35 kV架空配电线路防雷性能研究

孙 琪

（国网黑龙江省电力有限公司大庆供电公司，黑龙江 大庆 163458）

1 35kV架空配电线路故障统计

大庆地区工业发达、人口密集，电网分布密集，雷电活动强烈。为了分析大庆地区线路的运行状况，分别对大庆2014年、2015年、2016年、2017年（统计至10月30日）35kV配电线路发生的故障进行了详细统计，结果见表1和图1。

表1 不同年份35kV配电线路故障统计

图1 不同年份35kV配电线路故障统计

由图1可知，2015年、2016年大庆地区35kV配电线路发生故障的次数较多，2017年大庆地区35kV配电线路发生雷击故障的次数达到943次。因此，可以预见2017年全年发生雷击故障的次数与2016年相比还会继续增加。说明随着气候的变化和防雷形势的严峻，大庆地区现有的防雷措施可能不能完全适应防雷的需要，该地区线路防雷仍然面临着严峻考验。因此，需要采用更先进的防雷设施来提高大庆地区配网防雷性能。直接雷击是指雷电直接击中杆塔、电力装置等物体。当大量电压流过物体时，会产生强烈的雷电流，导致线路跳闸[1]。

2 防雷现状

根据近几年的数据统计，在输电能力为6～35kV的线路中，雷击经常会导致电闸、避雷器、变压器、绝缘子等防雷设备的损害，不能保证人民生产生活的正常需要。配电线路的雷电损坏可分为直接雷电和雷电感应两种。感应雷是指由于线路与雷之间的电磁感应产生较大的电压，造成线路跳闸。早期的避雷器利用空气的这一特性，将高电压变成低电压，从而实现对供电线路的保护。然而，由于开放的空气间隙容易受环境影响，空气放电会造成电极的氧化等。目前，国内外常用的配网防雷方案有保护绝缘子串、设置避雷器和设置消弧线圈等。

2.1 保护绝缘子串

防雷保护间隙是绝缘子串的一种保护装置。在绝缘子串两端设置防雷保护间隙，与自动重合闸配合使用时，不仅可以及时将线路中的雷电流导入大地，还可以保障线路不间断供电，维持线路的正常运行。防雷保护间隙适用范围广，不仅适用于35kV、135kV及以上的各级配电线路，还不受地形环境的影响，山区、高原、平原和雷电多发地区都可以使用防雷保护间隙来保护绝缘子串。同时，防雷保护间隙的制造方便，制作成本低，具有良好的经济适用性。对于绝缘子串的保护，国外已有较为成熟的经验，其中日本、德国和俄罗斯的研究最具代表性。

日本常用引弧角来保护绝缘子串。引弧角的结构较为简单，受线路的电压、绝缘子直径、绝缘子片数和绝缘子串的长度等因素影响。日本对于引弧角的研究较为透彻，1979年颁布的规程中介绍了32种型式、280多个类别。日本不仅在66～154kV各级电压架空送电线路中安装引弧角，还在通过重污秽地区的500kV线路的软硬跳线装置和输电能力为1000kV的线路上安装此装置[2]。

德国普遍设置引弧保护装置保护绝缘子串。设置引弧保护装置不仅可以防止雷电过电压对线路的破坏，还能避免绝缘子被污染后受雷电的影响发生闪络。德国对引弧保护装置中起弧点与绝缘体的距离、材料的耐高温性、结构形式等方面进行了深入研究，并得到了丰富的研究成果。

俄罗斯采用均压屏蔽保护环来保护绝缘子串。保护环能够屏蔽电晕，防止雷电对绝缘子串的影响，不能引弧。

2.2 设置避雷器

早期的避雷器是开放的空气间隙。然而，由于空气的击穿电压高等特性，使得避雷器对敏感设备的保护不够及时。而无间隙的氧化锌避雷器是日本1968年研制成功的，并首先应用于电子工业。1976年，日本又首先研制出适用于高压电网的耐污性无间隙避雷器，并先后应用于84kV、275kV和500kV的高压线路。氧化锌避雷器是世界上最先进的避雷器，具有良好的非线性伏安特性。在正常工作电压，氧化锌避雷器的电阻极大，流过的电流很小；当产生雷电过电压时，它的电阻迅速降低，可以分流大量的电流，从而保护线路免受雷击作用。

我国最早从1993年开始研制和应用线路型避雷器并迅速推广[3]。经过多年努力，避雷器已经广泛应用于我国各级配电线路，有效保证了我国供电系统的稳定运行。

2.3 消弧线圈

消弧线圈的工作原理是在电网发生单向接地故障时，消弧线圈提供电感电流对故障点的电容电流进行补偿，使流过故障点的电流降至10A以下，从而达到灭弧的目的。

消弧圈一般应满足如下要求：

①补偿度应适当，一般应在5%～10%；

②对35kV的系统，消弧圈单相接地补偿后的残流应在3～10A，同时应考虑系统运行方式的改变；

③规程规定系统正常运行时中性点位移电压应小于15%U，考虑到三相电压的平衡，以小于5%U为宜。

3 线路防雷保护措施

大庆地区配网线路雷击跳闸事故频发的根本原因是绝缘水平低下。因此，提高线路的绝缘水平，是提高配网线路防雷性能的最直接方法。提高配电线路的绝缘配置，可从以下三个方面入手。

