李偉斌

摘 要：10 kV配網(wǎng)線路雷擊事故時(shí)有發(fā)生，嚴(yán)重影響到了配網(wǎng)供電的質(zhì)量及穩(wěn)定性，并對(duì)人們的日常生活用電造成了影響。對(duì)10 kV配網(wǎng)線路的雷電過(guò)電壓類(lèi)型進(jìn)行了分析，提出了10 kV配網(wǎng)線路的綜合防雷方案，以期為有關(guān)需要提供參考和借鑒。

關(guān)鍵詞：配電線路；雷電過(guò)電壓；感應(yīng)雷；避雷器

中圖分類(lèi)號(hào)：TM863 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.21.149

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們的生活水平日益提高，對(duì)日常生活用電的質(zhì)量及穩(wěn)定性也提出了更高的要求。在電力系統(tǒng)中，10 kV配網(wǎng)線路是其中的重要組成部分，為確保10 kV配網(wǎng)線路的正常運(yùn)行，必須要應(yīng)用先進(jìn)的防雷技術(shù)，合理設(shè)計(jì)配網(wǎng)線路的綜合防雷方案，從而確保10 kV配網(wǎng)線路的安全、高效運(yùn)行。鑒于此，筆者進(jìn)行相關(guān)介紹。

1 配網(wǎng)線路雷電過(guò)電壓類(lèi)型

根據(jù)過(guò)電壓行程的物理過(guò)程，雷閃放電引起線路雷電過(guò)電壓主要有以下幾種類(lèi)型。

1.1 感應(yīng)雷過(guò)電壓

當(dāng)雷擊輸電線路旁大地及輸電線桿塔時(shí)，在線路導(dǎo)線上感應(yīng)出過(guò)電壓。一般情況下，感應(yīng)過(guò)電壓大小為300～500 kV，如圖1（4）所示，對(duì)35 kV及以下線路絕緣有一定的威脅。

1.2 雷電直擊導(dǎo)線過(guò)電壓

當(dāng)雷直接擊于無(wú)避雷線線路的導(dǎo)線或繞過(guò)避雷線而擊于導(dǎo)線時(shí)，會(huì)使導(dǎo)線出現(xiàn)較高的過(guò)電壓，使絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)，導(dǎo)線對(duì)地短路，如圖1（3）所示。對(duì)于無(wú)避雷線線路而言，容易

發(fā)生這種情況，而有避雷線線路也可能發(fā)生，繞擊的多少用“繞擊率”來(lái)表示。

（1）—雷擊桿塔或附近避雷線；（2）—雷擊擋距中避雷線；

（3）—雷擊導(dǎo)線；（4）—雷擊附近大地

1.3 雷直擊桿塔反擊過(guò)電壓

當(dāng)雷擊于線路桿塔及桿塔旁1/4擋距的避雷線時(shí)，較大的雷電流經(jīng)桿塔電感和接地電阻入地，如圖1（1）所示，使塔頂電位升高，這樣與導(dǎo)線之間形成一定的電位差。當(dāng)桿塔和導(dǎo)線的電位差超過(guò)絕緣子串50%的放電電壓時(shí)，就會(huì)使線路絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)，導(dǎo)致導(dǎo)線對(duì)地短路。

1.4 雷擊擋距中避雷線過(guò)電壓

雷擊有避雷線的線路的擋距中避雷線時(shí)，如圖1（2）所示，會(huì)產(chǎn)生很大的雷擊電流，使避雷線電壓升高。但由于避雷線半徑較小，擋距較大，雷電流在沿桿塔傳播時(shí)會(huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的沖擊電暈，幅值衰減很快，一般不會(huì)導(dǎo)致絕緣子閃絡(luò)。按規(guī)程規(guī)定確定的避雷線和導(dǎo)線的空氣間也極少發(fā)生閃絡(luò)。工程中一般不考慮這種過(guò)電壓。

