10 kV 架空線路防雷措施及應(yīng)用——以深圳坪山配網(wǎng)為例

龍文華

(深圳供電局有限公司，廣東深圳518000)

0 引言

由于架空配電線路長期暴露于野外，穿越叢山峻嶺、空曠區(qū)域，且具有供電網(wǎng)點(diǎn)多、供電面積廣、供電線路長等特點(diǎn)，運(yùn)行中極易遭受雷擊，造成停電故障，不但會給供電企業(yè)造成經(jīng)濟(jì)損失，而且嚴(yán)重影響到廣大居民的正常生產(chǎn)和生活用電。近十幾年來，經(jīng)過線路改造，深圳配網(wǎng)10 kV 架空線路大部分已改造為絕緣導(dǎo)線或電纜，配網(wǎng)安全運(yùn)行水平顯著提高，但也出現(xiàn)了新的問題，架空絕緣導(dǎo)線遭受雷擊時(shí)，容易發(fā)生斷線故障。配電線路防雷工作一直是配網(wǎng)運(yùn)行管理工作的重中之重。

1 坪山配網(wǎng)故障情況

1.1 配網(wǎng)線路基本情況

配網(wǎng)線路共287 回，其中公用線路217 條，專用線路70條，分別占75.6%和24.4%;配網(wǎng)線路總長1 161.2 km，其中公用線路957 km，占82.4%，專用線路204.2 km，占17.6%。在公用配網(wǎng)線路957 km 中，10 kV 架空線路有293.5 km，占30.7%，其中裸導(dǎo)線39.3 km，絕緣導(dǎo)線254.2 km，。

1.2 配網(wǎng)故障統(tǒng)計(jì)分析

坪山配網(wǎng)現(xiàn)有10 kV 架空線路，且大多分布在山區(qū)和空曠地區(qū)，運(yùn)行環(huán)境差，雷電影響大，故障次數(shù)多。近幾年來，配網(wǎng)線路故障率呈逐年下降趨勢。下面對坪山2011 年～2013 年配網(wǎng)線路故障跳閘停電情況進(jìn)行統(tǒng)計(jì)、分析。

1)配網(wǎng)故障跳閘停電次數(shù)。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得知:每年的6 ～9 月份是配電線路故障多發(fā)期，1 ～4 月份和10 ～12 月份相對較少。

表1 坪山2011 ～2013 年配網(wǎng)故障跳閘次數(shù)統(tǒng)計(jì)表

2)配網(wǎng)故障跳閘原因分類。從統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)得知，引起線路跳閘最多的是自然災(zāi)害，占63. 9% (其中:雷擊36. 1%;臺風(fēng)21.1%);其次是外力破壞，占21.1%(其中:施工損傷9.2%;被盜4.2%);設(shè)備不良占15%(其中:公用設(shè)備5.8%，用戶設(shè)備9.2%)。

圖1 坪山2010 ～2013 年配網(wǎng)故障跳閘原因分類統(tǒng)計(jì)餅狀圖

3)配網(wǎng)故障跳閘原因分析。通過對坪山近3 年10 kV 配網(wǎng)故障的統(tǒng)計(jì)、分類不難看出，每年的6 ～9 月是故障的高發(fā)期，雷電造成的故障占全年故障的36.1%，占自然災(zāi)害故障的56.6%。雷電對配網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行影響越來越凸顯。雖然，我們不能阻止雷電的形成，但是，我們可以采取有效的防雷措施，加強(qiáng)對配網(wǎng)的保護(hù)。

2 配電線路防雷常識

2.1 雷電對配電線路的危害

1)電性質(zhì)的破壞作用。表現(xiàn)為幾十萬伏、幾百萬伏甚至更高的沖擊電壓可能毀壞變壓器、斷路器、絕緣子等線路設(shè)備的絕緣，燒斷導(dǎo)線，劈裂桿塔，造成大規(guī)模停電;絕緣損壞可能引起短路，導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸事故;巨大的雷電流流入地下，可能導(dǎo)致接觸電壓或跨步電壓的觸電事故。

