摘要：结合配电网实际运行中的雷害情况和典型事例, 全面分析了配电网的防雷现状和雷害原因, 认为配电网目前在网架结构、绝缘水平、防雷措施等方面存在诸多问题。在此基础上提出了综合防雷措施(包括重视变、配电所与线路的绝缘配合，提高配电线路绝缘水平，优化配电网接地，规范避雷器安装技术，提高自动重合闸投运率，采用新型配电网防雷保护技术等) , 以提高配电网耐雷水平和供电可靠性。
关键词：配电网；防雷；绝缘；接地
0 前言
配电网由于分布面大且呈现树枝状网络结构，遭雷击概率高，加之35kV 电网总体耐雷水平不高，因此最容易发生雷害事故。据统计每年配电网中有60% 以上的事故是由雷击引起的，6 ~ 35kV电压等级的配电网是雷害事故最高的电网，主要为线路雷击跳闸、配电设备雷击损坏等事故。特别是在雷电活动频繁的区域，雷害事故极大地影响了中压电网的供电可靠性和安全稳定性。因此对配电网防雷现状、雷害事故原因、防雷措施改进的研究是十分必要的。
1 6 ~ 35kV 配电网防雷现状
配电线路多为架空线路，其雷击危害主要来自雷击时产生的雷电过电压，而雷电过电压又分为感应雷过电压和直击雷过电压。在实践过程中，发生直击雷过电压事故的概率相对较低，据统计，配电线路因雷击引起的跳闸中由直击雷过电压引起的低于10% ，90 %以上是由感应雷过电压引起的。绝大部分配电线路均不采用避雷线和耦合地线防护，因此配电线路对直击雷过电压几乎没有任何防护能力，由直击雷过电压引起的事故跳闸率高达100 % 。另外由于35kV以下配电线路的电气绝缘性能相对较低，感应雷过电压很容易造成闪络事故，极大地影响了配电网的供电可靠性和安全稳定性。
2 6 ~ 35kV 配电网雷害主要原因分析
经过对多起不同地区的配电网雷害事故开展分析后发现，配电网雷害事故的原因主要包括以下几点：
2.1配电线路与变、配电所的绝缘参数配合不当。
在山地多雷区和重污染区出于降低闪络率的要求，部分地区采取了加大配电线路外绝缘爬距的措施，该措施既能提高配电线路绝缘等级，又能大幅降低配电线路的雷击闪络率。但由于配电线路绝缘水平的大幅提高，使得相应的雷电冲击放电电压增大，雷电波无法通过线路通道泄放而沿配电线路侵入变电所造成变、配电设备雷害事故。如此就导致了配电线路与变、配电所的绝缘参数配合矛盾。例如每年广西钦州郊区供电局遭雷击损坏的配电变压器多达80余台，通过对损坏设备烧毁原因进行调查分析，发现主要原因是配电线路与设备的绝缘参数配合不当。
2.2配电线路防雷措施应用不当。
35kV 以下电压等级的配电线路一般不采用直击雷防护措施，一方面是因为配电线路遭直击雷概率低，另一方面是考虑由于配电网空间距离不足等原因，直击雷防护设施容易向被保护设备“反击”并造成地电位干扰。例如湖北五峰县出于防雷保护考虑，在山地多雷区10kV 线路杆塔上加装了避雷针，结果不但没有起到作用，反而由于避雷针的引雷作用多次诱发雷害事故。
2.3防雷装置与线路绝缘参数配合不当。
安装避雷器一直是线路的主要防雷措施，但由于避雷器的参数是额定的，而线路绝缘参数会随着绝缘子规格型号和运行状态而变化。当避雷器动作值大于线路绝缘水平，就会引起避雷器保护失效。另外，如果避雷器动作值过低也不行，会导致线路雷击跳闸率升高。近年来一些供电局大量使用10kV带外间隙式氧化锌避雷器，使得避雷器动作值降低且熄灭不了电弧，反而使线路雷击跳闸率增高。
2.4配电设备仅单侧安装避雷器。
下面分别就不同设备进行说明：
（1）10kV 配电变压器低压侧通常不安装避雷器，低压侧线路遭到雷击时，雷电波沿线路侵入变压器低压侧绕组，通过其中性点接地系统入地，在接地电阻R上产生压降UL=RIL（IL为雷电流），压降UL一方面叠加在低压绕组上，另一方面通过电磁感应在高压侧绕组上产生10倍于额定值的“正变换”过电压烧毁变压器。
