1.前言

配電線路運行數(shù)據(jù)表明，配電線路雷害事故頻繁發(fā)生，嚴重危害了配電網(wǎng)的供電可靠性和電網(wǎng)安全，影響人民群眾的生產(chǎn)、生活用電。因此，結合配電線路運行與雷害發(fā)生情況，研究配電線路的防雷保護措施具有相當重要的工程實際意義

2.線路防雷的概述

2.1 雷電的危害性

雷電引起的過電壓，叫做大氣過電壓。這種過電壓危害相當大。大氣過電壓可分為直接雷過電壓和感應雷過電壓兩種基本形式。雷電有下列危害：

(1)雷電的機械效應——擊毀桿塔和建筑，傷害人畜。

(2)雷電的熱效應——燒毀導線、燒毀設備、造成火災。

(3)電的電熱效應——產(chǎn)生過電壓，擊穿電氣絕緣、絕緣子閃絡、開關跳閘、線路停電或引起火災、人身傷亡等。

2.2 線路防雷的意義及措施

線路防雷的意義是采用技術上與經(jīng)濟上合理的措施，將雷擊事故減少到可以接受的程度，以保證供電的可靠性與經(jīng)濟性。為此，一般設有四道防線：

(1)不繞擊——用避雷線或改用電纜等措施，盡量使雷不繞擊到導線上

(2)絕緣子不閃絡——用改善接地或加強絕緣等措施，使避雷線或桿塔受雷擊后，絕緣子不閃絡。

(3)不建立穩(wěn)定工頻電弧——即使絕緣子串閃絡，也要它盡量不轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的工頻電弧，開關不跳閘。為此應減少絕緣子的工頻電場強度或者電網(wǎng)中性點采用不接地或經(jīng)消弧圈地的方式。這樣可使由雷擊引起的大多數(shù)單相接地故障能夠自動消除，不致引起相間短路和跳閘。

(4)不中斷電力供應——這是最后一道防線，即使開關跳閘也不中斷電力供應。為此，可采用自動重合閘或雙回路，環(huán)網(wǎng)供電等措施。

因此，在送電線路防雷中，允許有一小部分雷擊引起線路絕緣子閃絡，然后用減少建弧率以及自動重合閘的辦法，把雷害引起的停電事故數(shù)減少到可以接受的程度。

3.絕緣導線防止雷擊斷線和雷擊跳閘的研究成果

3.1 絕緣導線雷擊斷線的機理分析

以前采用裸導線時，當受到雷擊后(包括直接雷和感應雷)，會引起線路閃絡。此時，工頻續(xù)流引起的電弧由于受到電磁力的作用，使電弧向?qū)Ь€落雷點的兩側迅速流動，雷電流經(jīng)過開關、變壓器等設備處的避雷器迅速流入大地，或在工頻電流燒斷導線之前，引起跳閘，因而很少發(fā)生斷線事故。

但是，當絕緣導線遭受雷擊時，情況就完全不同，雷電過電壓引起絕緣子閃絡，并擊穿導線的絕緣層。而擊穿點附近的絕緣物，阻礙了電弧沿著導線表面向兩側移動。因而，電弧只能在擊穿點燃燒。高達數(shù)千安培的工頻電弧電流集中在絕緣擊穿點上，并在斷路器跳閘之前很快就把導線熔斷。

3.2 防止絕緣導線雷擊斷線和雷擊跳閘的防治措施

國內(nèi)外對防止絕緣導線雷擊斷線進行了許多實驗研究工作，介紹防止措施的資料是很多的，歸納起來，可以總結出以下一些主要措施。

(1)放電絕緣子

也稱放電絕緣子或鉗位絕緣子。

日本東京電力公司采用放電鉗位絕緣子以防止絕緣導線雷擊斷線。即在絕緣導線固定處剝離絕緣層，加裝特殊設計的金屬線夾。當雷電閃絡引發(fā)工頻續(xù)流時，工頻續(xù)流在該金屬線夾上燃弧直至線路跳閘以熄滅工頻續(xù)流，從而避免燒傷絕緣子和熔斷絕緣導線。

(2)架設架空避雷線

利用架空避雷線的屏蔽作用來保護配電線路，是一種傳統(tǒng)的有效方法。該方法的效果較好，而且可以免除維護，在空曠地區(qū)同桿架設架空避雷線對配電架空絕緣線路進行屏蔽保護，架空絕緣線上的感應電壓將降低(1-k)倍，k為避雷線與導線之間的耦合系數(shù)乘以沖擊系數(shù)。

表1 各級電壓線路應有的耐雷水平

表2 線路桿塔的工頻接地電阻

缺點：1)投資成本大。2)雷擊架空避雷線后容易造成反擊閃絡/定位高度較低的雷電先導容易產(chǎn)生繞擊閃絡：仍然可能引發(fā)工頻續(xù)流熔斷絕緣導線。3)防止繞擊的效果較差，易使線遭受反擊。

(3)保護間隙

保護間隙將電弧拉長，使電網(wǎng)電壓不能維持電弧燃燒，是一種最簡單的滅弧裝置。

缺點：1)間隙不能切斷雷電流之后的工頻短路電流，必須借助于自動重合閘配合來切斷電弧。2)間隙電壓擾動將影響電能質(zhì)量。3)間隙放電可能導致線圈形式的設備陡波擊穿。

4.配電線路防雷保護

γ落雷密度[次/(雷暴日·km2)]；b兩避雷線間距離，m；h避雷線平均對地高度，m；Td雷暴日數(shù)