2)熱性質(zhì)的破壞作用。表現(xiàn)為巨大的雷電流通過導(dǎo)體，在極短的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)換出大量的熱能，造成絕緣導(dǎo)線燃燒或?qū)Ь€、金具熔化、飛濺而引起火災(zāi)(如山火)或爆炸。

3)機(jī)械性質(zhì)的破壞作用。表現(xiàn)為被擊物(如絕緣子、桿塔)遭到破壞，甚至爆裂成碎片。

2.2 雷擊配電線路的種類

1)直擊雷。雷云直接對導(dǎo)線、桿塔、絕緣子放電。

2)感應(yīng)雷。也稱為雷電感應(yīng)或感應(yīng)過電壓。分靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)兩種。靜電感應(yīng)是由于雷云接近地面，在架空線路或其他導(dǎo)電突出物頂部感應(yīng)出大量電荷引起。一旦發(fā)生放電，感應(yīng)電荷將轉(zhuǎn)換成強(qiáng)烈的高電壓沖擊波。電磁感應(yīng)是由于雷擊后，巨大的雷電流在周圍空氣間產(chǎn)生迅速變化的強(qiáng)磁場引起，在附近導(dǎo)體上感應(yīng)出很高的電壓。

3)球雷。雷電放電時(shí)形成的發(fā)紅光、橙光、白光或其他顏色的火球。它是一團(tuán)處在特殊狀態(tài)下的帶電氣體。

2.3 雷擊配電線路表現(xiàn)形式

1)直擊:雷電直接擊落在線路上，導(dǎo)致線路絕緣擊穿，如直擊雷。

2)繞擊:雷電繞過避雷線擊落在導(dǎo)線上，或雷電繞過線路頂端導(dǎo)線擊落在其他導(dǎo)線上，導(dǎo)致線路絕緣擊穿，如球雷。

3)反擊:雷擊線路桿塔或附近地面，引起地點(diǎn)位升高，產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，導(dǎo)致線路絕緣擊穿，如感應(yīng)雷。

3 雷擊故障停電原因分析

架空配電線路受雷電過電壓的影響主要分為直擊雷和感應(yīng)雷。直擊雷過電壓破壞力極大，跳閘率很高，但發(fā)生機(jī)率很少。感應(yīng)雷過電壓是引起10 kV 架空線路閃絡(luò)或故障的主要因素，因此，防雷保護(hù)的重點(diǎn)應(yīng)放在感應(yīng)雷過電壓的防護(hù)上。

3.1 斷線停電

裸導(dǎo)線遭受雷擊后，雷電過電壓引起線路閃絡(luò)，工頻續(xù)流引起的電弧由于受到電磁力，迅速沿雷擊點(diǎn)兩側(cè)導(dǎo)線表面流動、衰減，并經(jīng)過絕緣子、桿塔對地閃絡(luò)放電，或經(jīng)過開關(guān)、變壓器等設(shè)備處的避雷器流入大地，或在燒斷導(dǎo)線之前，引起開關(guān)保護(hù)跳閘，因而很少發(fā)生斷線故障(線徑小的導(dǎo)線除外)。但是，絕緣導(dǎo)線遭受雷擊后，雷電過電壓引起線路絕緣子閃絡(luò)，并擊穿導(dǎo)線絕緣層。而擊穿點(diǎn)附近的絕緣物，阻礙了電弧沿著導(dǎo)線表面向兩側(cè)移動、衰減。電弧只能在擊穿點(diǎn)燃燒，高達(dá)幾千安、幾十千安的工頻電弧電流集中在絕緣擊穿點(diǎn)上，并在線路開關(guān)跳閘之前，很快把導(dǎo)線熔斷，導(dǎo)致停電。

3.2 接地停電

線路遭受雷擊后，很高的雷電壓或感應(yīng)過電壓擊穿絕緣子和避雷器，或很大的雷電流擊斷導(dǎo)線，造成線路接地故障，引起開關(guān)跳閘或調(diào)度斷開開關(guān)停電。

