山東新陽能源有限公司 李 晨

1 引言

雷擊跳閘是目前電力線路所遇到的主要自然故障之一，其不僅會導致電力線路不能穩(wěn)定運行，還會引發(fā)持續(xù)性的安全事故出現(xiàn)。為能夠有效避免這一問題，則要提高電力線路防雷措施的質量，本文主要以10kV電力線路為研究主線，加大對防雷技術的分析，以期能夠有效解決雷擊跳閘故障，提升電力線路運行的安全穩(wěn)定性。

2 雷電對電力線路的危害與應對

2.1 主要危害

當前我國的電力線路多采用架空方式布局，當出現(xiàn)了雷電危害以后，其會以兩種方式對電力線路進行破壞，一是雷電直擊，即巨型雷電流在對地阻抗上產(chǎn)生高電位差，從而造成線路絕緣閃絡事故；二是間接雷擊，即雷電擊落在附近的線路上，導線因電磁感應會產(chǎn)生感應過電壓，該種電壓的數(shù)值高于普通線路相電壓2倍以上，當線路絕緣超出承受能力之后，便會出現(xiàn)破碎，從而引發(fā)安全事故。除雷電故障會影響到電力線路本身的運行安全以外，還會沿導線將高電壓傳至變電站，從而導致變電站的防雷性能失效，變電站內的所有設備都會受到影響。

2.2 應對措施

當前雷擊所引起的線路閃絡問題主要以兩種形式呈現(xiàn)，一種是反擊；二是繞擊。在解決雷電故障問題時，一定要了解故障產(chǎn)生的機理，并制定有針對性的解決與防范措施。

反擊是指當出現(xiàn)了雷擊，并落在避雷線或者桿塔后，線路的絕緣上就會產(chǎn)生相應的大氣電壓，其會超過沖擊放電電壓，此時自桿塔到導線的絕緣會產(chǎn)生反擊行為，并使得電壓等于桿塔與導線之間的電位差。雷擊在桿塔以后，所有的電流都會流過接地裝置或者桿塔，但隨著時間的推移，相鄰的桿塔也會并入雷電流的傾瀉行為之中，這也使得電流入地作用越來越大，最終導致桿塔電位逐步降低。

如造成反擊的主要原因有：塔桿的耐雷水平較低、閃絡桿塔處于雷擊地區(qū)同一桿塔有多相閃絡、不同相近鄰桿塔可能同時閃絡等。因此，應提高10kV線路無架空地線的絕緣能力，同時也應降低架空電路地線的接地電阻。而造成繞擊事故的主要原因有：桿塔的耐雷絕緣水平設計較高、桿塔所處區(qū)域容易受到雷擊且落雷頻繁等，基于此要加強線路絕緣、降低桿塔接地電阻、重雷區(qū)線路應架設耦合地線等[1]。

3 10kV電力線路的防雷技術要點

3.1 主要防范思路

依照架空線路受到雷擊危害時的變化機理，可以將導致雷擊事故發(fā)生的階段，劃分為以下四個部分。

第一，架空線路受到雷電過電壓影響。造成這種情況的主要原因為，10kV電力線路的中心絕緣系統(tǒng)線路，多會使用混凝土或者金屬材質的電桿，這會降低線路絕緣的強度，因此無論是何等程度的雷擊形式，都會引起地線與導線的反擊，所以在該區(qū)域安設避雷線是無法有效防止雷擊事故出現(xiàn)的。建議在進出線的兩端一小段安設避雷針、避雷器、保護間隔措施。同時，在雷電頻發(fā)區(qū)域的線路，使用耦合架空地線[2]。

第二，架空線路受到閃絡故障影響。此時的保護線路導線不會直接接受雷擊，因此采用避雷線或者避雷針則會提高線路的防雷能力。同時如果能夠將架空線路改為電纜線路，也能夠提高10kV電力線路的防雷水平。

第三，輸電線路受到?jīng)_擊以后閃絡故障逐漸變?yōu)榉€(wěn)定的工頻電壓。此時應在多發(fā)雷電災害區(qū)域、易受到雷擊地點、山頂高位桿塔處的桿塔頂部設置避雷針等防雷設備，并優(yōu)化桿塔的接地線路。