（2）近年来为了提高配电网运行方式的灵活性，大量的线路分段开关和联络开关投入运行，在提高供电可靠性方面具有重要意义。但现场运行的柱上开关通常仅在单侧加装避雷器，而联络开关通常情况下均处于断开状态。当断路器单侧遭受雷击时，雷电波沿线路流至断路器断口处，将发生雷电波的全反射，形成2倍的雷电过电压，该电压不但能轻易造成断路器接地故障，严重时可能导致断口击穿，引起相间短路。如河南曾发生过雷击备用配电线路造成联络开关爆炸起火的事故。
2.5避雷器接地不符合要求。
分为以下几种情况：
（1）接地电阻过高。大多数山区架空线路及配电设备接地存在问题，接地装置仅使用单根或两根垂直接地极，另外由于山区土壤电阻率较高，导致其接地电阻高达到数百欧姆。当雷电流流经接地装置时，会形成过电压烧坏配电设备。
（2）接地引下线不符合要求。现场发现使用绝缘导线作为接地引下线的方式十分普遍，但当绝缘导线内部发生断股时运行人员难以发现，且引下线与接地体连接处容易发生电化学腐蚀，致使接地电阻增大直至发展为断线，导致避雷器保护失效。
（3）接地方法不正确。现场发现大多数配电变压器台区未采用将避雷器、变压器外壳和低压中性点合并连接后再引下接地的方式，而是将其分别使用单独的接地引下线接地。这样当线路避雷器动作时，加到变压器绕组上的电压为： （其中 Uc 为避雷器残余电压，iRch 为接地体上产生的压降， 为接地引线的电感压降）。如果接地电阻偏大，由于接地引下线过长，iRch 与 之和将远大于Uc ，使配电设备发生绝缘击穿。
2.6同杆塔多回线路架设。
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供电局许多配电线路采用多回同杆架设的方式进行敷设以求达到节约土地和投资的目的，但是由于配电网杆塔高度限制，使得各回线路间电气距离不足，当一回线路遭受雷击致使其线路绝缘子对地击穿放电时，只要工频续流足够大，持续的接地电弧将会导致其他回路也发生接地故障，严重时可能引起多回线路同时跳闸，大大降低了配电线路的供电可靠性。如广东某铝箔厂架设的10kV 同杆4回线路，每年雷雨季节都发生多回线同时跳闸的事故。
3 6 ~ 35kV配电网防雷完善措施
3.1重视变、配电所与线路绝缘参数的配合，强化变电站进线段防雷保护。
经过统计发现，绝大多数的变、配电设备雷害事故是由经线路侵入的雷电过电压造成的，因此重视变、配电所与线路绝缘参数的配合，强化变、配电所线路进线段防雷措施是解决此类问题的关键。措施主要包括：(1)加强变、配电站所进线段的屏蔽，使用避雷线保护并减少避雷线保护角，防止在进线段发生雷电直击或“绕击”事故；(2)降低变、配电所进线段杆塔接地电阻，防止进线段雷电“反击”事故；(3)在变、配电所进线段禁止使用避雷针等具有引雷作用的防雷设施；(4)在配电线路进入变电所的前n基杆塔安装可调过电压保护装置，设置第1基杆塔可调间隙的50%雷电冲击放电电压为变电所避雷器动作值的110%，其后依次递增5%，最后与线路绝缘子雷电冲击放电电压相配合，逐级拦截泄放侵入的雷电波。
3.2适当提高配电线路绝缘等级。
目前电网公司在大规模推广配电网架空线路绝缘化改造，此方法能小幅提升配电线路的绝缘水平，但其主要是解决的是“线树矛盾”等问题，提升效果有限。针对感应雷过电压造成的配电架空线路及设备绝缘击穿问题，建议通过更换U50%冲击放电电压较高的绝缘子或增加绝缘子片数的方式来提高配电网整体的绝缘水平。这样能有效降低配电线路雷击闪络率，从而降低雷击跳闸率。
3.3降低配电线路雷击建弧率。
雷击闪络后形成的工频接地续流是否建立起稳定的工频短路电弧，是感应雷过电压是否造成雷害事故的决定性因素。当工频接地续流小于熄弧临界值时，电流在过零时电弧能可靠熄灭，不再重燃。反之将形成稳定的工频短路电弧，产生弧光接地过电压，或发展为相间短路。由此可见配电网的雷击建弧率与单相接地电流的大小密切相关，而控制单相接地电流的措施主要有：(1)优化中性点接地方式。架空线路应采用中性点经消弧线圈接地的方式，通过自动跟踪补偿装置实现对配电网电容电流的动态测量和补偿，使补偿后的残流低于熄弧临界值，防止电弧重燃。但对于架空线与电缆混合使用的线路，当电缆长度达到线路全长70%以上时，不应采用经消弧线圈接地的方式，而建议采用低阻接地并配合零序保护的方式；(2)改变接地短路电弧通道。在绝缘子串旁安装并联间隙，设置其动作值为绝缘子雷电冲击放电电压的80%~90%，从而把电弧引导至该间隙处，一方面保护绝缘子串免受电弧灼伤，另一方面由于空气间隙去游离强，间隙处绝缘能够迅速恢复，难以再次击穿，从而使雷击建弧率下降。
