10kV電力線路防雷技術(shù)探討

山東新陽能源有限公司 李 晨

1 引言

雷擊跳閘是目前電力線路所遇到的主要自然故障之一，其不僅會(huì)導(dǎo)致電力線路不能穩(wěn)定運(yùn)行，還會(huì)引發(fā)持續(xù)性的安全事故出現(xiàn)。為能夠有效避免這一問題，則要提高電力線路防雷措施的質(zhì)量，本文主要以10kV電力線路為研究主線，加大對(duì)防雷技術(shù)的分析，以期能夠有效解決雷擊跳閘故障，提升電力線路運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。

2 雷電對(duì)電力線路的危害與應(yīng)對(duì)

2.1 主要危害

當(dāng)前我國的電力線路多采用架空方式布局，當(dāng)出現(xiàn)了雷電危害以后，其會(huì)以兩種方式對(duì)電力線路進(jìn)行破壞，一是雷電直擊，即巨型雷電流在對(duì)地阻抗上產(chǎn)生高電位差，從而造成線路絕緣閃絡(luò)事故；二是間接雷擊，即雷電擊落在附近的線路上，導(dǎo)線因電磁感應(yīng)會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，該種電壓的數(shù)值高于普通線路相電壓2倍以上，當(dāng)線路絕緣超出承受能力之后，便會(huì)出現(xiàn)破碎，從而引發(fā)安全事故。除雷電故障會(huì)影響到電力線路本身的運(yùn)行安全以外，還會(huì)沿導(dǎo)線將高電壓傳至變電站，從而導(dǎo)致變電站的防雷性能失效，變電站內(nèi)的所有設(shè)備都會(huì)受到影響。

2.2 應(yīng)對(duì)措施

當(dāng)前雷擊所引起的線路閃絡(luò)問題主要以兩種形式呈現(xiàn)，一種是反擊；二是繞擊。在解決雷電故障問題時(shí)，一定要了解故障產(chǎn)生的機(jī)理，并制定有針對(duì)性的解決與防范措施。

反擊是指當(dāng)出現(xiàn)了雷擊，并落在避雷線或者桿塔后，線路的絕緣上就會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的大氣電壓，其會(huì)超過沖擊放電電壓，此時(shí)自桿塔到導(dǎo)線的絕緣會(huì)產(chǎn)生反擊行為，并使得電壓等于桿塔與導(dǎo)線之間的電位差。雷擊在桿塔以后，所有的電流都會(huì)流過接地裝置或者桿塔，但隨著時(shí)間的推移，相鄰的桿塔也會(huì)并入雷電流的傾瀉行為之中，這也使得電流入地作用越來越大，最終導(dǎo)致桿塔電位逐步降低。

如造成反擊的主要原因有：塔桿的耐雷水平較低、閃絡(luò)桿塔處于雷擊地區(qū)同一桿塔有多相閃絡(luò)、不同相近鄰桿塔可能同時(shí)閃絡(luò)等。因此，應(yīng)提高10kV線路無架空地線的絕緣能力，同時(shí)也應(yīng)降低架空電路地線的接地電阻。而造成繞擊事故的主要原因有：桿塔的耐雷絕緣水平設(shè)計(jì)較高、桿塔所處區(qū)域容易受到雷擊且落雷頻繁等，基于此要加強(qiáng)線路絕緣、降低桿塔接地電阻、重雷區(qū)線路應(yīng)架設(shè)耦合地線等[1]。

3 10kV電力線路的防雷技術(shù)要點(diǎn)

3.1 主要防范思路

依照架空線路受到雷擊危害時(shí)的變化機(jī)理，可以將導(dǎo)致雷擊事故發(fā)生的階段，劃分為以下四個(gè)部分。

第一，架空線路受到雷電過電壓影響。造成這種情況的主要原因?yàn)椋?0kV電力線路的中心絕緣系統(tǒng)線路，多會(huì)使用混凝土或者金屬材質(zhì)的電桿，這會(huì)降低線路絕緣的強(qiáng)度，因此無論是何等程度的雷擊形式，都會(huì)引起地線與導(dǎo)線的反擊，所以在該區(qū)域安設(shè)避雷線是無法有效防止雷擊事故出現(xiàn)的。建議在進(jìn)出線的兩端一小段安設(shè)避雷針、避雷器、保護(hù)間隔措施。同時(shí)，在雷電頻發(fā)區(qū)域的線路，使用耦合架空地線[2]。