3.1 采用对冲击电压有更高耐受性的绝缘子

如表2可知，在同样的外部条件下，采用瓷横担绝缘子的配电线路发生雷击跳闸的概率，比采用针式绝缘子的配电线路要低52.3%。目前，大庆地区已经采用瓷横担绝缘子来替换线路中的针式绝缘子，线路雷击跳闸率有明显降低。此外，适当增加瓷横担绝缘子的绝缘长度，能提高线路的防雷水平[4]。

表2 常用的绝缘子的雷击跳闸概率

3.2 采用不平衡绝缘的配置方式

对于同塔多回输电网，采用不平衡绝缘的配置方式能够降低双回同时跳闸的概率。这是由于感应雷是造成同塔双回线路的雷击跳闸故障的主要原因。采用不平衡绝缘配置时，当其中某一相绝缘子率先发生绝缘闪络，则会发生单相接地。该相导线相对于地线，能够耦合一部分感应过电压，使其他相导线感应过电压降，从而提高其他相导线的耐雷水平。

3.3 采用线路避雷器

线路避雷器种类繁多。按照用途，可分为配电用避雷器、线路避雷器和电站避雷器；按照避雷器的结构，可分为有间隙避雷器和无间隙避雷器。

工程实际表明，在一定的间隔内安装一组硅橡胶氧化锌避雷器，能有效保护配电线路。硅橡胶氧化锌避雷器通常与线路绝缘子并联安装。由于工艺和环境的制约，目前使用的线路避雷器能够有效降低感应雷对线路的影响，对直击雷的防护效果较差。

避雷线对配电线路的保护原理是避雷线接地电阻较低，能够有效泄放电荷，可以保护设备免受雷电冲击波的破坏。避雷线对于直击雷的防护效果较好。对于等级较低的配电线路（如35kV），线路雷击跳闸主要受感应雷的影响，而降低避雷线的接地电阻对降低雷击跳闸率影响不大。但是，降低杆塔的接地电阻可以降低杆塔的电位，防止雷击大地时雷电波到达地面后发生反射，进而影响配电线路。

3.4 其他防雷措施

3.4.1 安装消弧线圈

安装消弧线圈的防雷原理：将配电网中性点通过自动消弧线圈接入大地，在线路绝缘子发生雷击闪络时，电弧通过得以流入大地，保证绝缘子不能建立连续的电弧，从而控制配电网的雷击建弧率，防止配电网发生雷击跳闸事故。

近年来，由于固顶消弧线圈调谐困难，已经逐步被自动消弧线圈所取代。自动消弧线圈可以实时监测电网电容电流、调整补偿电流。当绝缘子发生闪络时，可以使补偿后的残流小于10A，使绝缘子不能建立持续燃烧的接地电弧，进而控制配电网的雷击跳闸率。

3.4.2 装设自动重合闸

实际经验表明，配电线路雷击跳闸故障多为瞬时性的。当雷击跳闸故障发生后，若采用人工手动重合的方式，由于耗时较长，很容易造成用户停电，影响正常的生产生活。目前，我国电力系统多采用自动重合闸保障供电系统的稳定。根据实际运行资料的统计，自动重合闸自动重合率达到60%～90%，可以有效解决瞬时故障，及时纠正由于断路器误动作产生的误跳闸，以保证供电的连续。

4 结 论

以大庆在2014年、2015年、2016年、2017年不同地区的雷击跳闸故障为样本，通过数据分析和文献调研，针对大庆地区雷击故障发生的原因，提出了提高线路防雷性能的措施。具体地，包括采用不平衡绝缘的配置方式、在中相导线中安装1组2个避雷器、降低塔杆的接地电阻、对防雷要求较高的线路有针对性地架设避雷线、安装消弧线圈、装设自动重合闸等。

参考文献：

[1] 邓雨荣，朱时阳.输电基于改进电气几何模型的输电线路雷电屏蔽性能研究[J].高压电器，44（1）：56-58.

[2] 柯建新.电力系统配网设备防雷措施的探讨[J]. 江西建材,2014(08):218-223.

[3] 张文峰，彭向阳，豆 朋，等.广东雷电活动规律及输电线路雷击跳闸分析[J].广东电力，2014，（3）：101-107.

[4] 李晓岚，尹小根，余仁山，等.基于改进电气几何模型的绕击跳闸率的计算[J].高电压技术，2006，（3）：42-44.