第四，線路跳閘，電力線路中斷供電。如果山頂高處桿塔電阻沒有避雷器并且與橫擔接地，應通過連續(xù)伸長接地體和每基桿塔接地相連接，從而形成一個低電阻的通道，這樣可以有效防止桿塔的頂部與地面構筑物雷電場強發(fā)生變化。

通過上述“四道防雷防線”的布設能夠有效保障10kV線路的供電安全，并且可以防止雷電的侵害。除此之外，能夠還可以提升線路桿塔的平均高度，可以有效縮減對桿塔、避雷線等設施的投資成本。

3.2 避雷器的安裝

在安裝避雷器方面，建議選用氧化鋅避雷器，其可以提高線路的防雷水平。主要運作機理為：在桿塔具備良好接地的條件下，能夠有效減少由于雷電所形成的外過電壓，并可以將雷電流迅速導入地層之中，盡可能地保護了絕緣子，防止過大電壓與電流進入變電站內，可以避免變電站設備發(fā)生損壞。同時，由于雷電波長的時間為微秒級，會小于開關保護動作的時間，因此當保護動作來不及執(zhí)行跳閘任務時，就會返回，減少線路跳閘故障。

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但安裝氧化鋅避雷器也存在一定的缺陷，其會增加10kV電路的故障點，因此雖然提高了其防雷的水平，但卻降低了運行的安全系數(shù)。除此之外，部分地區(qū)的重雷區(qū)也存在連續(xù)雷擊的情況，如果每次的雷擊電流都存在過大的情況，則會導致氧化鋅避雷器的爆炸，從而引發(fā)線路接地等故障問題的出現(xiàn)。此時，工作人員就不得不開展停電作業(yè)，并進行維護與檢修[3]。

另如果避雷器的工作時間較長，受工頻電壓應力的影響，出現(xiàn)故障問題時，將會使線路的運行不穩(wěn)定。如此背景下，在10kV電力線路防雷中單獨安設避雷器的防雷時效性較低，建議與其他防雷設備設施共同使用。

3.3 避雷線的設置

在10kV電力線路中安設避雷線是常見的防雷技術之一，其具備以下防雷效益：第一，能夠有效防止雷電擊穿導線絕緣子所引發(fā)的安全事故。如果雷電直接擊落到導線上，絕緣子所承受的電壓將是架空避雷線的7倍以上，因此安設避雷線具有良好的直擊避雷效果。第二，降低塔頂電位，實現(xiàn)對雷電電流的分流。雷電通常會直擊電力線路系統(tǒng)的塔頂部位，而通過避雷線，則可以將高壓雷電電流進行分流，從而有效減少進入桿塔的雷電流，起到防雷的作用。第三，能夠降低被雷擊中桿塔絕緣子電壓，可以對導線起到耦合作用。第四，可以有效降低導致感應電壓的能力，在雷擊時會對導線起到一定的屏障作用，從而保證電力線路的安全。

在安裝避雷線時，應依照我國相關現(xiàn)行要求，嚴格按照標準執(zhí)行。其中10kV的架空線路，一般會采用全線架空的方式，進行避雷線路的設置。如果所處的位置有頻繁的雷電出現(xiàn)，則應架設雙避雷線路。在實際安裝作業(yè)過程中，避雷線與檔距中央的導線之間應保持安全距離，如果避雷線的安裝滿足最小的安全距離，當雷電擊落檔距中央避雷線時，多數(shù)情況下不會出現(xiàn)檔中閃絡的情況。如果雷電未能夠擊落在檔距的中央部位，則會被桿塔所吸引。此時，應提高桿塔的耐雷電與過電壓水平。同時，也要合理評測線路絕緣的電壓承受最大能力，避免絕緣強度不夠，從而降低了電力線路的整體防雷能力。

