摘要：近年来，随着高速公路的建设，山区高速公路10Kv线路的防雷问题日益严峻。本文就将以包茂高速公路粤境段作为案例进行分析，通过对防雷设备和常见的防雷手段、措施进行系统性地阐述和分析，提出一些本人对山区高速公路易遭受雷击的原因分析和相应的改进措施。
关键词：山区；高速公路；10Kv线路；防雷
Abstract：In recent years，with the construction of Expressway，the lightning protection of 10kV lines in mountain expressway is becoming more and more serious. This article will take the Baomao expressway Guangdong Boundary section as a case study. Some commonly utilized lightning protection measures and lightning protection equipment are introduced and discussed；after which the cause of lightning strike is analyzed in mountain expressway and the corresponding improvements are given.
Key words：mountain district，expressway，10kV line，lightning protection
一、前言
当前我国的高速公路路网日趋完善，各大中型城市的路网已经十分完善，目前高速公路建设主要集中在山区等偏远地区。山区由于海拔较高存在着雷电频发的情况，特别是对于山区高速公路10kV永久用电线路危害很大。本文以包茂高速粤境段为例，由于外供电线路较长，且大多架设在山顶区域，这就导致了遭受雷击的概率大大增加。因此研究如何做好防雷措施，切实保障高速公路用电安全是十分必要的。
一般来说，在山区高速公路上存在的隐患有：高速公路隧道、桥梁等大型构造物施工用电的特点是用电量大、用电时间短；仅仅在施工期间需要使用临时用电。
铁塔接地网的连接方式，由于受地形限制，地网往往无法按设计要求向四个方向敷设地极桩。对此应采用加长同一侧地级桩。
1.防雷治理的措施
降低10KV架空线路雷击跳闸率的措施有很多种，每种措施的食用条件各异，效果也各有不相同，资金投入的大小也不同。条件相对恶劣的山区，要想降低线路的雷击跳闸率使之符合要求，需要投入大量的资金。在采取防雷措施时，需要遵循以下2个原则：雷电导致断电示意图如下图1：
（1）尽量使导线不受雷击；
（2）受雷击后尽量使供电不中断。
图1 10kV线路遭受雷击过程示意图
2.雷电的特点
雷电的特点主要是以下几点：冲击电压高、冲击电流大、时间短、雷电流变化梯度大。
二、防雷的主要设备
1.金属氧化物避雷器
主要包括氧化锌避雷器，常用于10kV线路的电缆引下装置、断路器等较脆弱的地方。常采用空气间隙式，当避雷器损坏时，由于空气间隙的存在，线路还可以正常运行。
2.穿刺式防弧线夹
防弧线夹主要是安装在线路绝缘子的负荷侧，具有防止10-20kV架空导线雷击断线功能。引弧棒和线夹座装配连接成一体，当雷击发生时，引弧棒和绝缘子（或横担）金属件之间放电，使续流工频电弧移动到引弧棒上烧灼，从而保护导线不受损伤。这种防雷方式的缺点在于会导致断路器跳闸频率增加。
3.复合绝缘横担
采用复合绝缘横担的好处是在使用期间一般不需要维修与维护，同时电能质量相对较好，而且雷击跳闸率比较低。但是使用这种设备所需要花费的费用相对比较高。
三、防雷措施常见手段
1.加强线路绝缘
一般的，在10kv线路中，采用瓷横担的耐雷水平会比采用铁横担加针式绝缘子高出3倍多。如果将复合绝缘子用于老旧线路，则也可使线路的雷电冲击闪络电压由75kv提高到110kv。
2.安装避雷器