第二，架空線路受到閃絡(luò)故障影響。此時(shí)的保護(hù)線路導(dǎo)線不會(huì)直接接受雷擊，因此采用避雷線或者避雷針則會(huì)提高線路的防雷能力。同時(shí)如果能夠?qū)⒓芸站€路改為電纜線路，也能夠提高10kV電力線路的防雷水平。

第三，輸電線路受到?jīng)_擊以后閃絡(luò)故障逐漸變?yōu)榉€(wěn)定的工頻電壓。此時(shí)應(yīng)在多發(fā)雷電災(zāi)害區(qū)域、易受到雷擊地點(diǎn)、山頂高位桿塔處的桿塔頂部設(shè)置避雷針等防雷設(shè)備，并優(yōu)化桿塔的接地線路。

第四，線路跳閘，電力線路中斷供電。如果山頂高處桿塔電阻沒有避雷器并且與橫擔(dān)接地，應(yīng)通過連續(xù)伸長接地體和每基桿塔接地相連接，從而形成一個(gè)低電阻的通道，這樣可以有效防止桿塔的頂部與地面構(gòu)筑物雷電場強(qiáng)發(fā)生變化。

通過上述“四道防雷防線”的布設(shè)能夠有效保障10kV線路的供電安全，并且可以防止雷電的侵害。除此之外，能夠還可以提升線路桿塔的平均高度，可以有效縮減對(duì)桿塔、避雷線等設(shè)施的投資成本。

3.2 避雷器的安裝

在安裝避雷器方面，建議選用氧化鋅避雷器，其可以提高線路的防雷水平。主要運(yùn)作機(jī)理為：在桿塔具備良好接地的條件下，能夠有效減少由于雷電所形成的外過電壓，并可以將雷電流迅速導(dǎo)入地層之中，盡可能地保護(hù)了絕緣子，防止過大電壓與電流進(jìn)入變電站內(nèi)，可以避免變電站設(shè)備發(fā)生損壞。同時(shí)，由于雷電波長的時(shí)間為微秒級(jí)，會(huì)小于開關(guān)保護(hù)動(dòng)作的時(shí)間，因此當(dāng)保護(hù)動(dòng)作來不及執(zhí)行跳閘任務(wù)時(shí)，就會(huì)返回，減少線路跳閘故障。

客戶回訪過程中遇到客戶抱怨是正常的，正確對(duì)待客戶抱怨，不僅要平息客戶的抱怨，更要了解抱怨的原因，把被動(dòng)轉(zhuǎn)化為主動(dòng)。例如抱怨來自產(chǎn)品的不滿意、來自銷售人員的不滿意(不守時(shí)、服務(wù)態(tài)度差、服務(wù)能力不夠等等)等方面。通過解決客戶抱怨，可以總結(jié)服務(wù)過程，提升業(yè)務(wù)能力，還可以更好地滿足客戶需求。

但安裝氧化鋅避雷器也存在一定的缺陷，其會(huì)增加10kV電路的故障點(diǎn)，因此雖然提高了其防雷的水平，但卻降低了運(yùn)行的安全系數(shù)。除此之外，部分地區(qū)的重雷區(qū)也存在連續(xù)雷擊的情況，如果每次的雷擊電流都存在過大的情況，則會(huì)導(dǎo)致氧化鋅避雷器的爆炸，從而引發(fā)線路接地等故障問題的出現(xiàn)。此時(shí)，工作人員就不得不開展停電作業(yè)，并進(jìn)行維護(hù)與檢修[3]。

