浅谈10kV配电线路雷害原因及防治措施

摘 要： 本文首先介绍配电网绝缘导线雷击断线原因，分析配电线路雷击损害原因，并提出了相应的方法措施，从而提高配电网运行可靠性。

关键词：10kV；配网；防雷；措施

前言：

随着 10 kV 线路绝缘化水平不断提高，架空绝缘导线越来越多应用到配电网中。由于绝缘线路难以承受直击雷或感应雷，雷击断线已经成为电力系统面临新难题。目前，国内外防止架空绝缘导线雷击断线采取的主要措施有架设架空避雷线、安装金属氧化物避雷器、在柱式绝缘子上安装过电压保护器、负荷侧安装防弧金具等，以上措施能在一定程度上防止架空绝缘线路雷击跳闸和雷击断线事故的发生。

当线路遭受雷击产生雷电过电压闪络，特别是在两相或三相（ 不一定是在同一电杆上） 之间闪络而形成金属性短路通道，引起数千安培工频续流，电弧能量骤增。此时，由于架空绝缘导线绝缘层阻碍电弧在其表面滑移，高温弧根被固定在绝缘层的击穿点燃烧，导致在断路器动作之前被烧断。通过采用防雷措施，可有效防止架空绝缘导线雷击断线事故发生，提高配电网运行可靠性。

1 绝缘导线雷击断线

防范配电线路雷击断线现象主要有"堵塞"和"疏导"2 种方式。"堵塞"就是阻止雷击闪络后工频续流起弧，而"疏导"就是将绝缘子附近的绝缘导线局部裸线化，使工频电弧弧根转移，从而保护导线免于烧伤。根据国内配电线路防雷措施运行经验看，采用穿刺型放电箝位柱式绝缘子、过电压保护器和穿刺型防弧金具具有较高的综合效益，值得大范围推广和应用。

1. 1 雷击断线机理分析

以前采用裸导线，在受到雷击后（ 包括直接雷和感应雷） ，会引起线路闪络。此时，工频续流引起的电弧由于受到电磁力的作用，使电弧向导线落雷点两侧迅速流动，雷电流经过开关、变压器等设备处的避雷器迅速流人大地，或在工频电流烧断导线之前引起跳闸，很少发生断线事故。但是，当绝缘导线遭受雷击时，雷电过电压引起绝缘子闪络，并击穿导线的绝缘层，击穿点附近的绝缘物阻碍了电弧沿着导线表面向两侧移动，电弧只能在击穿点燃烧。高达数千安培的工频电弧电流集中在绝缘击穿点上，并在断路器跳闸之前将熔断。

1. 2 防止绝缘导线雷击断线措施

1） 架设架空避雷线。利用架空避雷线的屏蔽作用来保护输电线路是一种传统的有效方法。该方法效果较好，可以免除维护。缺点是投资成本较高，易使线路遭受反击。

2） 安装氧化锌避雷器。采用氧化锌避雷器，可有效截断工频续流，限制雷电过电压和配电线路的感应过电压。缺点是保护范围小，只能保护本杆设备； 全线装设投资成本较大； 避雷器阀片长期承受工频电压，容易老化。

3） 安装线路过电压保护器。这种线路过电压保护器，相当于带有外间隙的氧化锌避雷器。安装时，绝缘层无需剥开，在平时运行中，不承受运行电压，使用寿命较长，免维护。缺点是只能防护雷电过电压。

4） 使用防雷绝缘子。防雷绝缘子分为针式绝缘子和箝位绝缘子 2 种。前者投资较少，改造简单易行，但防雷效果一般； 后者能箝制绝缘导线工频电位，将雷电冲击放电路径定位于高压电极与横担角钢之间，疏导工频电弧的弧根在高压电极负荷侧燃烧，以保护绝缘导线免遭雷击断线。该方法效果好、成本低。缺点是工频电弧会把电瓷伞裙烧蚀损坏，需及时更换绝缘子； 安装时要剥开绝缘层，易使线心进水而受腐蚀。穿刺型放电箝位柱式绝缘子，能有效解决剥线型绝缘子导线线芯进水。防雷支柱绝缘子将支柱绝缘子和防弧金具合二为一，通过引弧棒与绝缘子金属件放电，可防止绝缘线雷击断线，安装简单、线路美观，但防护范围小，需大量安装。

5） 使用防弧金具。防弧金具分为剥线型和穿刺型 2 种。前者通过特制电极与绝缘导线线芯接触引出高电位，定位雷电冲击闪络路径，疏导工频续流电弧弧根离开导线至电极上燃烧，保护导线免于损坏，但采用剥线安装方式给绝缘导线带来局部裸露和密封缺陷，长期会造成导线受潮产生电化学腐蚀断线； 后者采用穿刺安装方式，克服了剥线安装方式存在的密封缺陷，且可靠性高。

