路 軍

（南方電網(wǎng)廣東電網(wǎng)公司肇慶供電局，廣東 肇慶 526060）

1 引言

配電網(wǎng)中的故障以配電線路的故障占大部分，配電線路的故障又以雷擊跳閘占的比重最大，尤其是在山區(qū)的配電線路中，線路故障基本上是由于雷擊跳閘引起的，據(jù)運(yùn)行記錄，架空配電線路的供電故障約60%是雷電引起的，特別是供設(shè)置在山頂?shù)囊苿?dòng)電話收發(fā)信站、電視和廣播發(fā)射天線設(shè)備等設(shè)置場(chǎng)所的配電線路，是雷擊造成配電線路故障跳閘頻發(fā)的主要原因之一。所以防止雷擊跳閘可大大降低配電線路的故障，進(jìn)而降低電網(wǎng)中事故的發(fā)生頻率。經(jīng)多年摸索，我國(guó)的配電線路防雷基本形成了一系列行之有效的常規(guī)防雷方法，如降低接地電阻、架設(shè)避雷線、安裝自動(dòng)重合閘等，但是對(duì)于向山頂供電的配電線路，雷害十分頻繁，降低接地電阻又極其困難，而且費(fèi)用高、工作量大，效果也受到一定的限制。因此，山頂供電的配電線路防雷是一項(xiàng)非常嚴(yán)重的工作。

2 向山頂供電配電線路雷擊過(guò)電壓的種類

2.1 直擊雷

直擊雷電過(guò)電壓是雷直擊配電線路時(shí)產(chǎn)生的過(guò)電壓，流入的電流、產(chǎn)生的電壓都極其大。按照廣東省2001年雷電定位統(tǒng)計(jì)資料，年平均雷電流為24.3kA為例，若設(shè)配電線路的沖擊阻抗為 500?，產(chǎn)生的雷電過(guò)電壓極大，約為6100kV。因此，對(duì)于直擊雷，即使是小雷，如果不采取對(duì)策，也會(huì)導(dǎo)致絕緣破壞。

2.2 感應(yīng)雷

感應(yīng)雷電過(guò)電壓是當(dāng)配電線路附近的樹(shù)木和構(gòu)筑物等遭受落雷時(shí)，放電電流引起的線路附近的電磁場(chǎng)急劇變化而產(chǎn)生的過(guò)電壓。國(guó)際有關(guān)研究機(jī)構(gòu)觀測(cè)得出的結(jié)論：

（1）感應(yīng)雷的主要成分是在回?fù)暨^(guò)程中產(chǎn)生的。

（2）在配電線路上產(chǎn)生的感應(yīng)雷電壓在距落雷地點(diǎn)最近的點(diǎn)為最大。

（3）雷電流和感應(yīng)雷電壓的極性相反。即為負(fù)極性雷電流和正極性感應(yīng)雷電壓、正極性雷電流和負(fù)極性感應(yīng)雷電壓的組合。

2.3 反擊雷（逆流雷）

在構(gòu)筑物落雷時(shí)，若該構(gòu)筑物的接地電阻高，則接地電位上升大，有時(shí)雷電流的一部分侵入供電電源的配電線路側(cè)，因構(gòu)筑物電氣回路的構(gòu)成，有時(shí)不在構(gòu)筑物側(cè)發(fā)生雷電損害，只在配電線路側(cè)產(chǎn)生故障，這種現(xiàn)象稱為反擊雷（逆流雷）。

由于移動(dòng)電話收發(fā)信站、電視和廣播發(fā)射塔等山頂負(fù)荷易遭受雷擊，在向這些設(shè)備供電的配電線路的防雷對(duì)策中應(yīng)特別考慮。