3.4降低配电网设备及杆塔的接地电阻。
(1)变压器接地应采用“四点共一地”的方式，即高、低压侧避雷器接地线、低压侧中性线和金属外壳接地线，这四点连接后共同接地；(2)接地引下线宜使用最小截面积不得小于75mm2 的镀锌扁钢或最小直径不得小于8mm 的镀锌圆钢，不使用绝缘导线或铝绞线；(3)做好接地电阻定期测量和维护工作，确保100kV•A以上配电变压器接地电阻小于4Ω，避雷器和100kV•A及以下配电变压器接地电阻小于10Ω。
3.5规范避雷器安装技术要求。
在柱上断路器进、出线两侧均应装设避雷器，尤其是联络开关应避免单侧装设避雷器的情况发生。为有效防止正、逆变换过电压，在配电变压器高、低压侧均应装设避雷器。在多雷区，外间隙式避雷器应谨慎使用，并与加强线路绝缘配合实施。
3.6使用三相同期自动重合闸。
配电线路故障可分为瞬时故障和永久故障两类。自动重合闸的运用能够使线路在瞬时故障消除后立即投入运行，减少由于继电保护误动作或其他原因误跳闸造成的停电损失，在最短时间内使整个系统恢复到正常运行状态，提高配电网的供电可靠性。
3.7采用新型配电网防雷保护技术。
国民生产由于雷害导致的损失巨大，为此许多新兴防雷技术也应运而生，主要包括：
(1)双曲折特种防雷变压器。在普通变压器的基础上优化其内部绝缘结构并对变压器的高、低压绕组同时改用Z形连接，使防雷变压器自身耐雷水平较普通变压器提高了26%，能有效阻止从高压侧侵入的雷电过电压以及低压侧侵入的雷电侵入波，传递过电压较普通变压器降低60%，且高压侧有中性点引出，便于采用“四点共一地”接地方式。
(2)绝缘横担。绝缘横担是利用玻璃纤维环氧树脂（玻璃钢）材料制作的横担，绝缘横担与绝缘子组合使用将使得雷电放电间距增大3～4 倍，绝缘等级提高至66kV 线路水平，大大降低线路闪络率，从而防止了雷击跳闸和断线的事故。同时相同等级的绝缘横担较铁横担重量轻40%，给运输、安装都带来了极大的便利。
(3)SYJ型接地装置。在基础施工阶段把自然塔基改造成降阻塔基，这种装置与基础同时施工，避免了二次施工，占地面积小，不受杆塔所处地形影响，具有良好的散流性能，冲击系数小。
(4)DTJ系列配电网中性点动态智能接地成套装置。该装置融合了经消弧线圈接地和低阻接地两种方式的优点，同时又避免了这两种接地方式的缺点，即当电网发生瞬时故障时系统自动切换至经消弧线圈接地方式消除故障点，使故障点绝缘恢复，提高供电可靠性。当电网发生永久性故障时系统切换至低阻接地方式找到并切除故障线路，确保人身和设备安全。
(5)配电线路故障智能诊断控制装置。该装置由主机、智能传感器、检测电源和外围电路组成。当配电线路发生故障跳闸时断路器跳闸回路发出跳闸信号，故障智能诊断装置的控制模块接收到跳闸信号后启动，闭锁断路器合闸回路，重合闸不动作。同时通过线路状态传感器对线路的故障数据进行采集，数据通过决策模块分析判定线路故障属于瞬时故障还是永久故障后，再依据判定结果决定重合闸是否动作，防止重合闸造成的事故扩大。
4结束语
6~ 35kV 配电网是送电入户的“最后500米”，直接影响供电可靠性和供电服务质量。但由于配电网绝缘等级低、网架结构不合理等因素致使其雷电防护能力相对较弱。再加上防雷属于系统工程，必须根据实际情况全方位地采取科学的“阻”、“放”措施开展综合治理, 才能有效减少雷害事故, 提高电网运行的安全稳定性。
论文作者:廖彬1,陈忠伟1,方宏迪1,周瑞1,秦超2,李贤3
论文发表刊物:《电力设备》2018年第16期
论文发表时间:2018/10/1
标签：过电压论文; 线路论文; 避雷器论文; 雷害论文; 防雷论文; 雷电论文; 配电网论文; 《电力设备》2018年第16期论文;