（广东电网有限责任公司肇庆德庆供电局 广东肇庆 526600）
摘要：10kV配电线路的防雷保护直接影响到用户供电的安全可靠性。本文结合德庆县10kv配电网实际运行中的雷害情况和典型事例，全面分析了该县10 kV配电网的防护现状和雷害原因。线路绝缘水平低、绝缘子老化和接地方式不当、绝缘匹配问题是目前该县10kV配电网雷击跳闸率居高不下的主要原因。提出了10kV配电网综合防雷措施：降低接地电阻、合理使用消弧线圈、更换劣质绝缘子、加装可调保护间隙。
关键词：10kV配电线路；雷击事故分析；防雷措施
引言
德庆县雷电活动密集，属于传统的多雷区域，因雷击导致的配电线路跳闸故障在总配网故障中所占的比例超过。据电力系统故障分类统计显示，雷击事故引起的线路跳闸在 10kv 配电线路运行的总跳闸次数中占有较大的比例。特别是再途经地形、地貌复杂，档距大和多雷的地区。 10kV 配电线路普遍应用于城镇和乡村电网建设中，但由于其点多、面广、线长，负荷变化复杂，在雷雨天气下遭受雷击的情况时有发生。这不仅影响到城市人们的日常生活及工农业的发展，而且也会造成其他配电设备的损坏，危及到配电线路供电的安全性。
德庆10kV配电线路雷击事故概述
德庆县属于肇庆市，位于广东省中部偏西西江中游北岸，境内大部分为是山地重丘，受地形影响，配网线路所经地形复杂，线路跨越大，雷雨天部份杆塔容易断线、跳闸、台区避雷器、变压器烧坏等现象。由于德庆县境内大部份为山区，平地很少，配网线路杆塔只能设在山头或迎风坡等突出位置，如图1所示，造成线路跨越山沟，档距都比较大，有些杆塔档距达400米左右，形成天然“避雷网”，容易引雷。
10kV配电线路雷击事故的特点
直击雷过电压和感应雷过电压是雷击过电压最常见的两种形式。相比输电网，配电网的绝缘水平较低，网架结构复杂，一般情况下配电线路没有避雷线、耦合地线等保护措施，因此当配电线路遭受直击雷，即雷电直接击中线路或设备时，会产生高达数百千伏的过电压，雷电流高达数十千安，直击雷过电压引起的配电网雷击跳闸率为100%。研究表明，因杆塔高度，周围建筑物、地形的屏蔽作用，感应过电压对10kV作用引起的闪络或故障占雷害事故的比例超过80%。因此对于10kV配网线路的防雷，主要是研究感应雷过电压引起的雷击事故[1]。
雷击事故的危害
2012年至 2014 年，德庆县线路共跳闸 1321次，其中雷击造成的跳闸 944 次，占总跳闸次数的71.46%，其次为外力破坏引起的跳闸，为377 次，占总数的 28.54%。可见，雷击跳闸是影响输电线路及设备安全稳定运行的主要因素之一。
2 10kV配电线路雷击的主要原因分析
2.1 架空线路绝缘水平影响
近年来，中国的10k V配电系统建设工作突飞猛进，网架结构同时也越来越复杂，线路主要采取“堵塞式”防雷保护，手段是采用高一级的绝缘子，或线路增加绝缘子的方式来降低雷电过电压的闪络，但是同样存在部分绝缘子绝缘水平不够及由于粉尘污染、瓷瓶爆裂等因素造成线路绝缘水平下降，发生闪络现象。
2.2 架空线路绝缘配合影响
现在大部分配电线路还没有配置避雷线，无法有效预防直接雷对线路放电，大部分线路都有安装避雷器，但是由于部分避雷器自身原因，冲击放电电压无法与线路绝缘水平配合，放电电压较高，在线路遭到雷击时，雷电电流得不到释放，大电流所携带的能力传送到各沿着线路的各配电设备，更有可能传送到变电站主网设备，造成设备损坏或开关跳闸。
德庆10kV配电线路有部份台区变压器或避雷器曾经遭雷击损坏的情况，通过在试验室对现场的绝缘子进行了雷电冲击试验后发现，该线路的绝缘子的U50%雷电击放电电压为195.87kV，而台区的雷电全波冲击耐压需不小于75kv（实际上10kV配电变压器的全波冲击耐压也在75kV左右），这种绝缘匹配陡度太大。线路上的雷电过电压不能及时得到泄放，雷电流沿着10kV线路传播进入台区变压器，从而会造成侵入到台区的雷电过电压过高而使台区的避雷器损坏，严重时甚至导致变压器损坏[2]。