2 感應(yīng)雷過(guò)電壓的計(jì)算及仿真

目前，我國(guó)配電網(wǎng)大多采用由架空線和電纜線（大多用于城市供電系統(tǒng)中）構(gòu)成的輻射狀結(jié)構(gòu)。隨著城市配電網(wǎng)的改造、建設(shè)，電纜線的使用量大大增加，在考慮配網(wǎng)線路受感應(yīng)雷過(guò)電壓影響的同時(shí)，也需要考慮因電纜、架空絕緣線和裸導(dǎo)線在結(jié)構(gòu)上的不同，使感應(yīng)雷在3類(lèi)線路上產(chǎn)生的過(guò)電壓也不一樣。圖2所示為仿真模型。

在圖2中，假設(shè)該電網(wǎng)中的G為無(wú)限大電源；T為主變壓器，變比為110 kV/10 kV，聯(lián)結(jié)組別為YN/d11；TZ是Z形變壓器；L為消弧線圈；R為消弧線圈的阻尼電阻。線路采用架空裸線路、架空絕緣線、電纜3種線路組成。在圖1所示的仿真網(wǎng)絡(luò)中，架空裸導(dǎo)線型號(hào)選用的是LGJ-120，絕緣架空線為JKLGJ-120，電力電纜型號(hào)選用的是YJLV22-3×120。本文通過(guò)仿真計(jì)算分析各參數(shù)對(duì)架空配電線路觀測(cè)點(diǎn)處感應(yīng)雷過(guò)電壓幅值和波形的影響。仿真過(guò)程中，雷電流模型選擇Heidler模型，雷電流波頭時(shí)間為1.2 μs，雷電流波長(zhǎng)時(shí)間為50 μs，雷電回?fù)羲俣葹?.5×108 m/s。結(jié)合仿真結(jié)果，發(fā)現(xiàn)隨著雷電流幅值的增加，線路上感應(yīng)產(chǎn)生的過(guò)電壓幅值也會(huì)相應(yīng)地增加，且雷電流幅值大小與感應(yīng)雷過(guò)電壓的幅值大小為接近于線性的關(guān)系。感應(yīng)雷過(guò)電壓上升沿部分的電壓爬升速度較快，引起的電壓沖擊最為明顯，對(duì)線路絕緣的危害最大。雷擊點(diǎn)距離線路越近，架空配電線路觀測(cè)點(diǎn)處感應(yīng)雷過(guò)電壓幅值越大，感應(yīng)雷過(guò)電壓爬升速度越快，在過(guò)電壓峰值過(guò)后，感應(yīng)過(guò)電壓的下降速度也越快，架空配電線路觀測(cè)點(diǎn)處感應(yīng)雷過(guò)電壓的幅值隨雷擊點(diǎn)距離線路距離不斷增大衰減得越慢。

3 10 kV配電網(wǎng)綜合防雷技術(shù)措施

3.1 加裝線路避雷器

在易擊段桿塔上安裝線路避雷器可以有效提高線路防雷性能，線路避雷器的選擇性安裝應(yīng)該予以相當(dāng)?shù)闹匾?，但是線路避雷器保護(hù)范圍較小，只能有效保護(hù)1個(gè)基桿塔。只有所有桿塔都安裝了，其保護(hù)效果才能得到體現(xiàn)，且需確保避雷器的接地裝置良好，接地電阻合格。由于其昂貴的價(jià)格，在實(shí)際中，要結(jié)合桿塔周?chē)牡匦?、氣候、事物等因素綜合考慮，將避雷器安裝在最需要的桿塔上。

3.2 安裝防雷金具

該保護(hù)裝置直接安裝在絕緣子上端，上部金屬電極中有一個(gè)帶穿刺的電極，它可穿透絕緣導(dǎo)線的絕緣層，實(shí)現(xiàn)與內(nèi)部導(dǎo)體的緊密電接觸；在雷電過(guò)電壓的作用下，該保護(hù)裝置直接通過(guò)與導(dǎo)體緊密接觸的穿刺刀片，將雷電過(guò)電壓引至該保護(hù)裝置的外部金屬電極，使雷電過(guò)電壓直接加在該保護(hù)裝置的外部金屬電極和絕緣子底部金屬電極之間，從而造成雷電過(guò)電壓沿著絕緣子表面擊穿。此后，工頻續(xù)流電弧將沿著該保護(hù)裝置的金屬電極表面漂忽移動(dòng)燃燒，而不會(huì)再像架空絕緣導(dǎo)線那樣總是固定在某一點(diǎn)燒灼。這樣，實(shí)際上該保護(hù)裝置就是在絕緣子處，將絕緣導(dǎo)線變成了類(lèi)似的裸露導(dǎo)線結(jié)構(gòu)，它不易被燒壞，從而保護(hù)了架空絕緣導(dǎo)線在雷擊過(guò)程中不會(huì)斷線。

