鐘政權(quán)

(珠海市恒源電力建設(shè)有限公司，廣東 珠海 519000）

在城市10kv配電線路運(yùn)行的總跳閘次數(shù)中，雷擊事故是引起線路跳閘的主要因素之一，特別是在地形復(fù)雜、檔距大和多雷的地區(qū)。根據(jù)氣象部門有關(guān)數(shù)據(jù)顯示，廣東地區(qū)屬于雷害天氣多發(fā)地區(qū)，年平均雷害日達(dá)70余天。多年來，10kv配電線路在運(yùn)行過程中遭遇雷擊的事故時有發(fā)生，這不僅影響到配電線路的運(yùn)行，給工農(nóng)業(yè)的發(fā)展帶來損失，嚴(yán)重的情況下會導(dǎo)致配電設(shè)備和用戶設(shè)備的損壞，造成大面積的停電。因此，有必要對城市10kv配電線路的防雷措施進(jìn)行探討，總結(jié)出合理、科學(xué)的防雷保護(hù)措施，以提高配電線路的防雷水平，減少配電設(shè)備及用戶設(shè)備的雷擊損壞率，從而確保配電線路的運(yùn)行安全。

圖1 電磁場分析感應(yīng)雷過電壓示意圖

1 10kV配電線路雷擊過電壓形式

1.1 直擊雷過電壓

直擊雷過電壓是雷云擊中桿塔、電力裝置等物體時，強(qiáng)大的雷電流流過該物體泄入大地，在該物體上產(chǎn)生的很高的電壓降。

1.2 感應(yīng)雷過電壓

研究表明，10kV架空配電線路由雷擊引起線路閃絡(luò)或故障的主要因素不是直擊雷過電壓而是感應(yīng)雷過電壓，配電線路遭受直接雷過電壓的概率很小，約占雷害事故的20%，感應(yīng)雷過電壓導(dǎo)致的故障比例超過80%。因此10kV配電線路的防雷研究主要針對感應(yīng)雷過電壓。

2 感應(yīng)雷過電壓的危害

絕大多數(shù)10kV線路為1～2片絕緣子，由于絕緣水平低，感應(yīng)雷過電壓易導(dǎo)致絕緣子閃絡(luò)。感應(yīng)雷過電壓同時存在于三相導(dǎo)線，相間不存在電位差，故只能引起對地閃絡(luò)。

3 感應(yīng)雷過電壓的計(jì)算

由于靜電分量是架空線路感應(yīng)雷過電壓防護(hù)的主要影響因素，因此在感應(yīng)雷過電壓計(jì)算中，應(yīng)以靜電感應(yīng)電壓的計(jì)算為主。在過電壓計(jì)算中可假設(shè):(1)先導(dǎo)通道中的電荷均勻分布;(2)空間電場由先導(dǎo)電荷形成;(3)先導(dǎo)通道中的電荷在主放電時是全部瞬時被中和，主放電通道是垂直向上，不考慮分支。

圖1是應(yīng)用電磁場分析計(jì)算感應(yīng)雷過電壓示意圖。設(shè)雷擊點(diǎn)O距架空線正下方地C點(diǎn)的水平距離為S，導(dǎo)線離地高度為hd。

通過電磁分析可得，線路感應(yīng)雷過電壓為

上面計(jì)算的是桿塔正對雷電處導(dǎo)線上的感應(yīng)雷過電壓。導(dǎo)線上距離桿塔中心點(diǎn)為x處的過電壓與中心點(diǎn)的感應(yīng)雷過電壓的計(jì)算方法相同，只需將式(1)中的S換為

對于導(dǎo)線平均高度為10m的配電架空線路，若雷擊點(diǎn)距離此線路50m，雷電流幅值為100kA，無任何保護(hù)措施時，感應(yīng)雷過電壓的最大值約為500kV。由于10kV配電線路的絕緣水平較低，在如此高的過電壓下，極易發(fā)生絕緣擊穿、閃絡(luò)、斷線等事故。因此，必須采取有效措施來抑制感應(yīng)雷過電壓，確保配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

4 引起線路閃絡(luò)的雷電流與雷擊點(diǎn)的關(guān)系

設(shè)線路桿塔高度為15m，線路對地平均高度hd=11m，根據(jù)規(guī)程，在2hd=22m寬范圍內(nèi)的落雷均被視為直擊雷。當(dāng)感應(yīng)雷過電壓Ug超過線路絕緣子50%放電壓，即Ug＞U50%時，絕緣子將發(fā)生閃絡(luò)，根據(jù)式(2)，引起線路閃絡(luò)的雷電流應(yīng)滿足

當(dāng)線路采用S-210/Z瓷橫擔(dān)，其50%放電電壓U50%=210kV，則在導(dǎo)線高度一定的情況下，最小閃絡(luò)電流Imin(簡稱閃絡(luò)電流)為

