程志林

（廣東電網(wǎng)肇慶供電局，廣東 肇慶 526070）

配電網(wǎng)安全運(yùn)行的防雷措施探討

程志林

（廣東電網(wǎng)肇慶供電局，廣東 肇慶 526070）

分析雷電產(chǎn)生機(jī)理及雷擊過電壓形式，指出感應(yīng)雷過電壓是配電網(wǎng)安全運(yùn)行的雷害事故的主要原因。架空線防雷是配電網(wǎng)防雷的關(guān)鍵，需要從降低架空配電線路閃絡(luò)概率、防止雷擊架空絕緣線路斷線、避雷器與間隙配合、選用恰當(dāng)?shù)闹行渣c(diǎn)運(yùn)行方式、降低配電設(shè)備接地電阻并加強(qiáng)防雷保護(hù)多方位采取措施，提高供電可靠性。

架空線路；過電壓；防雷措施

架空線是裸露在大自然中，是雷害影響配電網(wǎng)安全運(yùn)行最主要因素。據(jù)肇慶地區(qū)跳閘事故統(tǒng)計(jì)，雷電引起的跳閘事故次數(shù)占所有跳閘事故的76％。在一些土壤電阻高、地形復(fù)雜、雷害多發(fā)的地區(qū)，雷害對配電網(wǎng)安全運(yùn)行的威脅就更為明顯。盡管經(jīng)過多年改造，肇慶地區(qū)城鄉(xiāng)電網(wǎng)狀況得到極大的改善，但在雷電活動頻繁地區(qū)，雷擊事故并沒根本的好較，嚴(yán)重影響供電可靠性。因此，解決配電網(wǎng)線路的雷害依然是電力生產(chǎn)一線工程師迫切的課題。

1 配電路線感應(yīng)雷過電壓

1.1 雷電的產(chǎn)生原理

帶電荷的雷云是引起雷電放電的唯一原因，或雷云內(nèi)部放電、或雷云之間放電或雷云對大地放電，通常研究的雷害是指雷云對大地放電。雷云對地放電過程分為先導(dǎo)放電階段、主放電階段、余光放電階段。由于雷云對大地的靜電感應(yīng)，在雷云負(fù)電荷與大地正電荷越積越多，開成巨大的電容器，此電容器的電場強(qiáng)度達(dá)到一定程度產(chǎn)生擊穿，一段指向大地的導(dǎo)電通道便打開了，這導(dǎo)電通道便是雷電先導(dǎo)，一段接一段的向前推進(jìn)，當(dāng)下行先導(dǎo)與地面發(fā)出的迎面先導(dǎo)相遇時(shí)實(shí)現(xiàn)正負(fù)極“中和”，產(chǎn)生巨大的瞬時(shí)電流，伴隨著閃電與雷鳴的出現(xiàn)，這就是主放電階段。主放電結(jié)束后，云中還帶有殘余的電荷也會經(jīng)過導(dǎo)電通道流下來，電流約數(shù)百安，持續(xù)時(shí)間相對長，這階段稱為余光放電階段。雷云分布不均勻還會引起第二個(gè)、第三個(gè)甚至更多的電荷中心向第一個(gè)電荷中心放電，由經(jīng)第一個(gè)導(dǎo)電通道流過大地，但電流相對較小。

1.2 配電線路雷擊過電壓形式

直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓是配電線路遭受雷害的兩種過電壓形式。直擊雷過電壓是指雷云直接擊中配電網(wǎng)的電力裝置、桿搭，伴隨著巨大的電流經(jīng)過被擊物體流入大地，致使極高的電壓降產(chǎn)生。感應(yīng)雷過電壓是雷電擊中大地時(shí)，處于擊中點(diǎn)附近的線路會因電磁感應(yīng)而產(chǎn)生過電壓的現(xiàn)象。據(jù)肇慶供電局近五年來的雷害事故統(tǒng)計(jì)，10kV架空配電線路遭受雷擊事故中，由雷擊產(chǎn)生的線路閃絡(luò)或故障，75％是由于感應(yīng)雷過電壓引起的，25％是由于直擊雷引起的。由此可見，架空配電路線雷擊形式主要是感應(yīng)雷過電壓，感應(yīng)雷過電壓及其防雷措施是研究本文的重點(diǎn)。

1.3 感應(yīng)雷過電壓產(chǎn)生及危害

雷云同時(shí)存在正負(fù)兩極雷電，但主要以負(fù)雷電為主。在負(fù)雷電在雷云放電開始前已經(jīng)向大地發(fā)展先導(dǎo)放電，在清電感應(yīng)的作用下，處于雷云與先導(dǎo)通道電場中的線路也會產(chǎn)生沿導(dǎo)線方向的電場，在場強(qiáng)的作用下，導(dǎo)線靠近先導(dǎo)一側(cè)形成束縛電荷，并向兩端運(yùn)動，經(jīng)中性點(diǎn)我泄漏電導(dǎo)流入大地。當(dāng)雷云對地放電，先導(dǎo)通道負(fù)電荷迅速中和，導(dǎo)線束縛電荷被釋放，沿導(dǎo)線形成感應(yīng)雷過電壓，這種靜電壓突然消失而引起的感應(yīng)過電壓是感應(yīng)雷過電壓的靜電分量。雷電通道中的雷電流在通道空間建立的強(qiáng)大電磁場變化產(chǎn)生的高壓稱為感應(yīng)雷過電壓的電磁分量。靜電分量比電磁分量要大很多，在感應(yīng)雷過電壓幅值構(gòu)成上，主要是看靜電分量的影響。