另如果避雷器的工作時(shí)間較長，受工頻電壓應(yīng)力的影響，出現(xiàn)故障問題時(shí)，將會(huì)使線路的運(yùn)行不穩(wěn)定。如此背景下，在10kV電力線路防雷中單獨(dú)安設(shè)避雷器的防雷時(shí)效性較低，建議與其他防雷設(shè)備設(shè)施共同使用。

3.3 避雷線的設(shè)置

在10kV電力線路中安設(shè)避雷線是常見的防雷技術(shù)之一，其具備以下防雷效益：第一，能夠有效防止雷電擊穿導(dǎo)線絕緣子所引發(fā)的安全事故。如果雷電直接擊落到導(dǎo)線上，絕緣子所承受的電壓將是架空避雷線的7倍以上，因此安設(shè)避雷線具有良好的直擊避雷效果。第二，降低塔頂電位，實(shí)現(xiàn)對(duì)雷電電流的分流。雷電通常會(huì)直擊電力線路系統(tǒng)的塔頂部位，而通過避雷線，則可以將高壓雷電電流進(jìn)行分流，從而有效減少進(jìn)入桿塔的雷電流，起到防雷的作用。第三，能夠降低被雷擊中桿塔絕緣子電壓，可以對(duì)導(dǎo)線起到耦合作用。第四，可以有效降低導(dǎo)致感應(yīng)電壓的能力，在雷擊時(shí)會(huì)對(duì)導(dǎo)線起到一定的屏障作用，從而保證電力線路的安全。

在安裝避雷線時(shí)，應(yīng)依照我國相關(guān)現(xiàn)行要求，嚴(yán)格按照標(biāo)準(zhǔn)執(zhí)行。其中10kV的架空線路，一般會(huì)采用全線架空的方式，進(jìn)行避雷線路的設(shè)置。如果所處的位置有頻繁的雷電出現(xiàn)，則應(yīng)架設(shè)雙避雷線路。在實(shí)際安裝作業(yè)過程中，避雷線與檔距中央的導(dǎo)線之間應(yīng)保持安全距離，如果避雷線的安裝滿足最小的安全距離，當(dāng)雷電擊落檔距中央避雷線時(shí)，多數(shù)情況下不會(huì)出現(xiàn)檔中閃絡(luò)的情況。如果雷電未能夠擊落在檔距的中央部位，則會(huì)被桿塔所吸引。此時(shí)，應(yīng)提高桿塔的耐雷電與過電壓水平。同時(shí)，也要合理評(píng)測線路絕緣的電壓承受最大能力，避免絕緣強(qiáng)度不夠，從而降低了電力線路的整體防雷能力。

但從客觀的角度而言，設(shè)置避雷線也存在一定的風(fēng)險(xiǎn)問題，一是投資較大，且不便于工作人員的運(yùn)檢維護(hù)；二是如果雷電直擊避雷線，但10kV線路與避雷線之間的距離低于1m且在桿塔接地質(zhì)量不合格的情況下，也會(huì)出現(xiàn)閃絡(luò)故障。因此，在做好安全距離計(jì)算的同時(shí)，也要提高桿塔的接地質(zhì)量。

3.4 間隙防雷技術(shù)

基本的防雷原理是當(dāng)電力線路受到的雷電侵害以后，會(huì)在線路絕緣上產(chǎn)生一個(gè)其無法負(fù)荷的電壓，而此種大氣電壓會(huì)擊穿線路絕緣保護(hù)最弱的地方，從而將大量的雷電流導(dǎo)入地層中。在安設(shè)了間隙保護(hù)裝置以后，線路上最弱的絕緣點(diǎn)就是放電間隙，其能夠與對(duì)地絕緣相銜接，當(dāng)雷電擊穿線路間隙以后，雷電流會(huì)進(jìn)入地層，但此時(shí)的線路絕緣子或其他電力設(shè)備的絕緣子就不會(huì)再發(fā)生閃絡(luò)故障，從而達(dá)到防雷害的目標(biāo)。當(dāng)前依照間隙結(jié)構(gòu)的不同，可以將該種防雷技術(shù)分為三種類型。

