10kV配电架空线路防雷技术分析与探讨

唐飞跃

广东电网有限责任公司汕尾供电局

摘要：本文分为五个部分，从保证10kV配电线路供电可靠性的重要性为切入点，导出提高配电线路防雷技术必要性的论点。通过分析10kV配电线路被雷击断线及跳闸机理，剖析雷电对电力线路的危害及形式，深入对配电线路防雷的技术措施进行思考与探析，从而对10kV配电线路“提高局部绝缘水平”、“安装避雷器”、“调整绝缘子两端并联放电间隙”、“降低配电设备的接地电阻”四种防雷措施提出个人看法，以供同仁参考交流。

关键词：配电线路；雷击断线；跳闸机理；防雷措施

一、前言

随着经济的发展，用户对供电可靠性提出了更高的要求。供电可靠率的高低不仅会影响到供电企业和用户的生产经济效益及设备安全，还直接关系到电力行业的信誉。10kV配电线路是当前我国电力系统的主要部分，是向用户供电的直接手段，它的安全可靠和经济运行已成为电力部门和用户共同关心的主要问题。10kV配电线路在整个电网中向上联接着主网，向下联系着用户，由此可见，在内在要求与外部需求共同作用下，提高供电可靠性已经成为配网工作的重中之重。然而由于绝缘等级不高和电网结构复杂等特点，雷击故障成为影响供电系统安全和广大用电户的正常用电的重大隐患。因此，加强配电线路的雷电防护，对于维护电网的安全稳定运行有着重要的意义。雷击是影响电网安全稳定运行的重要因素之一，在雷灾中，架空线路受灾最严重。因为，架空线路长度长、分布广，遭受雷击的机会多，由此产生的事故也多。又由于雷击产生的雷电波可以沿线路侵入变电站，危及站内电气设备的绝缘，因此，必须重视和加强配电线路的防雷保护，对于维护电网的安全稳定运行有着重要的意义。

二、10kV配电线路被雷击断线与跳闸机理

（1）电弧放电规律。电网雷电过电压闪络，亦即大气压或高于大气压中大电流放电，为电弧放电形式。雷电过电压闪络时，瞬间电弧电流很大、但时间很短。

当雷电过电压闪络，特别是在两相或三相（不一定是在同一电杆上）之间闪络而形成金属性短路通道，引起数千安培工频续流，电弧能量将骤增。

（2）架空绝缘导线断线。当雷击架空绝缘线路产生巨大雷电过电压，当它超过导线绝缘层的耐压水平时（一般大于139kV）就会沿导线寻找电场最薄弱点将导线的绝缘层击穿（通常在绝缘子两端30公分范围内），形成针孔大小的击穿点，然后对绝缘子沿面放电形成闪络，最后工频电弧向绝缘子根部的金属发展后形成金属性短路通道，工频电弧固定在一点燃烧后熔断导线。

（3）架空裸导线的断线率低但跳闸事故频繁。当雷击架空裸导线产生巨大雷电过电压时，就会沿导线寻找电场最薄弱点的绝缘子沿面放电形成闪络，最后工频电弧向绝缘子根部的金属发展后形成金属性短路通道，引发线路跳闸事故。由于接续的工频短路电流电弧在电磁力的作用下沿着导线向背离电源方向移动，一般不会烧断导线。

三、雷电对电力线路的危害及形式

电力架空线路受到直接雷击或线路附近落雷时,导线上会因电磁感应而产生过电压,即大气过电压(外过电压),这个电压往往高出线路相电压的2倍及以上,使线路绝缘遭受破坏而引起事故。当雷击线路时,巨大的雷电流在线路对地阻抗上产生很高的电位差,从而导致线路绝缘闪络。雷击不但危害线路本身的安全,而且雷电会沿导线迅速传到变电站,若变电站内防雷措施不良,则会造成变电站内设备严重损坏。雷击引起线路闪络的形式有两种:

1)反击。雷电击在杆塔或避雷线上,此时作用在线路绝缘上的电压达到或超过其冲击放电电压,则发生自杆塔到导线的线路绝缘反击,其电压等于杆塔与导线间的电位差。雷击杆塔时,最初几乎全部电流都流经杆塔及其接地装置,随着时间的增加,相邻杆塔参与雷电流泄放入地的作用愈来愈大,从而使被击杆塔电位降低。为此,要求提高10kV线路无架空地线的绝缘水平外,应降低线路架空地线接地电阻。

2)绕击。雷电直接击在相线上。电击的概率与雷电在架空线路上的定向和迎面先导的发展有关,若迎面先导自导线向上发展,就将发生绕击。一般与导线的数目和分布、邻近线路的存在、导线在档距中的驰度及其它几何因素等都有关系。为此,要求加强线路绝缘、降低杆塔的接地电阻,重雷区的线路架设耦合地线等。对于10kV无架空线地线的线路,雷击概率很高。雷电流相当大时,则雷击电压过高,就近通过支持绝缘子对地放电,形成闪络,严重时引起线路断线、绝缘子击穿等故障。

四、10kV配电线路防雷保护措施

在实际工程中，架空裸导线在配电线路中大量使用，因此，对架空裸导线的防雷保护对于电网的安全稳定运行是至关重要的，根据现场调研情况表明，在电网中存在零值与劣值绝缘子，零值与劣值绝缘子的出现，极大的影响了配电网的耐雷可靠性和稳定性。针对上述原因，我们提出一些预防架空导线的防雷保护措施：

