器入網(wǎng)，從源頭上為采購(gòu)“少維護(hù)、免維護(hù)”設(shè)備[5]。加強(qiáng)配電線路防雷建設(shè)，推廣配網(wǎng)架空地線（避雷線）區(qū)段性應(yīng)用，在主干線、重要支線及易擊段可架設(shè)地線，設(shè)置架空地線可大幅降低線路感應(yīng)雷擊閃絡(luò)率，架空地線利用導(dǎo)線和地線間耦合作用來(lái)降低導(dǎo)線對(duì)地雷電過(guò)電壓值，架空地線還可將雷電直擊導(dǎo)線引起的閃絡(luò)轉(zhuǎn)化為雷擊架空地線后反擊導(dǎo)線閃絡(luò)，因有架空地線和桿塔對(duì)雷電流進(jìn)行分流，可大幅降低流過(guò)線路避雷器的沖擊電流，小幅降低直擊雷閃絡(luò)概率。目前某縣供電局已累計(jì)更換針式絕緣子及避雷器4052只，配網(wǎng)架空線路防雷能力明顯提升；推動(dòng)出臺(tái)防雷典型（避雷線加裝）設(shè)計(jì)，在線路設(shè)計(jì)建設(shè)階段考慮防雷，避免出現(xiàn)先建后改的情況。

2.2 絕緣導(dǎo)線防雷擊斷線措施

在人員稀少、無(wú)樹(shù)障、安全距離足夠的偏遠(yuǎn)空曠地區(qū)，條件允許時(shí)應(yīng)優(yōu)先采用裸導(dǎo)線，若必須采用絕緣導(dǎo)線，宜采用帶鋼芯的絕緣導(dǎo)線，并根據(jù)雷電防護(hù)等級(jí)采取相應(yīng)的防雷擊斷線措施；防止架空絕緣線路雷擊斷線，也可采用加強(qiáng)絕緣配置，如增加1片絕緣子、采用絕緣水平更高的柱式絕緣子或瓷橫擔(dān)絕緣子。對(duì)于新建線路，可在易擊段架設(shè)地線并對(duì)部分（易擊）桿塔安裝固定外串聯(lián)間隙線路避雷器；架空地線應(yīng)逐基良好接地。目前某縣供電局已完成中壓架空裸導(dǎo)線絕緣化改造64回線路，改造長(zhǎng)度約203.54km，精準(zhǔn)實(shí)施絕緣化改造。

2.3 改善桿塔接地裝置

降低線路設(shè)備接地電阻是提高線路耐雷水平、減少線路雷擊跳閘率的主要措施。裝有保護(hù)柱上設(shè)備用避雷器或裝有無(wú)間隙線路避雷器的電桿需采用人工接地，接地電阻過(guò)高的易擊桿塔、部分架設(shè)地線桿塔以及特殊桿塔（如終端塔、大跨越塔、重要T接桿塔）等宜采取人工接地；山區(qū)等土壤接地電阻率高的地區(qū)，應(yīng)采用擴(kuò)大地網(wǎng)、增加地網(wǎng)埋深、裝設(shè)新型接地材料等技術(shù)方法降低接地電阻，使用新型接地材料可解決在實(shí)際運(yùn)行中面臨著腐蝕、復(fù)雜地形條件下運(yùn)輸及施工困難等諸多問(wèn)題，定期測(cè)量桿塔接地電阻，保證引下線與人工地網(wǎng)可靠電氣連接且接地電阻值在合格范圍內(nèi)，保證接地裝置泄流通道通暢。目前某縣供電局已加裝、補(bǔ)強(qiáng)地網(wǎng)461個(gè)（含新型接地材料加裝），提高線路耐雷水平。

3 結(jié)束語(yǔ)

本文總結(jié)了某縣供電局近3年10kV配電線路防雷的狀況，分析了10kV配電線路防雷存在的主要問(wèn)題，以案例方式詳細(xì)給出了10kV配電線路防雷措施，2022年雷擊故障跳閘大幅度降低，同比前3年下降30.34%，減少線路雷擊跳閘率，進(jìn)一步提高了10kV配電線路運(yùn)行的安全性與可靠性。