10 kV配电线路防雷保护措施的研究

杨健承

摘 要：结合配电线路感应雷跳闸的特征，建立并分析了感应雷跳闸计算模型。阐述了10 kV配电线路在3种方案下感应雷跳闸频率的变化情况，并提出了有效的防雷措施。

关键词：10 kV配电线路；不平衡绝缘；避雷器；保护间隙

中图分类号：TM862 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.04.113

随着我国经济的不断增长，电力资源的需求量越来越高，配电线路的建设任务也越来越重大。由于配电线路常设置在雷电频繁地区，使雷击事故时有发生。因此，加强配电线路的雷电防护措施，是降低配电线路跳闸率的重要方法。下面对该方面进行讨论、分析。

1 10 kV配电线路的感应雷跳闸频率

由于我国≤60 kV电压等级的电网一般采用中性点非直接接地的方式。一相绝缘闪络后，接地电流很小，电弧很快自熄，不会引起跳闸，线路可继续配电；如果发生两相绝缘闪络，则会形成相间短路、线路跳闸，导致配电中断。

图1为雷击10 kV线路附近大地时产生的感应雷过电压示意图。其中，雷击点与10 kV线路的水平距离为S. 此时，A，B，C三相将同时产生感应电压。当A，B两相产生的感应过电压大于绝缘子串冲击电压耐受值U50%时，A，B两相将同时对地闪络，造成相间短路，最终使线路跳闸；当A，B，C三相的感应过电压大于绝缘子串冲击电压耐受值U50%时，三相几乎同时对地闪络，造成三相短路，最终使断路器跳闸。

在我国规定中，雷击大地时在导线上产生的感应过电压为：

很多研究表明，雷击点距离线路65 m以内时，一般会直击杆塔和线路。因此，笔者认为，65 m是10 kV配电线路发生感应雷过电压的最短距离，即S≥65 m。

在线路上产生感应雷过电压的雷电流幅值临界值应满足以下表达式：

式（2）中：I0为在线路上产生感应雷过电压的雷电流幅值临界值；hc为线路的平均高度；U50%为线路绝缘子串冲击闪络电压。

当雷电流幅值为I时，造成线路产生感应雷过电压的最大距离Sm应满足：

因此，10 kV配电线路的感应雷击跳闸频率为：

式（4）中：ρ（I）为雷电流幅值概率密度函数，我国规定的雷电流幅值概率函数为lgP=-I/88.

发生双回的同时，因感应雷过电压而跳闸的频率为：

式（5）中：l为两相水平排列导线之间的距离。

10 kV配电杆塔如图2所示。杆塔上、中、下三相导线挂点高度分别为13 m、12 m、11 m，横担长度为1 m，采用瓷横担绝缘子，绝缘子串闪络电压U50%=250 kV，干弧距离为0.38 m。将上述参数代入式（4）和式（5）得出，NSFFOR1=11.11，NSFFOR2=10.65.

2 绝缘配置

绝缘水平低下是10 kV配电线路雷击跳闸事故频发的根本原因，因此，加强绝缘能够提高线路的耐雷水平。目前，国内外对10 kV配电线路的绝缘配置进行了大量研究，主要包括以下3方面：①更换冲击电压耐受性能更高的绝缘子；②采用不平衡绝缘的配置方式；③采用绝缘横担或绝缘塔头。

表1为几种不同绝缘子U50%、雷击跳闸频率与双回同跳频率的比对。

目前，该地区10 kV配电线路直线塔已用瓷横担绝缘子S-185替换了绝缘水平低下的针式绝缘子P-15.

在同塔多回输电网中，采用不平衡绝缘能够降低双回同时跳闸的概率，能明显降低线路雷击跳闸的概率。

针对10 kV配电线路绝缘水平低的问题，采用绝缘横担代替铁横担，并通过一系列雷电冲击实验等电气性能实验和机械性能实验，实验结果表明：绝缘横担可大幅提高线路的绝缘水平，且满足耐污、机械性能的要求。但随着10 kV配电线路绝缘水平的提高，雷电波会在线路中传播至线路终端，使线路终端避雷器动作过于频繁，进而导致损坏事故频发，一旦变压器被烧坏，则会造成重大损失。

3 避雷器

安装线路避雷器是10 kV配电线路降低跳闸故障频次最有效的方式之一。

由避雷器具有的动作特性可知，当安装相导线上产生的感应过电压使避雷器动作，冲击电流入地时，该相导线与其他相导线存在耦合，耦合部分的电压与其他相导线自身产生的感应过电压相互叠加，使绝缘子两端的电压变低，从而使耐雷水平得到提升。

在同塔双回线路的上、中、下相分别安装1组2个避雷器，能使线路的防雷性能提高至55%以上。在中相导线安装1组2个避雷器时的防感应雷效果最佳。

由于10 kV配电系统一般为中性点不接地系统，发生相间短路故障后，才会造成线路调整事故。因此，在一回两相安装避雷器时，理论上的感应雷跳闸率为0.

避雷器在10 kV配电系统防雷中具有优异的性能，具体如表2所示。

由表2可知，避雷器的损坏主要表现为内部氧化锌电阻片炸裂和绝缘筒爆裂。因此，10 kV配电避雷器的检测和日常维护工作是非常重要的。

4 其他防雷措施

4.1 加装保护间隙

当线路处于正常运行状况时，保护间隙处于工频电场之中，但电场强度较低，无法将空气间隙击穿，其对线路正常运行无影响；当导线发生雷击时，在导线与大地之间出现较高的雷电过电压，此时由于间隙的放电电压低于绝缘子串放电电压，雷电过电压通过间隙放电，工频持续电流在间隙间燃烧，受到电弧电动力和风的作用会逐渐熄灭，进而使绝缘子串得到保护而免于损坏；如果导线为绝缘导线时，间隙防雷装置可有效保护绝缘导线，避免发生雷击断线事故。由于空气绝缘可在短时间内自行恢复，且间隙放电属于瞬时性事故，从而可提高重合闸的成功率。但在加装保护间隙后，会造成线路耐雷水平降低，进而增大跳闸事故发生的概率。

4.2 降低接地电阻

降低接地电阻可大幅降低输电线路反击跳闸率。这是因为10 kV配电线路雷击跳闸主要是由感应雷引起的，而降低接地电阻有利于雷电流冲击波的泄放，从而避免设备被雷电冲击波破坏。此外，降低10 kV配电线路的接地电阻可降低雷击大地时杆塔的电位，从而防止雷电波通过地面反击配电线路。

4.3 架设避雷线

雷击大地时，由于避雷线和导线之间存在耦合，作用在导线绝缘子两端的电压将降低。因此，避雷线能提高配电线路对感应雷的耐雷水平。但在引雷作用加强后，会使更多的雷击打在配电线路上，进而可能引发更多的雷击灾害。

5 结束语

综上所述，使用绝缘水平更高的绝缘子能直接提高10 kV配电线路的耐雷水平。在同塔双回线路中的一相安装避雷器，能明显提高线路的防雷效果。对于绝缘子等配电设施容易损坏的配电线路，应在跳闸率允许的前提下安装保护间隙保护，以确保线路设备的安全。

参考文献

[1]李琳，齐秀君.配电线路感应雷过电压计算[J].高电压技术，2011，37（5）：1093-1099.

[2]陈浩，姜建勋.10 kV配电线路雷害事故分析及防雷措施仿真研究[J].电瓷避雷器，2011（04）：73-77.

〔编辑：张思楠〕