电力系统的防雷保护方法

■ 南阳市电业局 魏秋辉

雷电是自然界中极为壮观的声、光、电现象。它有着划破长空、耀眼闪光和震耳欲聋的霹雳声，给人类生活和生产活动带来很大的影响。目前，人类尚未掌握和利用它，处于防范它造成危害阶段。雷电具有极大的破坏作用，不仅能够击毙人畜、劈断树木、破坏建筑物及各种工农业设施，还能够引起火灾和爆炸事故。雷电以其极大的破坏力给人类社会带来了惨重的灾难。近几年来，雷电灾害频繁发生，对国民经济造成的危害日趋严重。因此，防雷是电力系统一项重要的防火防爆安全措施。

1 电力线路的防雷保护措施

1.1 高压架空线路的防雷保护措施

架空线路因设在户外，一般来说容易遭受雷击，所以应预先采取防雷保护措施。3～10kV架空电力线路的防雷保护措施如下。

提高线路本身的绝缘水平。在线路上采用瓷横担，这种线路的耐雷水平要比铁横担线路高的多。当线路受到雷击时，发展成相间闪络和建立稳定的工频电弧，造成雷击跳闸的次数要比铁横担线路少的多。在铁横担混凝土电杆线路上，为了提高防雷水平，可改用高一绝缘等级的绝缘瓷瓶。

利用三角形顶线作保护。由于3~10kV线路通常是中性点不接地的，因此如在三角形排列的顶相绝缘子上装以保护间隙，则在雷击时顶线承受雷击，间隙击穿，对地泄放雷电流，从而保护了下面两根导线，一般也不会引起线路跳闸。

加强对绝缘弱点的保护。线路上个别特别高的电杆，线路的交叉跨越处，线路上的电缆头、开关等处，就全线路来说，它们是线路的绝缘薄弱点。雷击时，这些地方最容易发生短路。对这些薄弱点处，需装设管型避雷器或保护间隙加以保护。

采用自动重合闸或自重合闸熔断器作辅助防雷措施。实践证明，当线路受到雷击时，要完全避免相间短路是不可能的（特别是3~10kV线路上）。此时线路断路器跳闸或者熔断器自动跌开，电弧熄灭，经过0.5s或稍长一点时间后又自动合上，电弧一般不会复燃，又能恢复供电。线路受到雷击后停电时间很短，对于一般用户影响不大，从而可以减轻雷害事故的影响。

此外，为了进行系统无功补偿，提高线路电压水平，有时还在高压配电线路上装设移相（补偿）电容器。装在高压架空线路上的电容器既属较贵重设备，又是线路中的绝缘薄弱点，故应安装阀型避雷器或保护间隙予以保护。

1.2 低压架空线路的防雷保护措施

220 / 380V低压架空线路的分布很广且密，尤其在多雷区单独架设的低压线路，很容易受到雷击。同时，由于低压架空线直接引入用户，而低压设备绝缘水平很低，人们接触的机会又多。因此，必须考虑对低压架空线路的保护，以及当雷击线路时雷电波沿线路侵入用户室内的防雷保护问题。其具体措施如下。

一般用户低压线路及接户线的绝缘子铁脚宜接地。当其上落雷时，就能通过绝缘子铁脚放电，把雷电流泄入大地而起到保护作用。其接地电阻不应超过30Ω。凡土壤电阻率在200Ω·m以下地区的铁横担水泥杆线路，因连续多杆自然接地作用，可不再另设接地。

对于重要用户，宜在电压线路进入室内前50m处安装一组低压避雷器，进入室内后再装一组低压避雷器。

室内有电力设备接地装置的建筑物，在入口处宜将绝缘子铁脚与接地装置相连，可以不必另设接地装置。

人员密集的公共场所（如影剧院、教室等）及由木杆或木横担引下的接户线，其绝缘子铁脚应接地，并要设置专用的接地装置。但水泥电杆（即钢筋混凝土杆）的自然接地电阻若不超过30Ω的可不设。

年平均雷暴日不超过30天的地区，凡低压线路被建筑物及树木屏蔽，或接户线距低压干线接地点不超过50m的，由于遭雷击机会较少，其接户线的绝缘子铁脚可不接地。

在多雷区或易遭雷击的地段，直接与架空线路相连的电表宜设防雷装置。

3～10kV电压等级的Y，yn0或Y，y接线的配电变压器，宜在低压侧装一组阀型避雷器或保护间隙。变压器低压侧中性点不接地时，应在中性点处装设击穿保险器。

对于一般用户，可在低压进线第一支持物处，装一组低压避雷器或者击穿保险丝，亦可将进户线的绝缘子铁脚接地，其工频接接地电阻不应超过30Ω 。

对于易受雷击的地段，直接与架空线路相连的电动机或电能表，宜加装低压避雷器或间隙保护。

2 配电变压器和柱上开关的防雷保护

2.1配电变压器的防雷保护

2.1.1 6～10 / 0.4 kV 、Y 、yn0 接线的配电变压器

为了防止雷电侵入波破坏变压器，高压侧一般应装设阀型避雷器，为了提高保护效果，保护装置应安装在高压侧熔断器内侧。

避雷器的接地引下线应与变压器中性点及金属外壳连接在一起后共同接地，其工频接地电阻应满足最低值要求，以保证高压侧雷击避雷器时，变压器绝缘上所承受的电压接近于避雷器的残压，以得到绝缘配合。

