楊敏

摘 要：廣東省雷暴發(fā)生頻率位于全國(guó)第二，雷電災(zāi)害性天氣頻繁，雷擊對(duì)導(dǎo)致配網(wǎng)架空線路跳閘的主要原因，嚴(yán)重制約著供電可靠性，文章從配網(wǎng)雷害產(chǎn)生的機(jī)理及其影響因素，并從架設(shè)避雷線、安裝避雷器和過(guò)電壓保護(hù)器、中壓架空線路防雷接地要求等方面總結(jié)分析配網(wǎng)線路防雷措施。

關(guān)鍵詞：配網(wǎng)線路；防雷；避雷線；避雷器；過(guò)電壓保護(hù)器；接地

中圖分類(lèi)號(hào)：TM863 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2018）32-0122-02

Abstract： The frequency of thunderstorm in Guangdong Province is the second in the whole country， the lightning disaster weather is frequent， the main reason that the lightning strike causes the overhead line trip of the distribution network， restrict the reliability of the power supply seriously. This paper introduces the mechanism of the lightning disaster of the distribution network and its influence factors. The lightning protection measures for distribution network lines are summarized and analyzed from the aspects of setting up lightning wires， installing lightning arresters and over-voltage protectors， and the requirements for lightning protection and grounding of medium-voltage overhead lines.

Keywords： distribution line； lightning protection； lightning protection wire； lightning arrester； overvoltage protector； grounding

1 概述

隨著當(dāng)前社會(huì)經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)的不斷升級(jí)和優(yōu)化，人民的工作生活條件和品質(zhì)的不斷改善，人民群眾對(duì)美好生活的向往對(duì)供電可靠性的要求越來(lái)越高。在十九大以來(lái)，電力部門(mén)把以滿足人民群眾美好生活的電力需要作為一切工作的出發(fā)點(diǎn)和落腳點(diǎn)。當(dāng)配網(wǎng)線路發(fā)生故障時(shí)，不但中斷供電，影響人們的正常生產(chǎn)生活用電，還會(huì)給社會(huì)造成經(jīng)濟(jì)損失，甚至?xí)?lái)不良的社會(huì)影響。在這個(gè)供電可靠性和客戶服務(wù)要求越來(lái)越高的時(shí)代，還可能造成不良的社會(huì)影響。而廣東屬于多雷區(qū)，雷暴發(fā)生頻繁，配網(wǎng)線路由于雷電引起的故障仍占很大比例。為此，為確保配網(wǎng)線路安全穩(wěn)定運(yùn)行，配電線路防雷措施進(jìn)行分析探討顯得非常有必要。

2 配網(wǎng)雷害機(jī)理

2.1 雷害的種類(lèi)

配網(wǎng)架空線路上產(chǎn)生雷電過(guò)電壓分為直擊雷過(guò)電壓和感應(yīng)雷電過(guò)電壓。[1]直擊雷是指帶電的云層對(duì)電力線路、設(shè)備直接放電的現(xiàn)象，雷云在這極短的時(shí)間內(nèi)將其所蘊(yùn)藏的能量釋放出來(lái)，其峰值電壓通常能夠達(dá)到幾萬(wàn)伏甚至幾百萬(wàn)伏，瞬時(shí)功率非常大，具有非常強(qiáng)的破壞性[3]。帶電云層與大地間產(chǎn)生強(qiáng)大的靜電場(chǎng)因雷擊的放電，正負(fù)電荷猛烈地中和而導(dǎo)致附近地面上的導(dǎo)體、輸電架空線路、金屬管道等感應(yīng)產(chǎn)生的束縛電荷因不能及時(shí)迅速流散而形成了感應(yīng)過(guò)電壓。

