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摘要：10kV配电线路的雷害事故对供电网络的正常运行与健康发展有着严重的负面影响和阻碍作用。本文以10kV的配电线路为研究对象，结合现实生活中典型的雷害事故为例，简要地阐述了10kV配电线路的基本参数数值及其雷害事故的具体情况，详细地揭示和剖析了10kV配电线路遭遇雷害的主要原因，深入地探讨了对10kV配电线路实施保护的仿真技术和防雷措施。希望能够在文中为相关研究人员提供理论上的依据和实践上的参考。
关键词：10kV；配电线路；雷害事故；防雷措施；仿真
随着配电线路和供电网络的不断完善与发展，电力的普及和推广逐渐渗透到了社会的各个领域。与发展齐头并进的还有配电线路上常见的一些病害和风险威胁。调查显示，作为城市供电主线的10kV配电线路经常发生雷害事故，对人们的日常生活和供电系统的正常运转带来了极为严重的危害。本文将以长沙市某地段的供电主线为例，针对10kV配电线路的雷害和解决措施进行详细的分析研究。
一、10kV配电线路的参数及雷害事故
(一)10kV配电线路的基本参数数值
本文引以为例的10kV配电线路，是长沙市某地区供电所内部的一条重要配电线路。该线路在经过1号直线杆和36号耐张杆之间的路段时，通过同杆双回的架设形式，和一条10kV的配电线路配合工作。在经过37号基杆和115号基杆之间的路段时，同样以同杆双回的形式和另一条10kV的立交线配合工作。这一整段10kV的配电线路采用的是型号为JKLGYJ-120、全长6850m的导线，由115根基杆按照60m的平均档距排列而成。其中，直线杆有102基，转角杆有5基，耐张杆有4基，钢杆有4基。基杆与基杆之间的平均跨距较大。当地的配电线路全部采用的是普通的铁横担，所以该段10kV的配电线路采用的也是普通铁横担的横架方式。25号基杆柱上安装有一台真空开关和两个避雷器。
(二)10kV配电线路的雷害事故情况
当地的开关站在2015年2月26日晚上的19点37分遭遇强烈的雷电活动冲击。由于网架结构等复杂而不可逆的客观原因，10kV配电线路所负荷的电力无法顺利转移或嫁接到它处，为使用10kV的配电网和供电所带来了极大的影响，大大降低了当地供电的可靠性和电网的安全性。通过从雷害现场搜集的信息资料，技术人员对导致10kV配电线路雷害事故的具体原因总结如下。
二、10kV配电线路雷害事故的原因及其计算方式
(一)10kV配电线路雷害事故的主要原因
经过对雷害现场信息资料的有效回收，技术人员发现，雷击点如果落在配电线路基杆直径65m的范围内，通常情况下会直接集中杆塔或是基杆上的配电线路。当配电线路网络的附近有海拔较高的建筑物或是其它屏蔽性事物时，线路遭受雷击的概率就会相对降低。该地段的配电线路雷击事件中，只有20%是由雷电直接击中导线的直击雷事故。直击雷造成的配电线路雷害事故中有一半以上的电流大于等于20kA，主要集中于人烟稀少的郊区或是周围没有高层建筑屏蔽的空旷地区，影响较小。剩余的80%都是感应雷，而由感应雷造成的雷击事故中有95%以上的电流是小于等于1kA的，这种程度的电流，意味着可以通过一定的措施而避免雷害事故。
(二)感应雷过电压及其计算方式
感应雷过电压指的是自然雷电落在配电线路附近的土地上时，在配电线路的导线内部形成电磁感应，进而产生的一种巨大电压。这种感应雷过电压主要由电磁分量和静电分量这两种分量电压共同构成。电磁分量电压中的导线和放电通道的铺设位置是相互垂直的关系，两者之间产生的电磁感应并没有多强。静电分量电压是雷电电荷产生的静电场突然失效而形成的一种感应电压，可以达到很高的数值。由此可见，电磁分量的电压和静电分量的电压相比，在数值上要小得多。当自然雷电落在10kV配电线路所在区域或是附近区域的时候，感应过电压就会出现在线路的导线上。事实上，架空导线上的感应电荷并不是在雷电击落的瞬间就立即释放出来。主线的放电是一个发展的过程，而感应电荷也是逐渐释放的一个发展过程。由此可以推出10kV配电线路感应雷过电压的具体计算公式：