3 向山頂供電配電線路的雷害特征

3.1 高山地區(qū)的高阻接地

在向山頂供電的配電線路中，從雷害的情況來(lái)看，其中一個(gè)原因是反擊雷。雷擊向越高的構(gòu)筑物，接地阻抗值越高，反擊向配電線路的電流就越大。以廣東省肇慶市北嶺山將軍頂為例，將軍山頂海拔986m，向山頂電視廣播發(fā)射中心供電的10kV微波支線線路全長(zhǎng)2.80km，導(dǎo)線均無(wú)換位，山地占63%，高山大嶺占34%。對(duì)該段線路山腰＃14～＃21桿塔接地網(wǎng)進(jìn)行實(shí)測(cè)，經(jīng)測(cè)試如表1所示。

表1 基桿塔接地電阻值

3.2 雷擊的選擇性和易擊點(diǎn)

從雷擊統(tǒng)計(jì)資料和實(shí)驗(yàn)研究證明，山區(qū)架空配電線路多雷區(qū)和易擊點(diǎn)，發(fā)生在山高、勢(shì)陡、谷深、高差變化大、檔距較長(zhǎng)的地段，其地質(zhì)一般是兩種或數(shù)種地質(zhì)的交錯(cuò)處。

山頂?shù)孛鏄?gòu)筑物的性質(zhì)和形狀對(duì)雷電的發(fā)展有很大的影響，在高大的電視發(fā)射塔的尖頂和邊緣上電場(chǎng)強(qiáng)度最大，這些都是容易遭受雷擊的緣故。

向山頂供電配電線路一般都架設(shè)在山高、勢(shì)陡、高差變化大、檔距較長(zhǎng)的地段，故障跳閘往往發(fā)生在雷雨大風(fēng)天氣，往往因1次故障引起多個(gè)桿塔設(shè)備破損燒壞，由于山區(qū)道路濕滑，維護(hù)作業(yè)困難，一旦發(fā)生故障，有時(shí)需要較長(zhǎng)的時(shí)間恢復(fù)。

4 向山頂供電配電線路雷害的防雷對(duì)策

向山頂供電的配電線路大部分為水泥桿鐵橫擔(dān)，絕緣水平不高，遭受直擊雷、感應(yīng)雷或反擊雷時(shí)都容易引起絕緣子的閃絡(luò)，造成相間短路跳閘，有時(shí)還會(huì)發(fā)生斷線。因此，必須調(diào)查分析該區(qū)域過(guò)去雷害經(jīng)過(guò)，掌握雷害程度，加強(qiáng)配電線路的防雷保護(hù)，采取有效的措施，以提高供電可靠性和減少經(jīng)濟(jì)損失。

4.1 桿塔接地降阻對(duì)策

采用線路避雷器防雷抑制雷害，關(guān)鍵是接地線的接地阻抗，當(dāng)線路受到感應(yīng)雷擊時(shí)，若線路沒(méi)有避雷器產(chǎn)生的對(duì)地電壓為Up，則有避雷器時(shí)線路上產(chǎn)生的對(duì)地電壓為如下：

4.2 選擇復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器

由于常用的避雷器是瓷外套，比較重，安裝不便，使用在線路上有一定的局限性，而且如果發(fā)生爆炸，它的碎片將危及臨近絕緣子的運(yùn)行安全，所以必須選擇一種比較適合于線路上使用的避雷器。

隨著國(guó)內(nèi)硅橡膠技術(shù)的發(fā)展，近些年研制成功的復(fù)合絕緣外套氧化鋅避雷器就是一種適合懸掛于線路桿塔上的避雷器，與傳統(tǒng)的瓷外套避雷器相比，它除去了笨重的外套，改用新型硅橡膠復(fù)合有機(jī)外套，因而它具有重量輕等優(yōu)點(diǎn)，甚至在復(fù)合外套避雷器損壞時(shí)能允許線路繼續(xù)運(yùn)行，而其電氣特性、保護(hù)特性方面大體與瓷外套避雷器相當(dāng)。

國(guó)際上，美國(guó)、日本等國(guó)已大量使用復(fù)合外套氧化鋅避雷器，日本有大量復(fù)合外套氧化鋅避雷器在電網(wǎng)中使用。隨著我國(guó)硅橡膠技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)在城農(nóng)網(wǎng)改造中大量使用10kV、110kV、220kV的復(fù)合外套氧化鋅避雷器，如表2是深圳某公司生產(chǎn)的10kV復(fù)合外套氧化鋅避雷器的電氣特性。