2.2 線路遭雷擊跳閘的機(jī)理

當(dāng)配網(wǎng)線路遭受雷擊過(guò)電壓時(shí)，要使配網(wǎng)線路開(kāi)關(guān)跳閘必須同時(shí)滿足兩個(gè)條件：第一，雷電過(guò)電壓幅值超過(guò)線路的絕緣水平，引起線路絕緣沖擊閃絡(luò)；第二，沖擊閃絡(luò)繼而轉(zhuǎn)為穩(wěn)定的工頻電弧之后，開(kāi)關(guān)才會(huì)動(dòng)作。因?yàn)槔纂姴ǔ掷m(xù)時(shí)間只有幾十微秒，斷路器來(lái)不及動(dòng)作。同時(shí)絕緣子和空氣間隙在沖擊閃絡(luò)之后，轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的工頻電弧具有一定概率。正常10kV線路中性點(diǎn)不接地，當(dāng)線路發(fā)生單相對(duì)地閃絡(luò)時(shí)，因?yàn)闆](méi)有形成回路，流過(guò)故障點(diǎn)的電流為線路對(duì)地電容電流之和，電流非常小，因此開(kāi)關(guān)并不跳閘，只有當(dāng)雷擊造成兩相或三相絕緣閃絡(luò)時(shí)，即發(fā)生相間短路，巨大的短路電流超過(guò)開(kāi)關(guān)保護(hù)動(dòng)作電流，才可能引起跳閘。

2.3 設(shè)備遭雷擊故障的機(jī)理

當(dāng)配網(wǎng)設(shè)備遭受雷擊時(shí)，要使線路跳閘必須具備兩個(gè)條件：（1）雷電過(guò)電壓造成絕緣閃絡(luò)；（2）由二相以上的短路而引起工頻續(xù)流將設(shè)備損壞。感應(yīng)雷過(guò)電壓一般同時(shí)存在于配網(wǎng)線路的三相導(dǎo)線，因?yàn)槿鄬?dǎo)線之間不存在電位差，只能引起對(duì)地閃絡(luò)，如果兩相導(dǎo)線或三相導(dǎo)線同時(shí)對(duì)地閃絡(luò)就會(huì)形成相間閃絡(luò)事故。除同一桿的相間短路外，存在不同桿間的異相接地。

3 10kV配電線路防雷措施分析

目前配網(wǎng)線路中的防雷措施重要通過(guò)合理配置防雷裝置，如避雷線、避雷器、過(guò)電壓保護(hù)器等裝置；并通過(guò)有效的接地方式為雷電流提供通道，從而減少配網(wǎng)線路的雷害事故。

3.1 架空避雷線

避雷線架設(shè)在架空線路的上方，用以保護(hù)架空線路免受直接雷擊，同時(shí)可降低在線路上產(chǎn)生的感應(yīng)電壓，它的原理和功能與避雷針基本相同[2]。但架空避雷線也存在局限性：（1）線路架設(shè)避雷線后，雷電仍可能繞擊架空線路；（2）投資的成本大，對(duì)老舊線路改造施工難度大，需線路停電；（3）架空避雷線受雷擊后容易對(duì)線路造成反擊閃絡(luò)，同時(shí)仍可能產(chǎn)生雷電繞擊閃絡(luò)，引發(fā)工頻續(xù)流熔斷架空線路或開(kāi)關(guān)跳閘。

3.2 線路避雷器

在配電線路上安裝避雷器來(lái)進(jìn)行防護(hù)雷電過(guò)電壓是廣為采用的一種方法，在線路上安裝避雷器，保護(hù)電氣設(shè)備免受瞬態(tài)過(guò)電壓危害并限制續(xù)流時(shí)間，在保護(hù)設(shè)備的同時(shí)降低線路因雷擊引起跳閘的幾率。它的防雷機(jī)理是當(dāng)過(guò)電壓超過(guò)避雷器的放電電壓時(shí)，避雷器在納秒級(jí)內(nèi)導(dǎo)通釋放過(guò)電壓能量，同時(shí)維持較低的殘壓以防止線路短路跳閘；雷電流通過(guò)后，避雷器快速熄弧，切斷工頻續(xù)流[4]。

但是避雷器在提高線路耐雷水平、降低雷擊跳閘率的同時(shí)存在以下的局限性：（1）避雷器動(dòng)作電壓、殘壓等參數(shù)在生產(chǎn)時(shí)已固定，不能進(jìn)行調(diào)節(jié)，因此不能根據(jù)設(shè)備絕緣水平的差異實(shí)現(xiàn)差異性的保護(hù)和精細(xì)保護(hù)；（2）同時(shí)避雷

器通流容量的局限，當(dāng)避雷器通過(guò)的雷電流較大，超出了避雷器的瞬態(tài)散熱能力，造成避雷器溫度急劇上升，造成避雷器爆炸；（3）長(zhǎng)期在電網(wǎng)額定電壓下運(yùn)行，避雷器閥片易發(fā)生電腐蝕導(dǎo)至電老化、損壞，當(dāng)避雷器線路接地故障。（4）避雷器在運(yùn)行時(shí)需要定期對(duì)避雷器進(jìn)行試驗(yàn)或輪換，