避雷器接线端到变压器外壳的连接线应尽量短。因接地连接线有电感，当雷电流通过时，其电感与长度成正比，压降与避雷器的残压叠加后共同作用到变压器的绝缘上。

变压器低压侧应装设一组220V避雷器、440V压敏电阻或击穿保险器，以防止逆变换波和低压侧的雷电侵入波击穿高压侧绝缘。这是为了防止低压侧落雷“反击”到一次侧而必须采取的措施。

2.1.2 6～10 / 0.4 kV 、Y 、yn 接线的配电变压器

对于低压侧中性点不接地的配电变压器，除应满足上述要求外，还要在中性点增设击穿保险器（即保护间隙）。击穿保险器的一端必须与总接地网相连。

在正常情况下，击穿保险器处于绝缘状态，系统不接地；当高压侧窜入低压侧时，击穿保险器的空气隙被击穿，故障电流经接地装置泄入大地，该电流即为高压系统的接地短路电流，它可以引起高压系统的继电保护装置动作，切除故障。

2.1.3 35 / 0.4 kV直压配电器

其高、低压侧都要装设阀型避雷器。在35 / 0.4 kV直压配电器与避雷器之间，要增设一组电感器，直径为 20 cm、30 匝左右、长度24 cm，电感量约为10μH。用以限制雷电侵入波的陡度和幅度。

2.1.4 用独立避雷针保护6~10 kV 变配电所时，独立避雷针至配电装置带电部分的空间距离应满足有关计算的要求；对未设所用变压器的6~10 kV配电所，其防雷措施仅为在每条架空进出线上装设一组阀型避雷器即可。

2.2 柱上油开关或负荷开关的防雷保护措施

对于6～10 kV柱上油断路器或负荷开关(习惯上称柱上油开关), 负荷开关或隔离开关的防雷保护问题,实践中也应予充分重视。

由于柱上油断路器或负荷开关多为线路分段或切合变压器用，就其影响范围而言，它比变压器重要。而且这些设备相间距离小，绝缘水平低，常因雷击闪络而引起变电跳闸。因此，也必须用阀型避雷器或保护间隙进行保护。

对于经常开路运行的柱上油断路器，它相当于线路的终端。当开关的某一侧线路落雷时，由于雷电波的反射叠加作用，会使雷电压成倍抬高，对开关的危害很大。为此，应在开关的两侧安装避雷器。对经常闭路运行的柱上油断路器、负荷开关或隔离开关，可只在电源侧安装避雷器。且应将接地线与开关外壳相连，以使外壳与避雷器放电的电位相等，防止对外壳放电。

3 电机的防雷保护和冲击接地电阻

3.1旋转电机的防雷保护措施

旋转电机(包括发电机、调相机、变频机和电动机等)由于结构上的特点，其绝缘水平相对来说比较低，而旋转电机的作用又很重要，因此对它的防雷保护问题应予充分重视。旋转电机若经变压器再与架空线路相接时，一般不要求对它们采取特殊的防雷保护措施。因为经过变压器转换的雷电波，除了极少数情况外不会引起电机的绝缘损坏；当旋转电机未经变压器而直接和架空线路连接时间（常称直配线电机），则对它的防雷保护问题就显得重要了。

旋转电机的保护应同时考虑到主绝缘、匝间绝缘及中性点绝缘的保护。为此，采用专用的避雷器（FCD）及电容器作为基本保护元件。另一方面再完善进线保护，以便限制通过避雷器的雷电流，使其不超过额定值，从而保证电机绝缘与避雷器特性配合。故直配电机的进线保护，是利用进线段上装设的管型（阀型）避雷器或保护间隙，将线路遭雷击时的雷电流绝大部分泄放入地，同时利用进线电感或互感的限流作用，使FCD避雷器中通过的电流限制在3～5kA以下。