（1）提高线路局部绝缘水平。由于配电网绝缘水平低，当线路中因雷电活动而产生感应雷过电压时，极易造成线路绝缘子闪络等事故，且在配电线路中为了节约线路走廊而采用同塔多回路技术，某些杆塔架设回路达到了4回，虽然在这种情况下节约了线路走廊，减小了线路投资，但是由于同塔多回路中线路与线路间的电气距离不够，因此，一回线路遭受雷害后线路绝缘子对地击穿，如果击穿后工频续流比较大，持续的接地电弧将使空气发生热游离和光游离，由于同杆架设的各回路之间的距离较小，那么电弧的游离会波及到其他的回路，引起同杆架设的各回路发生接地事故，严重时将会造成多回线路同时跳闸，极大的影响了配电线路的供电可靠性，针对上述情况可采用增强线路绝缘的方法。可采取将裸导线更换成为绝缘导线、增加绝缘子片数、在导线与绝缘子之间增加绝缘皮、更换绝缘子型号等方法提高线路绝缘水平。

（2）安装避雷器进行保护。目前，国内外已广泛采用线路氧化锌避雷器用于配电线路防雷，并取得明显的效果。实践表明，氧化锌避雷器无论在防止雷直击导线方面，还是在雷击塔顶或避雷线时的反击方面都非常有效的。特别是位于高土壤电阻率的容易绕击的山区线路，采用传统的防雷措施往往收效甚微，只有采取安装线路避雷器的防雷措施，才能有效防止雷击闪络故障。

有关试验分析表明：1)杆塔的接地电阻对线路的耐雷水平影响很大。不论避雷器安装方式如何，线路的耐雷水平基本上随接地电阻的增加而减少；2)避雷器能承受较大的雷电流所产生的放电能量，从通流容量来说有较大裕度，可以保证避雷器和线路安全。

配电线路避雷器安装时应注意：1)安装时尽量不让避雷器受力，并保持足够的安全距离；2)避雷器应顺杆塔单独敷设接地线，其截面不得小于25mm2，尽量减小接地电阻。由于配电线路避雷器的投资较大，为了节约成本，对于杆塔接地电阻较小的，只要在杆塔上设立避雷针，即可有效地提高线路的防雷水平，可以满足防雷的需要，接地阻应不大于10Ω。3）避雷器防雷接地引下线的接地方法，避雷器接地引下线单独接地，配电变压器金属外壳与低压侧中性点这两点连在一起在另一侧接地。

（3）在污染及雷害较严重的地区，10kV架空线路瓷瓶可考虑采用20kV等级配置。对其他的架空绝缘线路可增加绝缘子的单位爬电比距，调整绝缘子两端并联放电间隙，可以防止绝缘导线的绝缘层击穿。在试验室对架空绝缘导线的绝缘子两端并联保护间隙，做雷电冲击试验，结果表明：只要把间隙的放电电压调整到等于或略大于绝缘子的冲击放电电压，线路的雷电放电就会在保护间隙之间发生，从而可以有效防止绝缘导线的击穿，也就彻底解决了绝缘导线的雷击断线问题。

（4）降低配电设备的接地电阻。其一，每年雷雨季节前，应对线路上变压器接地电阻进行测试，如果发现不符合规定，及时采取补救措施。同时检查防雷设施尤其是对引下线在土壤交接处的检查和所有的接头的检查，使其达到要求。为了减小侧量误差和确保人身安全，应在断开接地引下线的情况下测量接地电阻值。

其二，在配电线路中，降低接地电阻的主要采用以下两种方法：1）水平接地体。一般在配电线路中均采用这种方式进行降阻，据相关调研中发现，这种方法难以达到目标值要求，且及易腐蚀，使用年限不长；2）施加降阻剂进行降阻，实践证明，在水平接地体周围施加高效膨润土降阻防腐剂，对降低杆塔的接地电阻效果明显。其中GPF-94高效膨润土降阻防腐剂具有较低的电阻率，加水后有较大的膨胀倍数(3～5倍)，施加在接地体周围相当于增大了接地体的有效截面，消除了接地体与周围土壤的接触电阻；具有较强的吸水性和保水性以及随时间推移不断向土壤中渗透和扩散，降低了接地体周围的土壤电阻率，因而具有较好的降阻性能，特别是对高土壤电阻率地区以及干旱地区的降阻效果最为明显。

五、结论

随着国民经济的发展与电力需求的不断增长，电力生产的安全问题也越来越突出。雷击跳闸一直是影响线路正常供电可靠性的重要因素。配网线路遭受雷击严重影响了供电的稳定性。因此，本文以配电线路被雷击断线和跳闸机理为抓手，总结出提高线路局部绝缘水平、安装避雷器、调整绝缘子两端并联放电间隙和降低配电设备的接地电阻四种措施，提倡因地制宜，合理地选择防雷保护措施，减少配电线路遭受雷击的机率，提高10kV电力系统防雷保护的效果。从而提高配电线路的安全运行，保障客户的安全用电，为供电企业创造更好的经济效益和社会效益。

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