2.3 杆塔位置影响
山区坡度较大，较大档距的线路没有避雷线或杆塔没有安装避雷器的情况下比较容易受到雷击损坏，雷云在山区地区漂移的过程中有可能与山顶的较大档距的线路平行或在较高的杆塔下方，或者线路避雷设施失去了作用，同时造成大地的雷电屏蔽作用对高处的线路失效，在这种微气象与复杂的地形情况下，输电线路及杆塔容易遭受雷击[3]。
杆塔在山岩及其土壤电阻率较高的地区时，造成杆塔电位升高，容易遭受雷击。由于山区地势复杂，大多是岩石，土壤电阻率较高，接地装置的施工困难，接地电阻值难以达到要求。德庆地区10kV线路大多处于土壤电阻率大于500Ω·m的山区，经测量其接地电阻有多处超标，部分台区工频接地电阻值达三十几欧姆，严重超标，影响雷击电流泄放和地电位反击，造成台区高压避雷器或变压器损坏。因此杆塔接地电阻超标成为德庆地区配电线路防雷的关键问题之一。
2.4 运行维护不足
通过对德庆多条10kV配电线路的现场调查发现，运行线路中存在大量的低值、零值绝缘子。正常绝缘子串两端出现过电压时通常引起表面闪络而不影响其内部的绝缘强度，瞬时过电压下绝缘子表面闪络后重合闸动作即可恢复送电。当绝缘子串中存在劣质绝缘子时，通过绝缘子串的泄漏电流明显增大，绝缘子的击穿电压将低于表面闪络电压[4]。此时绝缘子发生闪络后工频续流流过绝缘子内部，其持续的电弧放电将造成绝缘子炸裂，如图2所示。经检测，德庆多条10kV配电线路存在有明显闪络烧灼痕迹的炸裂绝缘子。
建议该地区10kV配电线路的防雷措施
适当提高线路绝缘水平
为了提高配电线路的耐雷水平，可加强线路绝缘。瓷横担的耐雷水平是铁横担针式绝缘子的倍多，因此，在线路中应尽量选择瓷横担。德庆地区的10kV配电线路采用的绝缘子型号为 P-15 型，为了更好地防止雷击，可以根据情况来更换P-20 绝缘子，这将会明显的降低感应雷过电压造成线路闪络的概率，提高供电可靠性。
合理使用消弧线圈
雷电活动强烈、接地电阻又难以降低的地区，配电网可考虑电网中性点经消弧线圈接地。雷击闪络大多数是从单相闪络发展为相间闪络的，采用消弧线圈后，可使大多数雷击单相闪络接地故障被消弧线圈消除，不至发展为持续的工频电弧。而当雷击引起两相或三相闪络故障时，第一闪络并不会造成跳闸，先闪络的导线相当于一根避雷线，增加了分流及对非故障相的藕合作用，使未闪络相绝缘上的电压下降，从而提高线路的耐雷水平。正确整定消弧线圈的运行参数，可明显减小相间闪络建立工频电弧的概率。采用消弧线圈接地后运行效果良好，雷击跳闸率可降低30%左右。
加强配电网的运行维护
绝缘子的正常运行对保持配电线路的绝缘水平和耐雷水平有重要作用。但大部分的地区的电力部门在实际运行中，对于配电线路没有制定运行维护规程，根据德庆地区的调研情况，正常状态下不会对配电线路的绝缘子进行轮修、轮检、轮换，仅在线路发生绝缘子炸裂事故后才进行更换，因此配电线路存在许多的绝缘弱点，往往雷击时，雷电流侵入的薄弱点，很容易造成绝缘子损坏。
4、降低杆塔的接地电阻
根据相关规程规定，配电线路中，配电变压器容量超过100kVA，接地电阻应小于4Ω，容量小于 100kVA，接地电阻应小于10Ω。对于刀闸、柱上开关、线路杆塔易击段处需用避雷器对此进行保护，此时避雷器接地电阻必须小于4Ω。配电线路中接地电阻偏高这一现象要想得到解决，首先要勘探杆塔所在地的地貌以及地质状况，对其周围土壤的电阻率进行测量、酸碱度以及土壤对钢接地体的年腐蚀情况，然后进行严格的计算设计，制定出切合实际的降阻措施[5]。降低杆塔接地电阻可以减小雷击杆塔时的电位升高。目前降低杆塔接地电阻的方法主要有：
