10k架空配电线路雷击事故分析与防治措施

李自强

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。文章结合广东省肇庆市德庆县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10kV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。

关键词：10kV配电线路；雷击事故分析；防雷措施

引言

10kV架空配电线路绝缘水平低下，在珠江三角洲等雷电活动频繁地区，雷击是造成配电线路跳闸的主要原因之一。雷击闪络引起的线路绝缘子损坏、导线断线、避雷器击穿导致单相接地等故障，严重威胁电网的供电可靠性。雷电活动时空分布规律与线路雷击跳闸具有很强的相关性，地闪密度的大小与雷击跳闸次数呈正相关性。配电线路杆塔尺寸小、高度低、电压等级小，其本身对雷击的吸引效果相对于周围信号塔、高耸尖端物体等设施来说较弱，这些设施的存在使附近的雷电地闪活动增强，10kV架空配电线路遭受雷击的风险增大。相对于主网输电线路，10kV架空配电线路受地形地貌因素的影响更为强烈，山区向山底侧的配电线路遭受雷击的概率较大。此外，在建筑物密集的城区，高耸建筑的高度要高于密集分布的配电线路，在雷电发展的先导阶段，其产生的感应电场对附近的配电线路具有一定的屏蔽作用，使配电线路免受雷击。

1目前架空配电线路防雷存在问题分析

1.1架空绝缘导线雷击断线

随着架空绝缘导线在配电线路中的广泛应用，由雷电过电压造成的绝缘导线断线事故频频发生。例如，2010年7月河南漯河市某10kV配电网遭受雷击，导致绝缘导线多处发生断线事故。图1为河南漯河市10kV配电网绝缘导线雷击断线图，图2为导线断线处断口形貌图。

极短时间内热过程和力过程的综合作用是导致架空绝缘导线雷击断线的根本原因。当发生雷电过电压闪络时，沿着雷电击穿而形成的短路通道在电网工频电压作用下流过工频续流，电弧能量剧增，高温弧根被固定在绝缘层的击穿点灼烧，产生局部过热，导致绝缘导线断线。同时，由于电位差在电弧通道所产生的电磁推力和导线自身重力的共同作用使得绝缘导线整齐断裂。

1.2架空配电线路雷击跳闸率过高

a）架空配电线路绝缘水平较低导致雷击跳闸率过高。影响配电网的雷电过电压大多为感应过电压，其幅值具有较大的分散性，提高架空配电线路的绝缘水平后可大幅度降低线路的雷击闪络概率。架空配电线路绝缘水平主要由配电线路中的绝缘子决定，而绝缘子闪络与绝缘子50%冲击放电电压水平是密切相关的。因此，提高线路的绝缘水平能够有效减少绝缘子闪络，降低雷击跳闸率。b）架空配电线路运行缺少维护导致雷击跳闸率过高。由于配电线路对于运行状态的绝缘子没有采用任何监测措施，且线路投运时间长，线路老化严重，线路中易出现大量低值或零值绝缘子。

1.3配电线路与配电设备的绝缘配合不当引起事故

发电厂、变电站的雷害事故主要是雷击造成变电站的主变压器、断路器、隔离开关和穿墙套管损坏，以及变电站低压二次系统的雷害事故。据调查统计，90%以上的发电厂、变电站雷害事故都是由线路侵入的雷电侵入波造成，且配电线路的雷电侵入波所造成的事故占大部分。

2.0kV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

通过对德庆多条10kV配电线路的现场调研发现，运行线路中存在较多的低值、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。当绝缘子串中存在低值、零值绝缘子时，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。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。

2.2架空线路绝缘配合影响

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。

3降低该地区10kV配电线路雷击事故的防治措施

3.1合理使用消弧线圈

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耦合作用，使未闪络相绝缘上的电压下降，从而提高线路的耐雷水平。德庆在悦城镇、回龙镇等雷电活动比较强烈、接地电阻由于地形原因难以降低区域，采用电网中性点经消弧线圈接地的方式，运行效果良好，雷击跳闸率可降低25%左右。

3.2加强对防雷接地的管理

德庆地处山区，配电线路中接地电阻普遍偏高，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，了解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。降低杆塔接地电阻可以减小雷击杆塔时的电位升高。目前在德庆地区降低杆塔接地电阻的方法主要有：1.水平外延接地体；2.采用降阻剂；3.深埋接地极。均收到一定的降阻效果。加强对接地装置的管理，对新投运杆塔接地装置，要求选用Ф16圆钢，将杆塔接地引线的位置提高到离地4m以上，台架接地引线的位置提高到离地2.5m以上，以减少引下线被盗发生。现有不满足要求的接地装置，视负荷重要程度，结合线路综合停电逐步进行改造。

结语

10kV配电线路结构、尺寸均小于输电线路，因此其雷击跳闸率值受周边环境因素的影响更大。珠江三角洲地区属多雷区，线路雷击跳闸率与地闪密度存在很强的正相关性，但10kV配电线路的引雷作用并没有使其线路走廊范围内的雷电地闪活动增强。珠江三角洲地区的雷电流幅值主要集中在10～50kA的范围内，而目前该地区的10kV配电线路耐雷水平只有几千安，因此线路跳闸事故频发。10kV架空配电线路处于山顶时，线路两侧直击雷的引雷范围都增大，直击雷跳闸率增大，雷击大地时，雷击点与导线的竖直距离增加，使线路感应雷跳闸率增大。线路处于山腰时，向山顶侧线路直击雷引雷范围缩小，直击雷跳闸率减小，感应雷受雷宽度和雷击点与导线间的竖直距离均减小，感应雷跳闸率减小；向山底侧线路直击雷的引雷范围都增大，直击雷跳闸率增大，雷击大地时，雷击点与导线的竖直距离增加，使线路感应雷跳闸率增大。高耸尖端物体的引雷作用使线路走廊范围内的地闪活动增强，高幅值雷电流的比例增大，周边10kV架空配电线路遭受雷击的风险增强。该地区城市高耸建筑密集，高耸建筑具有一定的屏蔽作用，使城区线路感应雷击跳闸率降低。

参考文献：

[1]林智敏，万幸倍．上海城市架空绝缘配电线路防雷的技术措施[J]．高电压技术，2004，30（9）：73~74

[2]李锦鹏，郭思君．3~66kV电力系统过电压保护器的应用与发展[J]．高电压技术，2004，30（8）：28-29.