青藏高原地区10kV架空配电线路防雷措施研究

刘国强

摘 要：本文针对青藏高原地区年雷暴日数远高于同纬度地区，10kV架空配电线路易遭受雷击，造成配电线路发生闪络，架空导线雷击断线的现状，分析、减少降低绝缘闪络、短路故障跳闸和雷击断线事故的防护措施，采用穿刺型防弧金具与串联外间隙氧化锌避雷器配合对10kV架空配电线路进行保护，结合青藏高原地区地址条件复杂，土壤电阻率高的情况提出切实可行的接地降阻方法。

关键词：青藏高原;10kV架空配电线路;线路防雷措施

1 概述

夏季青藏高原是巨大的热源区，高原主体上空气流以上升运动为主，而南北两侧各有一个下沉气流区与之相联系。研究表明，由于高原特殊的地形分布，其热力和动力作用会对其上空的大气环流产生强烈影响，导致青藏高原成为全年对流云出现最多的地区之一，其阵型降水日数、雷暴日数、冰雹日数远高于长江中下游地区。青藏高原不少地区年雷暴日数都在50-70天，是全国雷暴的次中心。[1]雷击易造成输配电线路绝缘闪络、短路故障跳闸、雷击断线等事故，严重威胁电力系统运行的安全性和可靠性。本文在收集、分析10kV配电线路防雷技术的基础上，面对10kV架空配电线路运行严峻的防雷形势，提出较为有效的防雷保护措施，旨在总结经验、分析不足，为10kV配电电线路安全可靠运行提供依据。

2 雷电对架空线路的危害

当架空线路受到雷电直击或线路附近发生落雷时，导线上会因为直击产生巨大的雷电流或因电磁感应产生过电压。当雷电直击产生的雷电流流过导线时，会产生大量的热量。如果热量超出导线的承受能力，便会导致导线烧断或断股。感应雷引起的过电压往往高达线路相电压的几倍甚至几十倍，使线路绝缘发生单相或多相闪络，造成配电线路跳闸，甚至设备烧毁等事故，不仅影响设备的安全运行，而且严重影响了日常生产、造成了较大的经济损失。

3 10kV架空配电线路防雷保护措施

10kV架空配电线路杆塔高度通常很低，且分布广，绝缘水平也较低，因此，线路附近落雷引起感应过电压的概率远高于线路直接遭受雷击。而10kV架空线路附近大地遭受雷击时，会使线路上三相同时产生感应过电压，从而造成两相或三相绝缘子同时发生闪络。[2]因此，由雷电直击造成10kV架空线路断线事故的概率很小，而感应雷过电压则是引起10kV架空线路雷击跳闸的主要原因。有研究表明，感应雷过电压引起的闪络或故障约占雷击跳闸事故的90%[3]所以，10kV架空配电线路防雷保护的重点应为防止感应雷过电压引起的绝缘闪络。

3.1 采用穿刺型防弧金具 穿刺型防弧金具，具有成本低廉，安装维护方便的特点。如图1所示，穿刺型防弧金具由高、低压电极构成G1、G2 两个间隙，分别用于释放和熄灭雷电冲击电弧。其中高压电极与绝缘导线穿刺连接，引出高电位，且配戴了绝缘罩，用于给工频电弧弧根的运动留有通路，低压电极安装于绝缘子底部。该防弧金具能够在绝缘子闪络之前放电，从而使电弧在金具上释放能量燃烧，减少绝缘闪络和导线断线事故的发生。在10kV配电网的实际运行中，对于易发生雷击跳闸事故的线路杆塔每基安装支柱绝缘子配合穿刺型防弧金具的方法已经取得了显著的效果。

图1  穿刺型防弧金具的构成[4]

3.2 串联外间隙氧化锌避雷器 普通的线路避雷器虽然能够提高线路的耐雷水平，但是因长期承受工频电压，还要间歇地承受雷电过电压及工频续流，很容易老化而产生故障。为弥补这种缺陷，可在10kV配电线路上使用带串联外间隙的氧化锌避雷器。氧化锌阀片具有很理想的非线性伏安特性，在额定电压下，其对应的电流一般不超过A。因此，氧化锌阀片在工作电压下相当于一个绝缘体。

由于氧化锌的理想非伏安特性，氧化锌避雷器在正常运行中不受工作电压的影响，因而避免了自带火花间隙的一系列缺点。相比带火花间隙的传统避雷器，氧化锌避雷器具有耐污性能好，无放电时延等优点，因而有更低廉的制造和维护成本和更好的保护性。在实际的线路防雷工作中，应结合实际经验，在重要配电线路和易遭受雷击段每基杆塔安装串联外间隙的氧化锌避雷器，可以以较低的经济成本保证配电线路防雷的可靠性。

3.3 降低接地电阻 防雷接地是10kV架空配电线路的一项重要防雷措施，其作用是将雷电流引入大地从而降低雷电流流过防雷保护装置时引起的电位升高。而接地电阻是指土壤的电阻大小，它反映了电流在土壤中的传导能力。接地电阻越小，接地装置对雷电流的导流效果越明显。因此降低接地電阻能有效地提高防雷效果。

青藏高原地区地质情况复杂，地层多为砂、石，土壤电导率差，个别地段为冻土层，土壤冻结深度达1m以上。且由于气候干旱，土壤松散、干燥，保湿性差，致导电性差。针对这种情况，可在土壤干旱松散地段的配电线路水平接地体周围施加高效膨润土降阻防腐剂，必要时进行换土，以降低土壤电阻率和防止接地体被腐蚀而影响接地效果。但在个别土壤电阻率很高并有冻土的地区线路，降阻剂的效果并不明显，且换土困难，此时可采用具有吸湿、保湿、接地电阻低、耐冲击电流和耐工频电流性能良好的垂直接地模块，来满足对接地电阻的要求[5]。

4 结论

①在10kV架空配电线路上采用支柱绝缘子配合穿刺型防弧金具，穿刺型防弧金具能够有效放电、引弧，避免雷击引起的绝缘子闪络和短线事故的发生。②10kV配电线路防雷，可根据实际运行经验，在重要供电线路和易遭雷击段在每基杆塔安装串联外间隙的氧化锌避雷器，与其他线路的穿刺型防弧金具配合使用，可在较低的成本下获得可靠的保护效果。③针对青藏高原地区土壤电导率差，且地质条件复杂，地层多为砂、石和冻土层的情况，可使用耐冲击电流和耐工频电流性能良好的垂直接地模块，在难以有效直接降低土壤电阻率的情况下满足对接地电阻的要求。

参考文献：

[1]尤伟，臧增亮，潘晓滨，等.夏季青藏高原雷暴天气及其天气学特征的统计分析[J].高原气象，2012（7）：55-61.

[2]王茂成，吕永丽，邹红英，等.10kV绝缘导线雷击断线机理分析和防治措施[J].高电压技术，2007（1）：107-110.

[3]何建林，张电，刘渝根，等.基于实际雷电参数的10kV架空绝缘线路防雷分析[J].重庆电力高等专科学校学报，2011（2）：68-72.

[4]陈维江，孙昭英，周小波，等.防止10kV架空绝缘导线雷击断线用穿刺型防弧金具的研制[J].电网技术，2005（20）：82-84.

[5]沈刚.青藏高原防雷接地施工浅谈[J].青海科技，2011（2）：104-106.