3.3 短路停電

線路遭受雷擊后，很高的雷電壓或感應(yīng)過電壓同時(shí)擊穿兩相及以上絕緣子和避雷器時(shí)，或很大的雷電流擊兩相及以上斷導(dǎo)線，造成線路兩相或三相接地短路故障，引起開關(guān)跳閘停電。

4 配電線路防雷措施

由于配電線路絕緣水平低，當(dāng)線路遭受雷擊時(shí)，特別容易造成接地或短路故障，造成停電，影響供電質(zhì)量。因此，采用以下防雷措施，可以防止或減少10 kV 架空線路雷擊故障，確保配電線路安全運(yùn)行。

4.1 架設(shè)避雷線

為避免配電線路遭受直接雷擊，可采取全線或部分線段架設(shè)避雷線，利用避雷線的保護(hù)角，對線路進(jìn)行保護(hù)。該方法效果好，少維護(hù)或免維護(hù)。缺點(diǎn):①全線安裝投資成本大。②防止繞擊或反擊效果較差。

4.2 安裝線路避雷器

分段或選擇山頂容易遭受雷擊的桿塔，安裝避雷器，并安裝接地裝置，接地電阻≤10 Ω。一般采用氧化鋅避雷器，可有效地截?cái)喙ゎl續(xù)流，限制雷電過電壓。缺點(diǎn):①全線安裝投資成本大。②避雷器閥片長期承受工頻電壓，容易老化。③增加了線路運(yùn)行設(shè)備數(shù)量。

4.3 安裝避雷針

選擇山頂或空曠地帶容易遭受雷擊的桿塔，在桿塔頂端安裝獨(dú)立避雷針，并安裝接地裝置，接地電阻≤30 Ω。利用避雷針的保護(hù)角對桿塔上的導(dǎo)線、絕緣子進(jìn)行保護(hù)，避免遭受直接雷擊。缺點(diǎn):①全線安裝投資成本大，需要安裝接地裝置。②安裝前需要對原有桿塔承受能力進(jìn)行計(jì)算。

4.4 安裝線路過電壓保護(hù)器

過電壓保護(hù)器相當(dāng)于間隙+氧化鋅避雷器組合，在運(yùn)行中不承受工頻電壓，線路損耗低，使用壽命長，免維護(hù)，故障隔離效果好，不影響線路安全運(yùn)行。缺點(diǎn):①全線安裝投資成本大，每基桿塔需要安裝接地裝置和接地網(wǎng)。②增加了線路設(shè)備數(shù)量。

4.5 安裝保護(hù)間隙

保護(hù)間隙結(jié)構(gòu)簡單，維護(hù)方便，安裝在絕緣子或絕緣子串兩端，當(dāng)雷擊線路時(shí)，它在系統(tǒng)中與自動重合閘配合使用，既可將雷電流及時(shí)接地，又可對客戶不間斷供電，從而起到防止絕緣子閃絡(luò)燒毀，維持線路正常運(yùn)行的作用。缺點(diǎn):①間隙不能切斷雷電流之后的工頻短路電流，必須借助于自動重合閘配合來切斷電弧。②間隙電壓擾動將影響電能質(zhì)量。③間隙放電可能導(dǎo)致線圈形式的設(shè)備擊穿。

4.6 安裝放弧線條

在絕緣導(dǎo)線固定處兩側(cè)剝離絕緣層各約300 mm，在剝離段加裝防弧線條或并聯(lián)同截面裸導(dǎo)線，在雷擊引起絕緣子閃絡(luò)之后，工頻續(xù)流電弧迅速沿著被剝離的導(dǎo)線移動，通過絕緣子放電，直至線路開關(guān)跳閘，切斷電弧，避免導(dǎo)線雷擊斷線。因此，該方法保護(hù)絕緣導(dǎo)線效果最佳，投資節(jié)省，施工方便。缺點(diǎn):①線路絕緣遭到破壞，若密封不好，易使線芯進(jìn)水，腐蝕導(dǎo)線。②不能避免線路遭受直接雷擊。