可見，當(dāng)x一定時，隨著S的增大，引起線路閃絡(luò)的雷電流幅值增大。當(dāng)S一定時，隨著x的增大，線路發(fā)生閃絡(luò)的雷電流幅值增大。即雷擊點(diǎn)越遠(yuǎn)，擊距 越大，引起線路閃絡(luò)的雷電流幅值越大。由于式(4)中S和x的對稱性，閃絡(luò)電流僅與雷擊點(diǎn)與桿塔中心的相對距離有關(guān)，與雷擊點(diǎn)的具體位置無關(guān)。

5 10kV配電線路防雷措施研究

5.1 線路防雷水平與電桿高度關(guān)系可見，電桿高度越高，同樣的擊距下，閃絡(luò)電流將越小。因此要提高線路的防雷性能，在滿足電網(wǎng)安全運(yùn)行的條件下，應(yīng)盡量選擇高度小些的電桿。

5.2 線路防雷水平與線路絕緣水平的關(guān)系

當(dāng)線路分別采用不同等級的絕緣子S-280/Z、S-210/Z、S-185/Z 時，可見，線路絕緣水平越低，同樣的擊距下，閃絡(luò)電流越小。因此，要提高線路的防雷水平，應(yīng)加強(qiáng)線路的絕緣水平。

表1 更換絕緣子前后線路的防雷水平

表2 11號桿高度更換前后防雷水平的變化

5.3 避雷器的作用

在配電線路上安裝避雷器來防護(hù)雷電過電壓是世界各國廣為采用的一種方法。線路安裝避雷器后，當(dāng)雷擊桿塔，雷電流產(chǎn)生分流，一部分雷電流通過桿塔流入大地，當(dāng)雷電流超過一定值后，避雷器加入分流，大部分雷電流通過避雷器流入導(dǎo)線，傳播到相鄰桿塔。若線路遭受感應(yīng)雷過電壓，雷電流沿線路向?qū)Ь€兩側(cè)傳播，當(dāng)雷電流超過一定值后，線路避雷器加入分流，大部分雷電流通過避雷器流入大地。線路避雷器與絕緣子并聯(lián)，具有良好的鉗位作用，避雷器的殘壓低于絕緣子串50%放電電壓，即使雷擊電流增大，避雷器的殘壓僅稍有增加，絕緣子仍不致發(fā)生閃絡(luò)。這也是線路避雷器防雷的重要特點(diǎn)。雷電流過后，流過避雷器的工頻續(xù)流僅為微安級，流過避雷器的工頻續(xù)流在第一次過零時熄滅，線路斷路器不會跳閘，系統(tǒng)恢復(fù)到正常狀態(tài)。

6 提高10kV配電線路防雷水平的措施

6.1 某10kV線路基本參數(shù)

某供電所一條重要供電線路的接線方式為放射式。該線路從957號110kV某變電站出線，于14號桿處T接石夾支線，采用LJ-70導(dǎo)線，總長5.06km，所經(jīng)路段為沿海地區(qū)，共48基桿，其中轉(zhuǎn)角桿和耐張桿3基，為3號、6號和16號桿，直線桿45基，除11號桿因跨106公路而采用15m桿外，其余桿均為12m，跨距較大，全線采用S-210/Z瓷橫擔(dān)。該線路6號桿上安裝柱上油開關(guān)1組、線路氧化鋅避雷器6只，23號桿處110kV線路跨越該線路，安裝氧化鋅避雷器3只，4號桿和7號桿處該線路跨越220V線路。

6.2 提高線路防雷水平的措施

10kV配電線路一般采用8m或9m桿，使用的電桿較高，能引起線路閃絡(luò)的最小雷電流僅為19kA，該線路每100km年閃絡(luò)次數(shù)達(dá)到18.18。因此需要提高線路的防雷水平，特別是11號桿處曾發(fā)生過雷擊斷線，更應(yīng)加強(qiáng)防雷，以降低該線路的雷擊跳閘率。

(1)更換線路絕緣子

將現(xiàn)有線路絕緣子S-210/Z更換為高一級的絕緣子S-280/Z，見表1所示?？梢?，更換以后，無論何種擊距，線路防雷水平均可提高33%。

(2)11號桿更換為12m桿

將原15m的11號桿更換為12m桿，更換前后線路的耐雷水平如表2所示?？梢姡鼡Q以后，無論何種擊距，11號桿處防雷水平均可提高15%。

結(jié)語

城市10kv配電線路的安全運(yùn)行是確保城市工農(nóng)業(yè)用電和人們生活用電的重要保障。因此，電力管理人員應(yīng)該對線路的防雷保護(hù)措施進(jìn)行研究，找出配電線路雷擊事故頻發(fā)的主要原因，同時結(jié)合現(xiàn)場的情況來區(qū)分每種保護(hù)措施的針對性和有效性，因地制宜地采取不同的防雷手段，以此確保配電線路的安全運(yùn)行。

[1]鄺健怡.對做好10kv配電線路防雷措施的幾點(diǎn)體會[J].科技與企業(yè).2012(09).

[2]段建華.對配電線路防雷保護(hù)措施的探討[J].城市建設(shè)理論分析.2012(7).