在10kv线路上，每个一段距离增加一组氧化锌避雷器可以有效的防止线路遭受雷击，特别在一些重要部位，如铁塔、地势较高的山顶、有引下电缆接头的电杆、有刀闸的电杆等杆塔处，均应装设避雷器进行保护。
3. 防弧线夹
引弧棒和线夹座装配连接成一体，当雷击发生时，引弧棒和绝缘子（或横担）金属件之间放电，使续流工频电弧移动到引弧棒上烧灼，从而保护绝缘导线不受损伤。（绝缘护罩采用有机复合材料制成，具有良好的绝缘性能、抗老化性能和阻燃性能，把其装配在线夹座的外部，可起到绝缘保护作用。保护间隙规格型号如表1所示
防弧线夹具有穿刺式的刺齿构造，安装施工方便，不需剥除绝缘导线绝缘层，避免线芯进水和腐蚀，也可减轻操作人员的劳动强度。能耐受5次左右工频大电流电弧的烧灼。具体安装如图2所示
图2 防弧线夹的安装示意图
4. 自动重合闸
由于线路绝缘具有自恢复性质，线路遭雷击后，雷电闪络产生稳态的工频电弧使相间短路，当开关跳闸后电流被切断，电弧熄灭。过一段时间后再次合闸线路恢复正常。因此安装重合闸装置对降低线路的雷击事故效果较好。在山区高速公路线路安装重合闸装置，可以提高供电的可靠性。
四、山区高速公路防雷措施
山区高速公路线路一般都建在山顶或山腰处，这样就导致遭受雷击的概率比普通10kV线路要高。以包茂高速公路粤境段为例：由于采用了施工用电与永久用电相结合的方式，用电负荷大、用电点多，所以只能从附近的变电站拉专线接入，从而导致了10kV线路总长度达到60km。在线路建成通电后，当时正值雨季来临，导致线路经常性断电，严重影响工程施工进度。为此我们深入分析原因并提出了相应的改进措施：
1.由于山地环境限制，地极桩无法沿四周敷设，导致部分铁塔的地阻不合格。我们采取的措施是沿山地一侧向下增加地极桩。同时增加地极桩埋地深度。
2.沿线树木遮挡严重，导致单相电短路。为此我们清理的高压线下左右10米以内所有的高大树木，竹林。
3.避雷器损坏严重。普通的氧化锌避雷器在雷雨天气下使用寿命极高。为此我们选用了Y5WZ-17/45FT型避雷器，这种避雷器具有以下特点：
（1）避雷器保护裕度大，与同类型10kV避雷器相比，出问题的机率更小。
a. 2ms方波。国标75A，我司的防爆脱离避雷器一般达到300A以上，最好的可达500A。
b. 大电流冲击。国标为65KA，我司的此种型号避雷器能达到100KA。
本文使用ATPDraw软件搭建模型对Y5WZ-17/45FT型避雷器进行仿真，仿真图如下：
（2）避雷器能够防爆，且在避雷器泄漏电流大时，ABB银星避雷器将立即自动脱离系统，断开接地回路，避免了因相电压持续升高而导致人工跳闸断电。对于大电流接地系统，上述功能使断路器可以成功重合闸，从而大大提高配电网运行可靠性。
根据山区易雷击地区Y5WZ-17/45。方波500安培（A），此种避雷器的方波是普通避雷器的6倍多，大电流达到100KA以上，且残压比普通避雷器低，一定能够有效地起到防雷效果，减少雷击引起的跳闸。
图3：左侧为未加避雷器，右侧为有避雷器的杆塔电压示意图
4.在常被雷击的地段，所谓“黑点”安装防雷间隙。
（1）在分段断路器的两端及分段断路器前后两基铁塔处分别安装防雷间隙，相对提高分段断路器动作阀值，从而减少分段断路器动作次数。
（2）在“黑点”的两端安装防雷间隙，减少雷电扩散，起到“削锋”作用。
（3）在上述两种情形处加装故障指示器，帮助维护人员迅速找到“故障点”。
5.增加断路器重合闸装置。为线路上所有的断路器增加重合闸装置，确保因相间短路等问题导致的跳闸可以自动重合闸。
五、结论
本文分析了山区高速公路10kV线路遭受雷击的原因。并深入研究了当前常用的防雷设备及防雷手段。最后针对本人所经历的包茂高速公路粤境段外供电线路易遭雷击的问题进行了重点分析及提出了相应的解决。目前线路已正常运行四年。可以为解决类似问题起到借鉴意义。
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论文作者:闫栋
论文发表刊物:《防护工程》2017年第15期
论文发表时间:2017/10/24
标签：避雷器论文; 防雷论文; 线路论文; 高速公路论文; 山区论文; 措施论文; 断路器论文; 《防护工程》2017年第15期论文;