10kV配电线路防雷现状分析及防护策略应用

2023-10-10陈源君

科学与信息化 2023年19期

陈源君

广东电网有限公司河源供电局广东河源 517500

引言

10kV配电线路是电力系统中不可缺少的组成部分，它直接关系到电力用户是否能够使用安全可靠的电能。10kV配电线路环境复杂、线路较长，配电线路故障跳闸现象越来越突出，严重影响了配电线路供电的可靠性，影响人们正常的生产生活[1-3]。在雷电活跃季节，雷击产生的强电流会损坏配网设备，从而出现大范围的停电事故。因此，对10kV配电线路防雷现状分析及总结，在提高配网可靠运行方面是具有重要意义。

1 配电线路雷害现状分析

以某县供电局为例，2019—2021年该地区共发生10kV架空线路故障754次，其中雷击故障180次，占比23.9%。图1为某县供电局配电线路雷击故障占比图，从图1可以看出，近3年雷击导致10kV配电线路故障的占比均超过20%，不难判断雷击是导致架空线路故障的主要原因之一。

图1 某县供电局配电线路雷击故障占比

图2 “矮脚”瓷瓶放电

图3 “矮脚”瓷瓶击穿

图4 配网绝缘导线因雷击断线

图5 配网绝缘子因雷击击伤

图6 需改造淘汰针式绝缘子

1.1 配电线路防雷能力不足

配网架空线路一般耐雷水平在2kA左右，某县供电局根据雷电系统统计近3年幅值大于20kA雷击的概率超过50%，事实证明配网架空线路如不做防护措施，是无法有效应对直击雷；另外，感应雷的电压幅值一般小于300kV，相当部分感应雷很容易引起配网线路故障跳闸，某县供电局因以下针式绝缘子造雷击击穿而导致跳闸多次，10kV瓷质针式绝缘子（PS-15T类针式绝缘子，简称“矮脚”瓷瓶）因绝缘爬距不够造成闪络短路，引发绝缘子破损，造成线路接地或相间短路。该类瓷瓶其支柱对地垂直距离为13cm，爬距净值为18cm，均处于10kV要求的安全距离的下限。实际运行情况表明，在干燥的运行环境下，这样的爬距净值并不会造成闪络，但在潮湿气候下，空气湿度较大，10kV瓷质针式绝缘子表面的凝露潮湿降低了爬距净值，当发生瞬间的操作过电压或雷电感应过电压时，绝缘子表面的闪络随之发生，一旦发生多相绝缘子严重的对地闪络放电，即形成两相或三相接地短路，存在较大的运行隐患。另外，该类瓷瓶的支柱与绝缘子连接处容易受力不均导致变形，存在易破损的风险。

1.2 绝缘导线易造雷击断线

绝缘导线相比裸导线更易发生雷击断线问题，架空绝缘线路因雷击发生对地击穿放电后，导线绝缘层上的放电击穿点呈细小针孔，针孔位置靠近线路绝缘子两侧随机分布[4]。雷电冲击闪络后，接续的工频短路电流会沿雷电放电通道起弧燃烧，高压端弧根始于针孔处，虽然受电磁力作用但是因绝缘层的阻碍，电弧固定在针孔位置无法漂移。当发生相间短路时，短路电流幅值达几千安至十几千安，弧根温度升至上千摄氏度，加之导线自重产生的拉力，芯线融化断开，导致导线断线。当雷击引起单相对地短路时，若配电网采用中性点非有效接地方式，则线路可带单相接地故障运行一段时间，小电流电弧长时间烧灼针孔位置，也会烧损线芯造成断线。