表2 10 kV復(fù)合外套氧化鋅避雷器電氣特性

4.3 選擇防爆脫離型復(fù)合外套無(wú)間隙氧化鋅避雷器

它的工作原理是當(dāng)這種防爆脫離型避雷器受到強(qiáng)雷或其他原因引起閥片瞬間部分或全部損壞時(shí)，或引起閥片側(cè)面閃烙時(shí)，產(chǎn)生的高溫高壓的氣體沖破底蓋，接地線脫落，從而防止避雷器發(fā)生粉碎性爆炸和防止因避雷器而造成的永久性接地故障。它的主要特點(diǎn)：①脫離裝置在電力系統(tǒng)中性點(diǎn)任何一種接地方式下，避雷器長(zhǎng)期運(yùn)行蛻化或因雷擊損壞時(shí)都能可靠動(dòng)作，有效防止避雷器發(fā)生爆炸和電力系統(tǒng)的永久性接地故障，確保電網(wǎng)的安全運(yùn)行；②壓力釋放裝置使避雷器在嚴(yán)重故障電流下仍保持完整；③外部散形結(jié)構(gòu)大大提高了避雷器的外部閃絡(luò)電壓；④外絕緣耐電腐蝕，抗老化；⑤良好的非線性電阻片使避雷器具有殘壓低、通流容量大、響應(yīng)時(shí)間快、陡坡特性平坦，確保配電設(shè)備運(yùn)行。

肇慶供電局在雷電活動(dòng)頻繁、雷雨季節(jié)經(jīng)常遭受雷擊，造成線路跳閘的將軍頂山區(qū)的 10kV微波支線的#12號(hào)～#18號(hào)桿塔上安裝了7組21只合成絕緣外套金屬氧化物避雷器，經(jīng)過(guò)2年多的運(yùn)行實(shí)踐，證明這種改進(jìn)的防雷措施對(duì)于山區(qū)線路的防雷是經(jīng)濟(jì)、有效的。

防爆脫離型復(fù)合外套無(wú)間隙氧化鋅避雷器，雖然能有效的防止避雷器發(fā)生粉碎性爆炸和防止因避雷器而造成的永久性接地故障。但損壞的避雷器還需停電更換，近年為提高供電可靠性，減少對(duì)客戶的停電，采用摘掛式避雷器，可在不用停電的情況下更換避雷器，從而減少停電損失。

4.4 新型線路支柱型避雷器防雷過(guò)電壓保護(hù)器

近年電科院與國(guó)內(nèi)廠商開(kāi)發(fā)一種新型的配電線路支柱型避雷器防雷過(guò)電壓保護(hù)器，該保護(hù)器是由氧化鋅支柱型避雷器、限流元件引流球、導(dǎo)線引流球、標(biāo)準(zhǔn)串聯(lián)間隙、連接支柱板、標(biāo)準(zhǔn)引流球間隙工具幾部分共同組成。

當(dāng)線路受到雷擊過(guò)電壓，感應(yīng)過(guò)電壓尚未達(dá)到絕緣子閃絡(luò)時(shí)，導(dǎo)線引流球和保護(hù)器限流元件引流球間隙開(kāi)始放電，之后將雷電流導(dǎo)向支柱型避雷器，雷電流經(jīng)支柱型避雷器釋放，而工頻續(xù)流則被支柱型避雷器截?cái)?，達(dá)到“避雷”的目的。該保護(hù)器最大的優(yōu)點(diǎn)是不用接地線，減少了山上堅(jiān)土或巖石上難以降阻和接地引下線被盜的煩惱。

肇慶供電局 2008年開(kāi)始在雷雨季節(jié)經(jīng)常遭受雷擊跳閘的部分山區(qū)配電線路上試點(diǎn)安裝了支柱型避雷器防雷過(guò)電壓保護(hù)器，經(jīng)過(guò)半年多的運(yùn)行，效果良好。