肇慶市10kV架空配電線路絕大多數(shù)絕緣子少，絕緣水平低，容易受雷害影響導(dǎo)致絕緣子閃絡(luò)或者三相導(dǎo)線對地閃絡(luò)。多數(shù)架空配電網(wǎng)采用中性點(diǎn)不接地的接地方式，在發(fā)生斷續(xù)性的弧光接地就會引起非常高的弧光過電壓，導(dǎo)致整個(gè)配電網(wǎng)中的絕緣薄弱設(shè)備都可能被放電擊穿，引發(fā)安全事故。當(dāng)感應(yīng)雷過電壓沿線侵入配電室或竄入低壓系統(tǒng)時(shí)，情況現(xiàn)危險(xiǎn)，不但損壞設(shè)備、造成停電事故，還威助人員的人身安全。

2 架空配電線路防雷措施

2.1 降低架空配電線路閃絡(luò)概率措施

由于雷云活動與放電形式原因，感應(yīng)雷過電壓盡管幅值小，但變化較大，容易造成絕緣擊穿。線路雷擊閃絡(luò)概率跟感應(yīng)過電壓與配電線路絕緣水平密切相關(guān)，用統(tǒng)計(jì)方法計(jì)算，可能認(rèn)為每個(gè)區(qū)間雷擊并引起絕緣子閃絡(luò)的次數(shù)疊加可得到全年雷擊的閃絡(luò)次數(shù)。由于配電線路絕緣水平較低，且還有采用塔多回路技術(shù)，受到線路間電氣距離的影響，一旦其中一會路線遭受雷害后，發(fā)生絕緣子對地?fù)舸?，那么在工頻電流影響下，持續(xù)的接地電弧使得空氣發(fā)生光游離與熱游離，引發(fā)短距離的其他回路發(fā)生接地事故，更嚴(yán)重的會引起多回路同時(shí)跳閘。針對這種情況，可以采取將絕緣導(dǎo)線代替裸線、更換絕緣子型號、增加絕緣子片數(shù)、增加絕緣子絕緣皮等等措施，增強(qiáng)路線的絕緣水平，降低感應(yīng)雷過電壓造成線路閃絡(luò)的概率，提高配電線路供電可靠性。

2.2 防止雷擊架空絕緣線路斷線措施

架空絕緣導(dǎo)線處于電纜和架空裸線之間，既能降低樹矛盾，又遠(yuǎn)低于電纜的投資。但當(dāng)發(fā)生雷電過電壓閃絡(luò)時(shí)，引起數(shù)千安培工頻續(xù)流，高溫弧根被固定在絕緣層的擊穿灼燒，使其脆化，降低導(dǎo)線拉斷強(qiáng)度；絕緣子閃絡(luò)在電弧通道上也會形成絕緣皮全針孔，導(dǎo)線表現(xiàn)產(chǎn)生紋痕；弧根產(chǎn)生的電磁推力與工頻短路電流的平方成正比，加上導(dǎo)線截面自身受到重力和張力的作用，使得導(dǎo)線受到多種力的作用。以上多種原因會導(dǎo)致架空絕緣導(dǎo)線在感應(yīng)雷過電壓下發(fā)生整體斷裂。

針對雷擊架空絕緣線路斷線機(jī)理，應(yīng)該采取三點(diǎn)預(yù)防措施：第一，安裝避雷器。借鑒輸電路線安裝避雷器的實(shí)踐防雷效果，可以在架空線路配電路線也使用此方法。選用目前較為先進(jìn)、認(rèn)可度比較高且免維護(hù)的氧化鋅避雷器，安排在配電路線容易遭受雷害段以及配電變壓品、柱上開關(guān)等配電設(shè)備，對配電線路進(jìn)行全面的保護(hù)；第二，提高線路局部的絕緣水平。為提高線路的沖擊放電電壓，采用架空絕緣導(dǎo)線固定處加厚絕緣的方式；第三，并聯(lián)放電間隙在絕緣子之間，使得間隙的放電電壓大于絕緣子的沖擊電壓，使得線路雷電放電只在保護(hù)間隙之間發(fā)生，防止絕緣導(dǎo)線絕緣層被擊穿。