4.1 配電線路耐雷性能的若干指標

4.1.1 耐雷水平(I)

它的定義是：雷擊線路時，其絕緣尚不至于發(fā)生閃絡的最大雷電流幅值或能引起絕緣閃絡的最小雷電流幅值，單位為kA。根據(jù)技術——經(jīng)濟綜合比較的結果，我國標準規(guī)定的各級電壓線路應有的耐雷水平值(通常指雷擊桿塔的情況)和超過該耐雷水平的雷電流出現(xiàn)的概率列于下表。可見即使是電壓等級很高的線路，也并不是完全耐雷的，仍有一部分雷擊會引起絕緣閃絡。

各級電壓線路應有的耐雷水平見表1。

4.1.2 雷擊跳閘率(n)

它是指在雷暴日數(shù)Td＝40的情況下、100km的線路每年因雷擊而引起的跳閘次數(shù)，其單位為“次／(100km·40雷暴日)”。當然，實際線路長度上不可能正好是100km，線路所在地區(qū)的雷暴日數(shù)也不可能正好是40，但為了評估處于不同地區(qū)、長度各異的配電線路的防雷效果，就必須將它們都換算到某一相同的條件下(100km，40雷暴日)，才能進行比較。

單是雷電流超過了線路耐雷水平，只會引起沖擊閃絡，只有在沖擊閃絡之后還建立起工頻電弧，才會引起線路跳閘。由沖擊閃絡轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定工頻電弧的概率稱為建弧率(η)，它與沿絕緣子串或空氣間隙的平均運行電壓梯度有關，可由下式求得

式中：E—絕緣子串的平均工作電壓梯度(有效值)，kV／m。

對中性點有效接地系統(tǒng)

對中性點非有效接地系統(tǒng)

式中：Un—線路額定電壓(有效值)，kV；

l1—絕緣子串長度，m；

l2—木橫擔線路的線間距離，m。

若為鐵橫擔或鋼筋混凝土橫擔線路，l2=0。如果E≤6kV(有效值)／m，得出的建弧率很小，可取≈0。

4.1.3 雷擊跳閘次數(shù)

g—擊桿率；P1—超過反擊耐雷水平I1的雷電流出現(xiàn)概率；Pα—繞擊(直擊)率；P2—超過繞擊耐雷水平I2的雷電流出現(xiàn)概率

4.2 線路雷害事故發(fā)展過程及防護措施

配電線路雷害事故的發(fā)展過程及相應的防護措施可利用下圖中的圖解加以說明。

只要能設法制止上述發(fā)展過程中任一環(huán)節(jié)的實現(xiàn)，就可避免雷擊引起長時間停電事故。這里扼要介紹一下現(xiàn)代配電線路上所采用的各種防雷保護措施：

4.2.1 避雷線(架空地線)

沿全線裝設避雷線直到目前為止仍然是110kV及以上架空配電線路最重要和最有效的防雷措施，它除了能避免雷電直接擊中導線而產(chǎn)生極高的雷電過電壓以外，而且還是提高線路耐雷水平的有效措施之一。在110~220kV高壓線路上，避雷線的保護角α大多取200~300；在500kV及以上的超高壓線路上，往往取α≤150。35kV及以下的線路一般不在全線裝設避雷線，主要因為這些線路本身的絕緣水平太低，即使裝上避雷線來截住直擊雷，往往仍難以避免發(fā)生反擊閃絡，因而效果不好；另一方面，這些線路均屬中性點非有效接地系統(tǒng)，一相接地故障的后果不象中性點有效接地系統(tǒng)中那樣嚴重，因而主要依靠裝設消弧線圈和自動重合閘來進行防雷保護。

4.2.2 降低桿塔接地電阻

這是提高線路耐雷水平和減少反擊概率的主要措施。桿塔的工頻接地電阻一般為10-30Ω，具體數(shù)值可按表2選取。

在土壤電阻率ρ≤1000Ω·m的地區(qū)，桿塔的混凝土基礎也能在某種程度上起天然接地體的作用，但在大多數(shù)情況下難以滿足上表中接地電阻值的要求，故需另加人工接地裝置。必要時還可采用多根放射形水平接地體、連續(xù)伸長接地體、長效土壤降阻劑等措施。

5.結束語

綜合上述，對于防止架空配電線路導線雷擊斷線措施是多種多樣的，各有優(yōu)缺點，采取了在架空配電線路安裝過壓保護器措施，有效地防止雷擊斷線事故發(fā)生，保證配電網(wǎng)安全運行。

雷擊斷線是絕緣導線特有的問題，應引起足夠重視并采取相應的措施；通過加強絕緣和加裝防雷支柱絕緣子或保護型絕緣間隙橫擔等新產(chǎn)品的應用并采用”疏導”和”堵塞”相結合的防雷措施的綜合應用，能有效地減少雷擊閃絡概率，避免雷擊斷線發(fā)生。雷電是一個古老而又復雜的自然現(xiàn)象，單純依靠某項保護措施難以解決絕緣配網(wǎng)的防雷問題，必須采取綜合防雷措施才能有效的防止雷擊事故發(fā)生。以上介紹的綜合防雷措施經(jīng)實際應用證明具有明顯的架空絕緣導線防雷和防止雷擊后導致絕緣導線斷線的效果。

[1]段建華.對配電線路防雷保護措施的探討[J].城市建設理論研究,2012(7).

[2]建筑物防雷設計規(guī)范.GB50057-94.

[3]計算機房防雷設計規(guī)范.GB-50174-93.