图1避雷器保护范围模型图
如图1所示，将P-15绝缘子、JKLGYJ-120导线、YH5WS-17.5/50避雷器、60m~90m档距和458.333kV的感应雷过电压幅值等数据作为10kV配电线路防雷措施仿真研究的基础，采用ATPDraw软件创建和搭设仿真模型进行分析。
2、仿真结果的图表数据
图2没有安装避雷器保护杆塔绝缘子上电压变化曲线
3、仿真结果的分析研究
图2是在10kV配电线路的基杆上没有安装避雷器的情况下，杆塔绝缘子上电压的变化曲线图。图上突然降低的部分应该就是基杆受到雷击影响的时间段。随后骤然上升的变化曲线说明，在配电线路遭受雷电过电压冲击的时候，基杆上的绝缘子串被迅速击穿。因为线路单相接地的短路现象，所以电路在极度下降之后又马上回到了0V的状态。图3是加装了避雷器对杆塔上的10kV配电线路实施防雷保护的情况。从遭遇雷击而快速上升然后趋于平缓的变化曲线中可以看出，当配电线路遭受雷电过电压的时候，避雷器及时地发挥出了保护作用。通过将落在杆塔上的自然雷电引入地层下面，杆塔绝缘子上受到的电压波动会大幅下降，不再出现闪络烧毁或短路跳闸的情况。由此可见，避雷器的防雷保护效果是非常显著的。但是避雷器仅仅只会对安装的杆塔起保护作用，邻近的杆塔依然存在遭遇雷害的危险。出于经济上的考虑，在整个配电线路中加装避雷器是非常浪费的一种奢侈行为，并不符合10kV配电线路防雷保护的现实状况。为了节省配线线路网络的建设经费和维修资金，应该在出线杆、易击杆塔、电缆端头、线路分支点和配电设备旁等地点酌情安装合理数量的避雷器。
图3安装了避雷器保护杆塔绝缘子上电压变化曲线
(二)加装并联保护间隙
前面已经详细分析过，导致10kV配电线路遭遇雷害事故的主要原因，是感应雷在线路上形成电磁反应而产生的感应雷过电压。这种在感应雷的影响下出现的过电压，会造成配电线路杆塔上的绝缘子串出现闪络烧毁，主要电源因短路而跳闸停电或是配电线路的导线断裂等雷害事故。一般而言，10kV配电线路会采用加强绝缘子串和安装线路避雷器等防雷措施。加强绝缘子串可以有效提升配电线路的抗雷能力，但容易受到线路铺陈走向的约束和线路组合排列的限制。安装线路避雷器的防雷效果较为良好，但是前期投资的成本很大，通常只用于雷击事故较为频繁和雷击情况较为严重的区域和地段。鉴于以上现实，10kV配电线路的防雷过程中还可以利用保护间隙和自动重合闸装置的配合运作，加强绝缘子串的防雷效果。当自然雷电击中配电线路的时候，保护间隙可以在绝缘子串反应过来、开始放电之前，先行进行放电保护，把雷电引入地下，从而保护绝缘子串不至于被闪络烧毁。
(三)安装自动跟踪补偿消弧装置
将具有自动跟踪功能的补偿消弧装置安装在电容电流大于等于10A的配电网络上，不仅可以大幅降低10kV配电线路上频繁建弧的概率，还能优化提升供电所对外供电的安全可靠性。雷电过电压的电压幅值虽然会在一瞬间提高到巨大的数值上，但是维持和产生作用的时间相对较短。杆塔上绝缘子的热破坏，基本上都是因为电网中骤然上升的的电容电流或是雷电流过后的工频续流造成的。而一些型号适宜的自动跟踪补偿消弧装置能够有效控制住完成补偿后的残余电流，将剩余电流控制在小于等于5A的安全范围内，为自然雷电流经过程中的安全性和后期处理消弧的科学性创造出良好的基础条件。
结束语：
通过上述的仿真研究可知，直击雷和感应雷是导致10kV配电线路遭遇雷击事故的主要原因，而感应雷过电压则是造成大面积停电雷害的根本原因。要想防治配电线路的雷害情况，就应该加装避雷器、保护间隙和补偿消弧装置等，尽量减小雷击所带来的危害和损失。
参考文献
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论文作者:冷江
论文发表刊物:《电力设备》2016年1期供稿
论文发表时间:2016/4/15
标签：线路论文; 雷害论文; 过电压论文; 避雷器论文; 杆塔论文; 绝缘子论文; 雷电论文; 《电力设备》2016年1期供稿论文;