但從客觀的角度而言，設置避雷線也存在一定的風險問題，一是投資較大，且不便于工作人員的運檢維護；二是如果雷電直擊避雷線，但10kV線路與避雷線之間的距離低于1m且在桿塔接地質量不合格的情況下，也會出現(xiàn)閃絡故障。因此，在做好安全距離計算的同時，也要提高桿塔的接地質量。

3.4 間隙防雷技術

基本的防雷原理是當電力線路受到的雷電侵害以后，會在線路絕緣上產(chǎn)生一個其無法負荷的電壓，而此種大氣電壓會擊穿線路絕緣保護最弱的地方，從而將大量的雷電流導入地層中。在安設了間隙保護裝置以后，線路上最弱的絕緣點就是放電間隙，其能夠與對地絕緣相銜接，當雷電擊穿線路間隙以后，雷電流會進入地層，但此時的線路絕緣子或其他電力設備的絕緣子就不會再發(fā)生閃絡故障，從而達到防雷害的目標。當前依照間隙結構的不同，可以將該種防雷技術分為三種類型。

第一，棒型間隙。雖然防雷結構較為簡單，但存在伏秒特性較陡的問題，并且在每次放電結束以后，電極都會產(chǎn)生較為嚴重的燒傷事故，使其不能再繼續(xù)使用。

第二，球型間隙。相比棒型間隙結構而言，其伏秒特性較為平坦，因此對線路的防雷保護性能就會更高一些。但也同樣存在，在放電以后可能會出現(xiàn)燒傷的問題，這會導致間隙距離變大，不能保證在下一次雷擊事故時正確地發(fā)生動作，因此需要工作人員的時常維護，近幾年市面上應用此種間隙結構較少。

第三，角型間隙。其運作原理為，當其進行放電行為時，工頻電流會通過電極相距最近部位，并產(chǎn)生電弧。受到電動力與熱作用，會使得間隙上部的電弧拉長，這樣電弧便能自動熄滅。即便是在不熄滅的狀態(tài)下，電弧的上拉，也只會燒傷羊角間隙的端部，間隙距離最小部位不會出現(xiàn)燒傷事故，從而在下一次雷擊放電行為時，仍能正確動作，但其與絕緣子并聯(lián)使用，也存在產(chǎn)生強烈電弧的情況。但基于其基本特性，該種間隙結構是目前市面上應用較多的防雷舉措。

4 10kV電力線路防雷技術的優(yōu)化

4.1 避雷器并聯(lián)放電間隙技術

通過上述內容不難看出每種防雷措施雖然都有較好的防雷性能，但在實際使用的過程中，仍存在一些缺陷。為能夠有效提升10kV電力線路防雷技術的質量，則可以通過各類防雷措施結合使用的方式，提高運行線路整體的可靠性。其中將避雷器與并聯(lián)放電間隙防雷技術結合使用的方式，兩者可以呈現(xiàn)出互為備用的關系，以便提升線路的整體防雷能力[4]。

4.2 放電間隙串聯(lián)與輔助間隙

為避免間隙動作出現(xiàn)失誤的情況，3～35kV的保護間隙可以在其接地引下線之中串接一個輔助間隙，這樣就可以避免障礙物對中間隙所造成的短路影響，同時可以起到消除電弧的作用，輔助間隙距離可就見表1。除此之外，為了避免間隙動作過多，應在滿足保護間隙設備絕緣的條件下，盡量地增大間距，見表2，同時也要控制好距離避免間隙過大，使得雷電流不能有效導入地層之中。而主與輔之間的間隙應盡量靠近，其能夠提高對電力線路的保護力度，如果是在同一地點內3個間隙同用1個輔助間隙，可不必每一相都安裝，此種防雷方法不僅加工簡單，價格也相對便宜，可靠程度也比較高。

表1 各電壓輔助間隙距離一覽

表2 各電壓主間隙距離一覽

5 結語

電力企業(yè)在做好雷擊修復與處理的同時，更要通過提前安設防范措施的方式，不斷提升電力線路的防雷擊能力，只有這樣才能減少危險事故的發(fā)生。同時，本文也研究了關于10kV電力線路防雷技術優(yōu)化的方法，以期能夠推動電力線路運維檢修技術的高質量發(fā)展。