2.3 避雷器與間隙配合保護(hù)線路

安裝避雷器是保護(hù)架空配電線路的非常好措施，但在實(shí)踐中大量使用避雷器，不僅成本高，而且運(yùn)行維護(hù)困難，因此，應(yīng)該是有選擇性地安裝避雷器，如在架空絕緣線與電纜轉(zhuǎn)換處安裝，在配電變壓器、刀閘、柱上開關(guān)等重要設(shè)備處安裝，在雷害事故多發(fā)段安裝，線路T接處、分支處桿塔安裝等。同時(shí)要科學(xué)設(shè)計(jì)保護(hù)間隙，配合避雷器保護(hù)配電線路。設(shè)計(jì)保護(hù)間隙時(shí)應(yīng)當(dāng)達(dá)到兩方面要求：一是設(shè)計(jì)保護(hù)間隙要耐受操作過電壓，不應(yīng)被正常系統(tǒng)預(yù)測的操作過電壓所擊穿；二是保護(hù)間隙距離要滿足雷擊線路閃絡(luò)時(shí)迅速捕捉電弧根部，將故障電流引入大地，使得電弧盡可能不接觸到絕緣子表面，從而起到保護(hù)導(dǎo)線、絕緣子、線路零部件的作用。配電網(wǎng)安裝保護(hù)間隙還有解決絕緣線路紛雷擊損傷、避免絕緣子長時(shí)間爬弧而燒傷、有利于提高 重合閘的重合成功率、運(yùn)行維護(hù)也簡介，可以用肉眼進(jìn)行檢查。

2.4 選用恰當(dāng)?shù)闹行渣c(diǎn)運(yùn)行方式

10kV架空配電路線的雷擊建弧率與中性點(diǎn)運(yùn)行方工密切相關(guān)，實(shí)踐表明，采用科學(xué)的中性點(diǎn)運(yùn)行方式，可以有效地降低配電路線的雷擊建弧率。選用恰當(dāng)?shù)闹行渣c(diǎn)運(yùn)行方式需要從三個(gè)方面發(fā)出：

第一，可以采用消弧線圈補(bǔ)償工頻續(xù)流方法。配電線路選用中性點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地的中性點(diǎn)運(yùn)行方式，配電網(wǎng)的單相接地電流得到自動補(bǔ)償裝置實(shí)時(shí)的自動補(bǔ)償，使得接地電弧小于熄弧零臨界值，以達(dá)到熄滅的目的，有效地降低了電弧的建弧率。

第二，安裝自動跟蹤補(bǔ)償消弧裝置。長期的實(shí)踐證明，在電容電流超過10A的配電網(wǎng)安裝自動跟蹤補(bǔ)償消弧裝置可以有效地將殘流控制在10A以下，熄滅接地電弧，控制弧光接地過電壓的發(fā)生，這是解決長期以來因雷電過電壓引起的配電網(wǎng)弧光接地過電壓與鐵磁諧振過電壓的可靠措施。

第三，根據(jù)不同網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)選用不同的中性點(diǎn)接地方式。如純架空配電線路時(shí)宜采用消弧線圈；架空線與電纜混合中，當(dāng)電纜占總長度50％時(shí)，慎投消弧線圈；當(dāng)電纜占總長度70％以就當(dāng)采用經(jīng)小電阻接地和配合零序保護(hù)方式運(yùn)行。

2.5 降低配電設(shè)備接地電阻并加強(qiáng)防雷保護(hù)

在配電線路運(yùn)行中，降低接地電阻通常有水平接地體和施加降阻劑進(jìn)行降阻的兩種方法。水平接地體是最常見的降阻方式，但在高土壤電阻率和干旱地區(qū)效果不明顯，而且容易腐蝕，使用年限比較短。施加降阻劑進(jìn)行降阻是水平接地體方式的一個(gè)很好的補(bǔ)充，在水平接地體周圍施加高效膨潤土降阻防腐劑，相當(dāng)于增大接地體截面，具有很強(qiáng)的吸水性和保水性，并隨時(shí)間而滲透與擴(kuò)散，有效降低接地土壤的電阻。另外，還需要加強(qiáng)如配電變壓器、柱上開關(guān)、電纜分接箱等配電設(shè)備的防雷保護(hù)，選用一些體積小、重量輕、易安裝且具有防水、耐污、防爆和密封性能好避雷器進(jìn)行防雷保護(hù)，配電變壓器要求執(zhí)行“三點(diǎn)共一地”的接地方法等等。

3 結(jié)語

架空配電線路能否安全運(yùn)行，關(guān)鍵在于防雷措施是否到位。雷害事故的發(fā)生是由多方面原因共同造成的，防雷措施需要全方位的考慮，降低架空配電線路閃絡(luò)概率、防止雷擊架空絕緣線路斷線、避雷器與間隙配合、選用恰當(dāng)?shù)闹行渣c(diǎn)運(yùn)行方式、降低配電設(shè)備接地電阻并加強(qiáng)防雷保護(hù)等措施在一定程度上達(dá)到防雷的目的，但要永絕雷患，還需要更深入的研究。

[1]陳維江.防止10kv架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線用穿刺型防弧金具的研究[J].電網(wǎng)技術(shù)，2005（20）.

[2]王宇，楊文彥.配電變壓器防雷保護(hù)措施分析[J].貴州電力技術(shù)，2006（03）.

程志林（1960—）男，廣東肇慶人，主要從事：配電線路運(yùn)行維護(hù)管理工作。