旋转电机的保护方式，可根据电机容量、雷电活动的强弱和对供电可靠性的要求加以确定。

3.2 过电压保护的冲击接地电阻

对电气设备过电压保护的冲击接地电阻的规定，可按照有关要求处理。

4 10kV配电线路防雷措施

为了提高10kV配电线路的耐雷水平，在农网改造的线路中应尽量选择瓷横担，因为瓷横担的耐雷水平是铁横担针式绝缘子的3倍多。对于现有铁横担线路，应更换成高一级的绝缘子。

对于中性点不接地的10kV配电线路，发生单相接地时，线路不会引起跳闸，因此说防止相间短路是线路防雷的基本原则。

10kV配电线路遭受雷击后，往往造成绝缘子击穿和导线烧断事故，尤其是对于多雷区的钢筋混凝土杆铁横担的线路最为突出，所以在这些绝缘薄弱点必须有可靠的电气连接并与接地引下线相连。引下线可借助钢筋混凝土杆的钢筋焊连，接地电阻小于30Ω 。

对于个别高的杆塔、铁横担、带有拉线的部分杆塔和终端杆等绝缘薄弱点，应装设避雷器进行保护。

对于10kV配电线路相互交叉和与较低电压线路、通讯线、闭路电视线交叉的线路，其交叉时上下导线间的垂直距离最小允许值应符合有关规程中规定的数值。如果工作距离小，空气间隙可能被雷电所击穿，使两条相互交叉的线路发生故障跳闸，并将引起线路继电保护的非选择性动作，从而可能扩大为系统事故。所以在线路交叉跨越地段的两端，有必要加装配合式保护间隙。

架设在多雷区的分支线路应装设一次重合装置，以防止雷击危害。线路遭雷击后，雷电闪络产生稳态的工频电弧使相间短路，当开关跳闸后电流被切断，电弧熄灭，其绝缘一般能够较快恢复。经一定时间重合后，电弧一般不会重燃，重合成功率较高。这样可以提高可靠性。

5 10k V配电设备防雷保护

配电变压器按照现行规范采用阀型避雷器来保护。阀型避雷器越靠近变压器安装保护效果越好，一般要求装在高压跌落保险丝内侧。必须使避雷器的残压小于配电变压器的耐压，才能有效地对变压器起保护作用。

避雷器的选择应与线路额定电压相符。若避雷器额定电压高于设备额定电压，设备受雷击时将失去可靠保护；避雷器额定电压低于设备额定电压，在正常的过电压下避雷器频繁动作引起线路接地跳闸。

当变压器容量在100kVA 及以上时，接地电阻应尽可能降低到4Ω以下；当变压器容量小于100kVA时，接地电阻在10Ω及以下即可。如果达不到上述要求，应改造接地网，使其阻值下降，从而使雷电流流过接地线引起的电位降低。

在配电变压器低压侧也装设保护装置。10kV配电变压器只在进线处安装避雷器不能保护配电变压器低压侧低压绕组，而且由于低压侧落雷也将造成雷电冲击电压直接通过计量装置加在低压绕组上，按变比感应到高压侧产生高电压，有可能首先击穿高压绕组。同时，雷电冲击电压通过低压线路侵入用户，造成家用电器的损坏。所以在配电变压器低压侧应装设低压避雷器（以装设一组FYS型低压金属氧化物避雷器为宜）或500V的通讯用放电间隙保护器，并将避雷器、变压器外壳和中性点可靠接地。

在配电变压器进线处装设电抗器。电抗器可以利用进线制作，用进线绕成直径 100mm 、10～20匝的电感线圈，阻止雷电波的入侵，保护变压器。

避雷器安装要规范。避雷器的接地要良好，接地线连接要可靠。农村配电变压器避雷器安装工艺差、引线细、接头松动或开路造成避雷器失去保护作用而导致配电变压器遭雷击烧坏是较常见的，所以防雷引线的截面积、引线连接头、接地体埋设都要符合有关防雷接地规程要求。

按期进行预试和检修，避雷器要按照规程要求进行定期绝缘电阻、工频放电电压试验，对不合格和有缺陷的避雷器进行更换。FS阀行避雷器经过一段时间运行后，因避雷器自身老化，其工频放电电压下降，绝缘电阻降低。当其工频放电电压低于23kV，绝缘电阻低于2000MΩ时必须更换。对接地引下线，接地装置要定期巡视检修。雷雨季节前要清扫瓷体，紧固接头，损坏部位立即更换。

综上所述，我们可以了解，雷电对于电力系统的危害以及预防方法和措施。只要我们采取合理的保护措施，我们就能尽可能地减少雷电的造成危害，保证电力系统的长期安全稳定运行，让电力更好的为我们服务。

[1] 谈文华 、万载扬 主编《实用电气安全技术》机械工业出版社 1998年6月

[2] 张庆河 主编 《电气与静电安全》 中国石化出版社2005年5月

[3] 唐定曾 唐海 主编《建筑电气技术》机械工业出版社1998年6月