10kV配网架空线路防雷的现状分析及建议

2015-08-31宋光华

山东工业技术 2015年1期

宋光华

（广州市电力工程设计院有限公司, 广州 510220）

0 引言

10kV配网线路是广东地区主要的配电网络，该网络主要承担面向广大用户直接提供电能的任务。由于该网络经过的地形、地貌多样，有如蛛网般的网络结构复杂，线路的绝缘水平低，线路的运行维护与输电电路有较大的差距，配电网很容易遭受雷击事故，引起接地短路、断线或跳闸事故，造成国民经济和人们生活受损。据监测数据统计，配电线路中因雷害事故造成的停电事故占配电线路事故的21.91%，为了实现电力系统的安全稳定运行，采取恰当的防雷保护措施，做好配网架空线路的防雷保护措施是相当有重要意义的。

1 雷电参数

1.1 地面落雷密度

2008年1-8月广东省平均地闪密度1.73次/（km2.a），雷电日约138日，雷电强度较去年同期明显增强，其中地闪密度最大的地区为广州3.38次/（km2.a）、最小的为梅州1.03次/（km2.a）。

2008年1-8月及2007年同期连续两年地闪密度位于前七位的地区为广州、佛山、惠州、东莞、湛江。

1.2 雷电流幅值概率分布

将2008年1-8月广东地区雷电流幅值概率分布曲线与过电压保护规程推荐的概率分布曲线LgP=-I/88比较，15kA以下雷电流幅值概率明显高于规程，而15kA以上雷电流幅值概率明显低于规程。较小的雷电流容易绕击导线造成线路跳闸，可能导致线路绕击跳闸率高。

2 配电线路雷电过电压及防雷措施

配电线路上的雷电过电压分直击雷电过电压和感应雷电过电压。直击雷电要比感应雷电(后者一般不超过300～400kV)过电压危害更大，因此架空线路防雷主要是防直击雷电过电压。线路防雷可以有四道防线：

2.1 第一道防线：保护导线避免雷直击，加装避雷线防雷

沿全线架设有接地的单避雷线，导线受到它的屏蔽，感应过电压就会降低。在室外开阔地带同杆架设避雷线对配电架空绝缘线路进行屏蔽保护，导线上的感应电压将降低(1-k)倍，k为避雷线与导线之间的耦合系数乘以冲击系数。

防止雷电绕击导线的主要技术措施是减小避雷线对边导线的保护角，设计规程要求66kV以下架空线路地线的保护角宜采用20-30度，山区单根地线的杆塔可采用25度。据统计，广东线路绕击跳闸比例较高，建议10kV架空线路设计保护角按小于10度考虑，特别是雷害比较严重的山区，可采用零度或负保护角或加装其他防雷装置。

2.2 第二道防线：雷击塔顶或避雷线时避免绝缘发生闪络。为此，需降低杆塔的接地电阻，在杆塔上加装加装线路避雷器

多雷区、强雷区或地闪密度较高的地段，除改善接地装置、加强绝缘和选择适当的地线保护角外，可采取安装线路防雷用避雷器的措施来降低线路雷击跳闸率，配电型氧化锌避雷器是配电网主要的防雷设备，目前广泛应用于配电网及配电设备的防雷保护。安装线路防雷用避雷器应符合下列要求：

（1）安装线路避雷器宜根据技术经济原则因地制宜的制定实施方案。（2）线路避雷器宜在下列地点安装：多雷地区发电厂、变电站进线段且接地电阻较大的杆塔；山区线路易击段杆塔和易击杆；山区线路杆塔接地电阻过大、易发生闪络且改善接地电阻困难也不经济的杆塔；大跨越的高杆塔；多雷区同塔双回路线路易击段的杆塔。

