电力系统配网设备防雷保护研究

摘要：配电网防雷的主要目的是减少线路雷电跳闸次数、减小配网设备损害的可能性。近年来，10kV线路雷电灾害事故频繁，严重损害了供电网的安全、有效运行。文章介绍了10kV配电网防雷现状，并针对阳江城区供电局电网的实际情况提出了电力系统配网设备的防雷保护措施。

关键词：电力系统；配网设备；防雷保护措施；雷电；供电网

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）31-0098-02

在电力系统中，由于雷击的影响，线路总会出现跳闸的电路故障事件，严重影响了电网的安全、有效运行。雷击不仅能造成线路的跳闸，它的每一次闪络都会在电路系统中引起强烈的震动，甚至可能损坏设备，导致大面积停电，给社会经济发展带来了巨大的损失。近年，气候变化越来越明显，雷电活动越发频繁，另外，国家电网建设的不断深入，雷击引起的线路故障问题持续升温，因此，必须加强对电力系统配网设备防雷保护研究。

1 10kV配电网防雷现状

10kV配电网的网络结构复杂、绝缘水平低、容易遭受雷击，据相关调查结果可知，我局地处广东省西部沿海地区，雷雨较多，雷击跳闸率占配电网总故障率的70%，特别是在多雷、土壤电阻率较高、地形结构复杂的地区。每一次的雷击闪络，都可能引起变压器、避雷器等设备的损坏，造成输电线路停运。严重情况时，有些变电所10kV线路在雷电活动频繁时全部跳闸，严重影响了电网的安全、经济运行。

2 10kV架空线的防雷保护

2.1 降低杆塔接地电阻

降低杆塔接地电阻能够增强配网线路的耐雷能力，减少线路中雷击跳闸现象的发生。它是通过降低杆塔的冲击接地电阻来增强线路抵抗耐雷能力的一种防雷技术。其工作原理是：当杆塔接地电阻较低时，雷击杆塔塔顶，塔顶电位升高的程度下降，绝缘子承受的电压强度也降低，进而增强了线路的抵抗耐雷能力，最终有效地减少了线路的雷击跳闸次数。降低杆塔接地电阻主要包含物理降阻和化学降阻这两种方式，其中物理降阻包括使用符合接地体、增加接地体长度和接地体的埋设深度等；化学降阻主要是指在接地体周边敷设降阻剂，降低了电阻率，从而降低了接地电阻。

2.2 安装线路避雷器

在线路杆塔上安装避雷器，将其和线路绝缘子串并联，提高安装处线路的绕击水平和增强抵抗耐雷能力，并有效保护绝缘子不闪络，降低雷击跳闸的发生。避雷器提高耐雷水平的工作原理是：线路安装避雷器后，当雷电绕击线路时，绝缘子串两端产生过电压，当过电压大于动作电压时，避雷器动作，通过阀片的非线性伏安特性，制约避雷器残压小于线路绝缘子串的闪络电压。雷电流经过避雷器释放后，通过避雷器的工频电流较低，工频电弧在首次经过零时熄灭，线路两侧断路器不会跳闸，电力系统仍正常运行。

2.3 采用新型绝缘子

将原来的瓷质绝缘子换成新型玻璃材质的绝缘子后，由于玻璃钢绝缘子失效后出现零值时发生破裂，它的失效检出率高于瓷质绝缘子，明显提高了线路的绝缘水平，降低了闪络事故的发生。

3 10kV架空绝缘导线的防雷保护

架空绝缘导线在遭受雷击后，直击雷电压或者感应过电压作用于导线，引起绝缘子闪络并穿过导线绝缘层。由于被击穿的绝缘层呈现针孔状，短路电流受周边绝缘的阻断，弧根只能在针孔位置燃烧，在较短的时间内导线能被烧断，且断裂处比较整齐。实践证明，架空绝缘导线在遭受雷击时，断线大多发生在绝缘线和导线的固定处。

3.1 安装架空地线和避雷器

3.1.1 架空地线主要是用来预防直击雷，在10kV架空线路中效果不是很明显，且安装架空地线时应该对已经存在的杆塔进行大规模改造，有些甚至还需要重新组合设立，增加了施工难度系数和成本投入。

3.1.2 安装避雷器是较为常见也是最容易实现的方法。与传输线路相比，配电线路中需要保护的位置更多，无法彻底消除配电线路的雷击故障。大量研究表明，安装避雷器的密度和制约雷电感应过电压的水平成正相关，因此，为有效避免或者降低配电线路中的雷电事故发生率，应保证所有杆塔均安装避雷器。可以采用带串联间隙的架空配电线路附加外套避雷器的方式安装避雷器。当雷击线路后，穿透了避雷器间隙，雷电流经过间隙到避雷器再到大地，从而保护了绝缘导线。具体操作是将避雷器和绝缘子采用并联的形式连接。