3.3 安裝可調(diào)式保護(hù)間隙

對(duì)于電纜和絕緣架空線，可以采用可調(diào)式保護(hù)間隙保護(hù)，以減少電纜和絕緣架空線的外層絕緣受到的過(guò)電壓沖擊?？烧{(diào)式保護(hù)間隙的工作原理為：在絕緣子串旁邊并聯(lián)一對(duì)金屬電極，構(gòu)成保護(hù)間隙，間隙距離小于絕緣子串的串長(zhǎng)。正常運(yùn)行時(shí)，并聯(lián)間隙具有使工頻電場(chǎng)均勻的作用。架空線路遭受雷擊時(shí)，在絕緣子串上產(chǎn)生較高的雷電沖擊過(guò)電壓，由于并聯(lián)間隙的雷電放電電壓低于絕緣子串的放電電壓，間隙先放電，連續(xù)的工頻電弧在電動(dòng)力和熱應(yīng)力作用下離開(kāi)絕緣子串在間隙電極之間燃燒并向外發(fā)展，保護(hù)絕緣子串免于損壞，進(jìn)而防止了雷擊斷線。

3.4 采用絕緣塔頭和橫擔(dān)

對(duì)同桿雙回或同桿多回配電線路，可采用絕緣子與絕緣橫擔(dān)組合的配置方式；對(duì)三角排列的單回配電線路，可采用絕緣桿頭、絕緣橫擔(dān)、絕緣子組合的配置方式，桿塔上部整體形成一個(gè)絕緣塔頭，提高10 kV配電線路的絕緣水平和供電可靠性。絕緣塔頭、橫擔(dān)具備良好的電氣絕緣性能，具有放電電壓高、泄漏電流小，抗老化能力強(qiáng)、適應(yīng)長(zhǎng)期戶(hù)外運(yùn)行環(huán)境以及便于安裝等特點(diǎn)，能夠大幅提高配電線路的絕緣水平，使雷電放電的空氣間距增大。

3.5 加裝耦合地線或桿塔拉線

對(duì)于降低桿塔接地電阻有困難，以及雖已部分安裝避雷線但仍易受雷害侵襲的線路，可采用加裝耦合地線或桿塔拉線的方法。其原理是通過(guò)增強(qiáng)避雷線和導(dǎo)線之間的耦合作用，從而降低絕緣子串上的電壓，對(duì)雷電流進(jìn)行有效分流，使桿塔波阻抗減小。由于加裝耦合地線成本較高，且耦合地線并不能完全防止絕緣子串受雷擊閃絡(luò)，因此無(wú)法大范圍推廣使用。

4 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，10 kV配網(wǎng)線路雷擊事故的頻繁發(fā)生不僅影響到了配網(wǎng)的供電質(zhì)量及穩(wěn)定性，并且對(duì)人們的日常生活用電及生命財(cái)產(chǎn)安全造成了影響，研究其綜合防雷方案關(guān)系到配網(wǎng)線路的可靠運(yùn)行。因此，在10 kV配網(wǎng)設(shè)計(jì)中，設(shè)計(jì)人員要綜合應(yīng)用多種防雷技術(shù)，合理設(shè)計(jì)10 kV配網(wǎng)線路的綜合防雷方案，從而提高配網(wǎng)的防雷水平，確保10 kV配網(wǎng)的安全、穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

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[2]趙偉杰.淺探配網(wǎng)10 kV架空線路綜合防雷技術(shù)[J].科技與企業(yè)，2016（10）.

〔編輯：劉曉芳〕