4.5 加裝10kV戶外高壓真空自動(dòng)重合器

根據(jù)統(tǒng)計(jì)，配電系統(tǒng)中永久性故障一般不到60%，其余故障都是由于雷擊過(guò)電壓引起的絕緣子表面閃絡(luò)、大風(fēng)時(shí)的短時(shí)碰線或樹(shù)枝落在導(dǎo)線上等引起的瞬時(shí)故障。因此，肇慶供電局將向山頂供電的10kV微波支線#01桿塔的柱上真空開(kāi)關(guān)更換為戶外高壓真空永磁自動(dòng)重合器（三相），當(dāng)系統(tǒng)出現(xiàn)故障時(shí)，保護(hù)立刻動(dòng)作是線路或設(shè)備斷開(kāi)，在非常短暫的時(shí)間內(nèi)，故障點(diǎn)的電弧就會(huì)自動(dòng)熄滅，使絕緣得以恢復(fù)。此時(shí)自動(dòng)重合閘裝置動(dòng)作，自動(dòng)將斷路器合上，恢復(fù)系統(tǒng)正常運(yùn)行。借助重合器的作用，當(dāng)線路發(fā)生瞬時(shí)性故障時(shí)，可不影響用戶用電，而當(dāng)發(fā)生永久性故障時(shí)，可起到分段開(kāi)關(guān)的作用，限制停電范圍。重合器運(yùn)行2年多來(lái)動(dòng)作超過(guò)15次，收到良好的效果。

4.6 加裝架空地線

對(duì)于雷電活動(dòng)頻繁、雷雨季節(jié)經(jīng)常遭受雷擊的山區(qū)供電線路，應(yīng)考慮加裝架空接地線，它具有以下優(yōu)點(diǎn)：

（1）利用電磁遮蔽效果抑制感應(yīng)雷電壓。

（2）將雷引向架空接地線，防止雷直接擊向?qū)Ь€或設(shè)備。

（3）將直擊到架空地線的雷電流分流到與架空地線有一定距離的桿塔接地極，抑制遭雷擊桿塔的接地電位升高，防止逆閃絡(luò)。

（4）通過(guò)架空地線和相導(dǎo)體的電磁耦合，降低直擊雷時(shí)的絕緣子間電壓，防止閃絡(luò)。

（5）降低避雷器通過(guò)電流。

配電線路設(shè)置架空地線可將避雷器損傷率降低到 1/3～1/5。向山頂供電的配電線路，線路一般架設(shè)在堅(jiān)土或巖石上，這些地段的接地阻抗值大，可在該段配電線路區(qū)域外取接地阻抗較低的區(qū)域設(shè)置分流架空地線，作為防止避雷器和設(shè)備燒損故障對(duì)策的也是十分有效的。

5 結(jié)論

設(shè)置在山頂?shù)囊苿?dòng)電話收發(fā)信站、電視和廣播發(fā)射中心等擔(dān)負(fù)著社會(huì)的重要作用，為其供電的配電線路往往架設(shè)在勢(shì)陡、谷深、高差變化大、檔距較長(zhǎng)的地段，地質(zhì)一般都為堅(jiān)土或巖石，接地阻抗值大，雷擊故障頻發(fā)。提高配電線路的供電可靠性，研究解決向山頂供電配電線路的耐雷設(shè)計(jì)和防雷措施成為重要的課題。

[1]許穎,徐士珩.交流電力系統(tǒng)過(guò)電壓防護(hù)及絕緣配合[M].北京∶中國(guó)電力出版社,2006.9.

[2]GB11032-89.交流無(wú)間隙金屬氧化物避雷器.

[3]DL/T620-1997,交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合.北京∶中國(guó)電力出版社.

[4]中國(guó)電力百科全書∶輸電與配電卷. 北京∶中國(guó)電力出版社,1995.

[5][日]橫山茂著,吳國(guó)良譯.配電線路雷害對(duì)策[M].北京∶中國(guó)電力出版社,2008.6.