（1）加大接地体尺寸
根据理论分析计算可知，无论哪一种接地体，增大尺寸，均会降低线路杆塔接地装置的接地电阻。
（2）水平外延接地体
杆塔接地处允许的情况下尽可能采用水平放射接地体，不仅可以降低工频接地电阻,更重要的是可以有效降低冲击接地电阻，起到有效的防雷作用。但如在水平放射长度的倍的范围内有较低土壤电阻率的地方，可以采用外引接地的方式。通过对德庆地区的调查发现，此方法存在易腐蚀，使用寿命短，难以达到目标值的缺点。
（3）外引接地
指引出接地线与埋在深井内、湖边或大树下等低土壤电阻率处的接地极相连。但德庆县所处地区主要为山区，地形狭小，此方法实施困难。
（4）采用降阻剂
实践证明，在水平接地体周围施加高效膨润土降阻防腐剂，对降低杆塔的接地电阻效果明显，GB 50169-92《电器装置安装工程接地装置施工及验收规范》中对降阻剂的使用提出了要。
（5）深埋接地极
指避开地表高电阻层，将接地极埋在地下土壤电阻率小的更深处，可用竖井式或深埋式接地极。选择埋设地点时应选择地下水丰富或地下水位较高的地方。若杆塔附近有金属矿体,可将接地体插入矿体上，利用矿体来延长或增大接地体尺寸。
5、电气设备的防雷保护
为解决绝缘匹配陡度大而引起的配电线路雷电侵入波对变电设备的危害问题。可采用配电型可调式球形过电压保护间隙，可调球形现场安装如图3所示。保护间隙具有结构简单、维护方便的优点。间隙的雷电放电电压调整到略小于绝缘子的冲击闪络电压，在雷电过电压的作用下，间隙首先动作，把雷电流泄入大地，从而保护台区绝缘子串和设备。由于间隙击穿是春空气击穿，受到空气的去游离、电动力和风力的作用，纯空气间隙的熄弧能力要比绝缘子的沿面熄弧能力强，因而采用球形间隙保护更有利于电弧的熄灭[6]，使电路恢复在正常，与合理的中性点接地方式和其他防雷措施相配合可大幅度提高供电可靠性。
结束语
本文全面分析目前我国配电网地防雷措施方面存在普遍性问题的基础上，根据现场调研与试验，通过文章的探讨和分析，雷击引起 10kV 配电线路发生故障的概率比较高。 因此， 提高 10kV 配电线路的绝缘水平、 加强配电设备的防雷保护及对防雷设施加强管理等措施，是提高 10kV 配电线路安全使用的有效方法。从而提高配电线路的耐雷水平，降低运行维护单位的维护时间，减少了线路由于雷击损坏而造成的经济损失，能够为电力系统安全运行提供有力保障。
参考文献
李清奇, 许敏. 架空输配电线路防雷水平判断及防雷措施[J]. 上海电力, 2004(2):136-139.
古济雄. 10kV配电线路防雷保护措施[J]. 山东工业技术, 2013(11):55-56.
邓文斌, 李景禄, 周秀,等. 南方某县城10kV配电网防雷保护分析[J]. 电瓷避雷器, 2010(4):23-25.
Tokuji Masaki, Kouji Higuchi, Yoshihide Yokoi. Effective lightning protection schemes for distribution line[J]. Electrical Engineering in Japan, 2007, 115(4):27-41.
黄兰英, 吴广宁, 曹晓斌,等. 10kV配电线路防雷措施研究与应用[J]. 四川电力技术, 2009, 32(5):39-41.
邓文斌, 李景禄, 黄清社,等. 进贤10kV配电线路雷害事故分析及防雷措施研究[J]. 电气应用, 2010(19):40-43.
论文作者:温家骥
论文发表刊物:《电力设备》2016年第18期
论文发表时间:2016/11/30
标签：线路论文; 绝缘子论文; 杆塔论文; 过电压论文; 防雷论文; 德庆论文; 雷电论文; 《电力设备》2016年第18期论文;