運(yùn)行維護(hù)的工作量大，而且運(yùn)行成本較高。

3.3 線路過(guò)電壓保護(hù)器

線路過(guò)電壓保護(hù)器是由非線性電阻限流元件（氧化鋅閥片）串聯(lián)放電間隙組成的防雷設(shè)備，如我們常用的外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器。它的工作原理是通過(guò)氧化鋅非線性電阻限流元件與絕緣子串聯(lián)間隙的引流環(huán)的相互配合，快速切斷在雷電過(guò)電壓造成的工頻續(xù)流，有效限制雷電過(guò)電壓，防止線路斷線跳閘。雷電沖擊過(guò)后，電網(wǎng)的系統(tǒng)工作電壓直接加在避雷器本體上，因氧化鋅閥片的工作特性，避雷器本體瞬間恢復(fù)到高阻抗阻斷狀態(tài)，工頻續(xù)流被抑制在很小的范圍內(nèi)無(wú)法建弧，串聯(lián)間隙絕緣性能迅速恢復(fù)正常，因而避雷器和線路恢復(fù)到正常運(yùn)行狀態(tài)。線路過(guò)電壓保護(hù)器與避雷器相比有以下優(yōu)點(diǎn)：（1）正常運(yùn)行工況

下避雷器本體不需要承受系統(tǒng)電壓，不存在老化問(wèn)題，使用壽命長(zhǎng)，運(yùn)行維護(hù)工作量?。唬?）即使避雷器本體因雷擊損壞或運(yùn)行時(shí)間長(zhǎng)而老化，因其有串聯(lián)放電間隙使避雷器本體與線路隔離，不會(huì)引起線路發(fā)生接地故障；（3）無(wú)需設(shè)置專(zhuān)門(mén)接地，安裝簡(jiǎn)便。但存不足之處是保護(hù)范圍有限，需加大安裝密度，在投資較大，增加桿上設(shè)備數(shù)量，對(duì)安裝工藝要求高等[5][6]。

3.4 防雷接地要求

中壓架空線路防雷接地要求：（1）配置固定外串聯(lián)間

隙避雷器的桿塔原則上可利用鋼筋混凝土電桿或鐵塔的自然接地作為防雷接地，無(wú)需設(shè)置專(zhuān)門(mén)接地。有需要的可設(shè)置專(zhuān)門(mén)接地。原則上人口密集地區(qū)的桿塔應(yīng)設(shè)置專(zhuān)門(mén)接地，同時(shí)其接地電阻的要求不應(yīng)大于10Ω。建議有條件的情況下，盡量設(shè)置專(zhuān)門(mén)接地。（2）對(duì)新投運(yùn)桿塔，其接地裝置按要求需須選用Ф16圓鋼，同時(shí)為減少引下線被盜發(fā)生，將桿塔接地引線的位置提高到離地4m以上，臺(tái)架接地引線的位置提高到離地2.5m以上。

柱上設(shè)備的防雷接地要求：（1）接地形式：設(shè)備保護(hù)用避雷器的接地線應(yīng)與設(shè)備金屬外殼連接，然后再接地。這樣做的優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備絕緣只承受避雷器的殘壓，否則還應(yīng)包括地電壓。（2）接地電阻：配置無(wú)間隙避雷器的桿塔應(yīng)設(shè)專(zhuān)門(mén)接地，柱上開(kāi)關(guān)的防雷接地電阻應(yīng)不大于10Ω，臺(tái)變的防雷接地電阻應(yīng)根據(jù)容量匹配：容量大于或等于100kVA時(shí)接地電阻應(yīng)不大于4Ω，容量小于100kVA時(shí)接地電阻應(yīng)不大于10Ω。

4 結(jié)束語(yǔ)

10kV配電線路防雷工作是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)工程，各供電部門(mén)應(yīng)結(jié)合本地的線路設(shè)備、運(yùn)維水平、投資狀況綜合考慮選取可靠的防雷措施。同時(shí)在配網(wǎng)日常運(yùn)維和防雷改造項(xiàng)目中應(yīng)認(rèn)真總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，及時(shí)消除缺陷和隱患，不斷完善配電線路的防雷措施，確保配電網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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