3.2 增加局部导线的绝缘厚度或者延长闪络路径

雷电过电压作用在配电线路上，一旦绝缘子的绝缘水平在过电压峰值下面，配电线路就会出现闪络。闪络后可能产生工频续流，出现配电线路短路故障，其中线路的工作电压、闪络路径长度、发生闪络的时间、雷击电流强度和线路参数是决定闪络后能否引发短路的主要因素，其中线路的工作电压和闪络路径的长度是最为重要的影响因素。对于中性点非直接接地的配电系统，当线路工作电压和闪络路径长度的比值变小时，则雷电闪络引起短路的可能性就比较小；当该比值在7～10kV/m范围内，由雷电闪络引起短路的可能性基本为零。

3.3 在架空绝缘导线上安装防弧金具

安装防弧金具时需要破坏绝缘导线的绝缘层。电力系统中的架空绝缘导线主要包括辐射型线路和环网线路，其中对于辐射型线路，将导线的绝缘层以绝缘子串轴线为初始位置向负荷端剥离100～150mm，且在负荷剥离段的侧面加设一个较厚的铝合金线夹。如果雷击引起绝缘子闪络，工频续流电弧在点动力的影响下立即顺着被剥离的导线向防弧线夹慢慢靠拢，同时弧根固定在防护线夹上开始燃烧；对于环网线路，将绝缘子两端的绝缘子先分别剥离100～150mm，且被剥离段的两侧都应加设防弧线夹。如果雷击引起绝缘子闪络后，工频续流电弧在点动力的影响下快速顺着剥离导线段朝着背离电源的

方向防护线夹靠拢，同时弧根固定在防弧线夹上燃烧。

4 10kV电缆的防雷保护

设置电力电缆时应全面分析自身结构特征，并考虑与之连接的相关的电气设施的要求，参照不同等级的电压选取可行的防雷方法。若电缆和架空线相连时，应遵循相应的运行规范和运行流程，在所有户外电缆的顶部安装避雷器，并保证电缆屏蔽层有效接地，另外，在运行维护过程中应确保防雷装置接地。

5 10kV配变的防雷保护

通常在配变高压熔断器熔断后避雷器无法保护配变台架，为有效避免此种问题的出现，一般将避雷器安装在高压熔断器的前端。另外，还可以利用电抗器的原理阻止雷电侵入，将配变线的进线端缠绕成直径100mm、10匝的电感线圈，并采取多种预防保护措施。参照相关规范要求，若配变总容量超过100kVA，应保证接地装置的接地电阻在4Ω以下；若配变总容量在100kVA以下的，相应的接地装置的接地电阻应该小于10Ω，同时保证每一个重复接地装置的接地电阻不得超过30Ω，并至少有三处重复接地处。在配变台架中，为避免雷击损坏绝缘子，对其角铁横担采用接地引下线有效接地。另外，配变两端均应该安装避雷器装置。

6 380V低压线的防雷保护

作用在低压线的落雷，作用的冲击波按照变压比感应到高压线，由于低压线的绝缘度大于感应到高压线的，导致高压线首先引起绝缘击穿。因此，在低压线上安装避雷器等保护装置，制约在低压绕阻上出现过大的电压，也能保护高压绕阻，且保证避雷器的接地点到铁壳间的线路越短越好。

7 10kV配电设备的防雷保护

7.1 电缆分支箱及开关柜的防雷保护

电缆分支箱和开关柜在配电线路普遍存在，在10kV供电系统中应该采取一定的措施抑制感应雷过电压，一般在10kV配电设备中安装避雷器，安装的避雷器应具备防水、耐污、密封性较好等特点，并且体积较小，便于安装。

7.2 柱上开关的防雷保护

为保证电网的稳定运行，在10kV电网中安装一定的柱上开关和刀闸，能提高配电网运行的灵活性，但是在实际应用过程中，容易忽视这些开关的防雷保护。如果柱上开关和刀闸处的避雷器安装不完全或者单纯在一侧安装避雷器，一旦开关断开，将会引起雷电波的完全反射，损坏开关设备。因此，应该在柱上开关或者刀闸两侧都安装避雷器进行防雷保护。

8 结语

10kV线路的防雷保护是一项复杂、系统的工作，由于雷击发生的情况具有多变性且影响因素较多，因此，一定要根据各地区实际情况，参照电力科学，认真分析和研究防雷现状，找到雷害事故频繁发生的原因，加大配网设备的防雷保护研究，探求改进和完善配网设备的防雷措施，最终保证电网系统的安全、经济运行。

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作者简介：项宁（1965-），广东阳江人，广东电网公司阳江城区供电局电气工程师。