1.3 雷击故障查找定位困难

2021年某年某月，雷雨天气，某供电所高车支线#2杆2T1开关跳闸，重合不成功，经运维人员机巡过后，发现线路无异常，试送成功。次日01时59分，某供电所高车支线#2杆2T1开关再次跳闸，重合不成功。后经单相故障定位仪发现高车支线#25杆绝缘子因雷击损伤，引起绝缘子接地（完全击穿），导致线路故障跳闸。雷击导致线路接地故障，一般故障点发生在绝缘子或者避雷器上，绝缘子顶部闪络，或者避雷器复合外套击穿小孔，即使通过机巡获得高清照片，但是肉眼仍是难以发现故障点，且目前能够使用的故障定位仪器效果不明显，雷击后零值绝缘或低值绝缘的查找还有待研究。另外。雷电定位系统因逻辑冲突无法同时导入配电线路主干线和支线坐标，或杆塔坐标不准，在配网应用效果有限。

2 10kV配电线路防雷保护措施

2.1 加强配电线路防雷能力

开展防雷改造逐步淘汰针式绝缘子，直线塔宜采用柱式绝缘子或瓷横担绝缘子，耐张塔宜采用盘形绝缘子，雷害严重地区、污秽地区及紧凑型线路可选用复合横担提高绝缘，同时科学配置线路避雷器，推动大通流容量避雷器应用，雷害严重或避雷器频繁故障的线路宜选择标称电流10kA大通流容量配电线路避雷器（大电流冲击100kA），目前某县供电局配网设备故障主要存在于老旧针式、矮脚瓷瓶及残旧硅胶避雷器，在准入方面需严格限制针式矮脚瓷瓶及硅胶避雷器入网，从源头上为采购“少维护、免维护”设备[5]。加强配电线路防雷建设，推广配网架空地线（避雷线）区段性应用，在主干线、重要支线及易击段可架设地线，设置架空地线可大幅降低线路感应雷击闪络率，架空地线利用导线和地线间耦合作用来降低导线对地雷电过电压值，架空地线还可将雷电直击导线引起的闪络转化为雷击架空地线后反击导线闪络，因有架空地线和杆塔对雷电流进行分流，可大幅降低流过线路避雷器的冲击电流，小幅降低直击雷闪络概率。目前某县供电局已累计更换针式绝缘子及避雷器4052只，配网架空线路防雷能力明显提升；推动出台防雷典型（避雷线加装）设计，在线路设计建设阶段考虑防雷，避免出现先建后改的情况。

2.2 绝缘导线防雷击断线措施

在人员稀少、无树障、安全距离足够的偏远空旷地区，条件允许时应优先采用裸导线，若必须采用绝缘导线，宜采用带钢芯的绝缘导线，并根据雷电防护等级采取相应的防雷击断线措施；防止架空绝缘线路雷击断线，也可采用加强绝缘配置，如增加1片绝缘子、采用绝缘水平更高的柱式绝缘子或瓷横担绝缘子。对于新建线路，可在易击段架设地线并对部分（易击）杆塔安装固定外串联间隙线路避雷器；架空地线应逐基良好接地。目前某县供电局已完成中压架空裸导线绝缘化改造64回线路，改造长度约203.54km，精准实施绝缘化改造。

2.3 改善杆塔接地装置

降低线路设备接地电阻是提高线路耐雷水平、减少线路雷击跳闸率的主要措施。装有保护柱上设备用避雷器或装有无间隙线路避雷器的电杆需采用人工接地，接地电阻过高的易击杆塔、部分架设地线杆塔以及特殊杆塔（如终端塔、大跨越塔、重要T接杆塔）等宜采取人工接地；山区等土壤接地电阻率高的地区，应采用扩大地网、增加地网埋深、装设新型接地材料等技术方法降低接地电阻，使用新型接地材料可解决在实际运行中面临着腐蚀、复杂地形条件下运输及施工困难等诸多问题，定期测量杆塔接地电阻，保证引下线与人工地网可靠电气连接且接地电阻值在合格范围内，保证接地装置泄流通道通畅。目前某县供电局已加装、补强地网461个（含新型接地材料加装），提高线路耐雷水平。