第一，棒型間隙。雖然防雷結(jié)構(gòu)較為簡單，但存在伏秒特性較陡的問題，并且在每次放電結(jié)束以后，電極都會(huì)產(chǎn)生較為嚴(yán)重的燒傷事故，使其不能再繼續(xù)使用。

第二，球型間隙。相比棒型間隙結(jié)構(gòu)而言，其伏秒特性較為平坦，因此對(duì)線路的防雷保護(hù)性能就會(huì)更高一些。但也同樣存在，在放電以后可能會(huì)出現(xiàn)燒傷的問題，這會(huì)導(dǎo)致間隙距離變大，不能保證在下一次雷擊事故時(shí)正確地發(fā)生動(dòng)作，因此需要工作人員的時(shí)常維護(hù)，近幾年市面上應(yīng)用此種間隙結(jié)構(gòu)較少。

第三，角型間隙。其運(yùn)作原理為，當(dāng)其進(jìn)行放電行為時(shí)，工頻電流會(huì)通過電極相距最近部位，并產(chǎn)生電弧。受到電動(dòng)力與熱作用，會(huì)使得間隙上部的電弧拉長，這樣電弧便能自動(dòng)熄滅。即便是在不熄滅的狀態(tài)下，電弧的上拉，也只會(huì)燒傷羊角間隙的端部，間隙距離最小部位不會(huì)出現(xiàn)燒傷事故，從而在下一次雷擊放電行為時(shí)，仍能正確動(dòng)作，但其與絕緣子并聯(lián)使用，也存在產(chǎn)生強(qiáng)烈電弧的情況。但基于其基本特性，該種間隙結(jié)構(gòu)是目前市面上應(yīng)用較多的防雷舉措。

4 10kV電力線路防雷技術(shù)的優(yōu)化

4.1 避雷器并聯(lián)放電間隙技術(shù)

通過上述內(nèi)容不難看出每種防雷措施雖然都有較好的防雷性能，但在實(shí)際使用的過程中，仍存在一些缺陷。為能夠有效提升10kV電力線路防雷技術(shù)的質(zhì)量，則可以通過各類防雷措施結(jié)合使用的方式，提高運(yùn)行線路整體的可靠性。其中將避雷器與并聯(lián)放電間隙防雷技術(shù)結(jié)合使用的方式，兩者可以呈現(xiàn)出互為備用的關(guān)系，以便提升線路的整體防雷能力[4]。

4.2 放電間隙串聯(lián)與輔助間隙

為避免間隙動(dòng)作出現(xiàn)失誤的情況，3～35kV的保護(hù)間隙可以在其接地引下線之中串接一個(gè)輔助間隙，這樣就可以避免障礙物對(duì)中間隙所造成的短路影響，同時(shí)可以起到消除電弧的作用，輔助間隙距離可就見表1。除此之外，為了避免間隙動(dòng)作過多，應(yīng)在滿足保護(hù)間隙設(shè)備絕緣的條件下，盡量地增大間距，見表2，同時(shí)也要控制好距離避免間隙過大，使得雷電流不能有效導(dǎo)入地層之中。而主與輔之間的間隙應(yīng)盡量靠近，其能夠提高對(duì)電力線路的保護(hù)力度，如果是在同一地點(diǎn)內(nèi)3個(gè)間隙同用1個(gè)輔助間隙，可不必每一相都安裝，此種防雷方法不僅加工簡單，價(jià)格也相對(duì)便宜，可靠程度也比較高。

表1 各電壓輔助間隙距離一覽

表2 各電壓主間隙距離一覽

5 結(jié)語

電力企業(yè)在做好雷擊修復(fù)與處理的同時(shí)，更要通過提前安設(shè)防范措施的方式，不斷提升電力線路的防雷擊能力，只有這樣才能減少危險(xiǎn)事故的發(fā)生。同時(shí)，本文也研究了關(guān)于10kV電力線路防雷技術(shù)優(yōu)化的方法，以期能夠推動(dòng)電力線路運(yùn)維檢修技術(shù)的高質(zhì)量發(fā)展。