线路避雷器可以提高线路耐雷水平、降低雷击跳闸率，尤其是对防止易击段杆塔线路绝缘子雷击闪络作用明显。线路中间避雷器主要用于保护绝缘子、提高线路耐雷水平，线路终端避雷器除保护绝缘子外，主要用于防雷电侵入波进入变电站、避免线路开关遭受多重雷击损坏。广东地区线路避雷器运行可靠，效果总体良好，但是作为配电网防雷元件它也有一些局限性，主要有：（1）避雷器动作电压及残压参数固定，不能根据设备绝缘水平的差异实现差异性的保护和精细保护；（2）避雷器通流容量的局限，如果配电线路由于绝缘水平过高导至通过避雷器的雷电流较大，避雷器会承受不着雷电流的能量而发生爆炸；（3）避雷器易老化、易损坏，阀片直接在电网运行电压下，易发生电腐蚀导至电老化，或由于受潮损坏，自身会引起电网故障；（4）运行成本高，避雷器在运行时需定期进行试验或轮换，会加大运行维护工作量，导至运行成本高，因而不适宜于在线路上大量安装。总之，由于避雷器阀片长期承受工频电压，长期运行会有老化现象，运行部门要定期检测其泄漏电流，保证安全可靠。

当前广东配网线路雷击跳闸率仍然较高，继续推进线路避雷器的防雷应用有很大的意义。但是不能盲目大量安装，应加强针对性和技术经济比较。

2.3 第三道防线

当导线发生雷电冲击闪络时，尽量减少由雷电冲击闪络转变为稳定电力电弧的几率，降低雷击跳闸次数。因此应降低线路上的工频电场强度。

由架空线路构成的配电网，当单相接地故障电容电流10kV 不超过20A时，宜采用不接地方式；当超过上述数值且要求在故障条件下继续运行时，宜采用消弧线圈接地方式。

2.4 第四道防线

发生跳闸后也不中断供电，为此，可采用自动重合闸装置，或用双回路以及环网供电。

3 配网架空绝缘线路雷击断线防护

架空绝缘导线因具有较好的绝缘水平，投资少等优点，在配电线路中得到广泛的应用，但使得雷电过电压造成的绝缘导线断线的事故也越来越多。国内外的运行经验表明，架空配网绝缘导线遭受雷电过电压绝缘子闪络时，相间电力电弧会使绝缘导线熔断。据北京电力公司统计，1998年2436km绝缘导线线路发生雷击断线达14次。

雷电过电压导致闪络时，瞬间雷电流很大，但持续时间较短，仅在架空绝缘导线上形成击穿点，导线不会烧断。当发生雷电过电压闪络，尤其相间（不一定在同一电杆上）发生闪络后，沿着雷击通道引起工频续流，电弧热量剧增，但是由于架空绝缘导线绝缘层阻碍电弧在其表面移动，高温弧根停留在绝缘层的击穿点进行放电，该点温度过高将导线熔断，发生断线。防止绝缘导线雷击断线可通过在架空绝缘线路上加装防弧金具实现。防弧线夹高压放电电极可以提前于导线熔断时对绝缘子钢脚放电，避免导线断线；防弧线夹与绝缘子钢脚的空气间隙避免工频电弧续流，避免一些瞬时性故障转变为永久性故障，提高重合闸成功率。防弧线夹安装方便，经济性好，对雷击断线有很大的作用。

在2013年5月广州发生的一次雷击10kV配网架空绝缘导线跳闸事件中，10kV配网架空绝缘导线装设有避雷线和穿刺型防弧线夹，雷击该段线路后，防弧线夹高压电极向支柱绝缘子钢脚放电，形成闪络，引起单相接地故障跳闸，然后线路成功重合闸，雷击未引起架空绝缘导线断线。

需要注意的是，由于横/立担对结构钢筋的击穿放电电压很低，采用自然接地方式时最好将横/立担通过金属线相连后与结构钢筋等电位，否则，极易发生电杆雷击“爆皮”（混凝土层局部雷击脱落）问题。

4 线路防雷的建议

4.1 开展线路综合防雷改造

按照中国南方电网公司要求，推进线路防雷综合改造。对雷击事故较高的线路进行综合防雷改造；防雷改造应有针对性，至少积累该线路3-5年以上的雷击跳闸数据，现场调查后分析造成线路跳闸率高的主要原因。对已改造线路，应跟踪记录1-5年运行数据，明确是否见效。对于部分线路改造效果不明显的，应分析具体原因，总结经验和教训。