6） 安装防雷接地挂环。防雷接地挂环将引弧棒和验电接地环合二为一，发生雷击时，引弧棒与绝缘子金属件之间放电，使工频续流电弧转移至引弧棒燃烧，可防止绝缘线雷击断线，但接地挂环无法集中安装。

2 配变雷击损害

2. 1 配变雷害机理分析

配电变压器发生雷害事故主要是由配电系统遭受雷害时"正、逆变换"过电压引起。正变换过电压是当配电变压器低压侧线路遭受雷击时，变压器二次绕组上流经冲击电流，经电容耦合作用，作用于高压绕组上，容易发生高压侧绕组绝缘击穿故障； 逆变换过电压当配变高压侧遭受雷击时，经过高压侧避雷器的雷电流非常大，在接地装置上产生电压降，这个压降同时作用在低压绕组中性点和低压绕组上，通过电磁感应在高压侧产生高电压，进而绝缘击穿。实践经验表明，引起"正、逆变换"过电压的因素主要有：

1） 配变损坏后未及时检出，造成配电变压器实际没有保护；

2） 避雷器接地引下线不规范，如避雷器引下线过长、断裂和松动；

3） 配变只在高压侧安装避雷器，低压侧未装避雷器；

4） 接地电阻值偏大。

2. 2 提高配变防雷可靠性技术措施

1） 35 kV 线路。在变电站进线 1 ～ 2 km 加装接地线，限制雷电波侵入变电站，防止雷击损坏变电站内设备，缺点易使线路遭受反击。

2） 35 kV 变电站。在长期备用的 35 kV 出线线路侧加装避雷器，防止雷击损坏变电站设备。

3） 低压侧安装避雷器。为有效限制正变换过电压，可在低压侧（ 10 kV 线路在变压器、电容器、开关两侧、电缆两端） 安装避雷器，防止雷击损坏其它电气设备。一旦雷击低压线路或低压线路有感应过电压时能起到保护作用，同时还能有效限制低压线圈两端的过电压值，保护配电变压器高、低压线圈的绝缘，防雷效果十分显著。

4） 缩短避雷器与变压器外壳之间的接地线。通过接地线的电感电压降 UL为UL= L0 （ 1）

式中： L0-电感；

-接地线长度；

/ -雷电流变化梯度。

由式（ 1） 可知： 如果接地线太长，其电感电压降较大，与避雷器残压叠加作用于绕组，对主绝缘产生威胁。因此，应尽可能缩短接地线长度，以缩短泄流路径，其长度一般不超过 3 m，同时，还要尽量用短、直、粗的接地线以降低线感。

5） 按期进行避雷器预防性试验和维护。结合配电线路检修和清扫，对避雷器进行试验，建立避雷器预防性试验数据档案，认真分析避雷器运行工况，及时发现隐患，对不合格和有缺陷的避雷器进行更换； 同时要及时掌握并分析避雷器在线监测泄漏电流数据，数据增大可能是避雷器损坏的先兆； 还要做好对避雷器防污清扫工作，仔细检其接地引下线接地可靠性，防止接地引下线通过螺栓与接地网连接而造成电网接地短路。

6） 降低配变接地电阻。降阻措施有延伸水平接地体、扩大地网面积和使用降阻剂。通过以上措施，保证接地体电阻达到规程要求。

7） 采用"Z"型接线防雷配电变压器。配变内部采用"Z"型接线方法来限制正、逆变换过电压。其与传统 Y/Y0 接线方式在高压线圈上相同，但低压侧有区别。"Z"型接线采用曲折星形接线，即把每一相绕组均分成相等的 2 段，分别绕在 2 个铁芯柱上。把一个铁芯柱上的半绕组和另一个铁芯柱上的半绕组相反串联起来，成为一相绕组。当高压侧进波或低压侧三相进波时，每个铁芯柱上有 2 个半绕组，这 2 个半绕组中流过的冲击电流大小相等、方向相反，感应磁势正好互相抵消，铁芯柱上的总磁势几乎等于零，高压侧没有正、逆变换过电压。在雷害严重地区采用这种接线的配电变压器防雷效果十分明显，且低压侧不必装设低压避雷器。由于采用新的接线方式，材料消耗、运行损耗和造价增加，与传统配电变压器相比，成本较高。

3 结束语

配网由于自身绝缘水平低，容易受到雷击损害，尤其易发生雷击绝缘导线断线和雷击配用变压器损坏。10 kV 线路雷击跳闸事故中，避雷器爆炸情况比较多，主要原因是避雷器制造质量不高，密封不严； 避雷器在运行中长期受力，导致密封不严。密封不严导致避雷器内部受潮，避雷器动作后电弧沿避雷器阀片表面放电，避雷器阀片失去作用，无法有效截断工频续流，从而引起避雷器爆炸。配网防雷是一项系统工程，需采用综合手段进行防雷，同时须针对雷电活动情况，因地制宜，合理选择适当的防雷方法，才能切实降低雷害事故，提高配电网安全运行水平。

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