4.7 改善桿塔接地電阻

架空線路桿塔接地對電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要，降低桿塔接地電阻，是提高線路耐雷水平，減少線路雷擊跳閘率的主要措施。桿塔接地電阻高，造成線路耐雷水平低，易發(fā)生雷電繞擊或反擊，使線路跳閘，影響配網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。所以，在多雷區(qū)，桿塔接地電阻一般不要超過30 Ω，若是聯(lián)絡(luò)線路或重要線路，桿塔接地電阻最好＜10 Ω。充分利用鋼筋混凝土桿和鐵塔的自然接地作用，必要時(shí)對桿塔接地電阻進(jìn)行改造，增設(shè)人工接地裝置。

5 典型10 kV 架空線路防雷技術(shù)應(yīng)用

坪山、葵涌地處深圳東部，頻臨大鵬海灣，年平均雷暴日在80 日以上，屬于多雷區(qū)域。同時(shí)配網(wǎng)架空線路較長，大部分穿越空曠地域和山區(qū)，遭受雷擊的機(jī)會較多，防雷技術(shù)推廣應(yīng)用尤其顯得重要。以下是典型10 kV 架空線路，采用不同的防雷技術(shù)現(xiàn)場應(yīng)用情況。

5.1 典型線路基本情況

四回典型架空線路均穿越山區(qū)，地形復(fù)雜，運(yùn)行環(huán)境差，雷電活動頻繁。分別采用了不同的防雷措施，基本情況見表2。

表2 典型線路基本情況表

5.2 防雷措施應(yīng)用效果分析

從統(tǒng)計(jì)得知，采用全線架設(shè)避雷線技術(shù)的防雷效果最佳，采用全線安裝過電壓保護(hù)器技術(shù)的防雷效果次之，采用有選擇性(如山頂或空曠地帶桿塔)安裝避雷針和避雷器防雷技術(shù)效果也很明顯，上述防雷措施，對降低斷線和接地故障明顯，平均降幅分別達(dá)到了75%和57.3%。同時(shí)，投資成本與故障下降速度成正比，即投資成本大，故障下降快，投資成本小，故障下降慢。所以，采用防雷技術(shù)，能有效減少配網(wǎng)架空線路遭受雷擊的風(fēng)險(xiǎn)，從而確保配網(wǎng)安全可靠運(yùn)行。

6 架空線路防雷措施運(yùn)行維護(hù)管理

1)加強(qiáng)防雷設(shè)施的日常巡視、檢查、維護(hù)工作，特別是雷電高發(fā)季節(jié)，防止防雷設(shè)施缺失、失效。

2)定期測量避雷線、避雷器、避雷針、過電壓保護(hù)器和桿塔的接地電阻，防止接地裝置失能。采取措施，降低接地電阻。

3)加強(qiáng)配電線路絕緣子檢測和更換，抓好缺陷管理，做好消缺工作，及時(shí)消除隱患，不讓設(shè)備、設(shè)施帶病運(yùn)行。

4)加大配網(wǎng)建設(shè)改造力度，提高線路整體絕緣水平。偏僻地區(qū)裸導(dǎo)線換成絕緣導(dǎo)線，居民區(qū)架空線路改電纜。將穿越雷電重災(zāi)區(qū)的架空線路改為電纜或全線架設(shè)避雷線。

5)加裝有保護(hù)跳閘功能的分段、分支線路開關(guān)，實(shí)現(xiàn)配網(wǎng)自動化，快速切除故障段，減少故障停電范圍和時(shí)間。

6)強(qiáng)化防雷設(shè)備、設(shè)施施工質(zhì)量管理，實(shí)施全過程質(zhì)量管控，杜絕偽劣產(chǎn)品，嚴(yán)禁偷工減料，嚴(yán)把施工質(zhì)量關(guān)。

7)新建、改建、擴(kuò)建配電線路全電纜化。

8)結(jié)合實(shí)際，采用新技術(shù)、新材料、新設(shè)備，努力提高架空配電線路防雷水平。

9)做好護(hù)線宣傳工作，建立警民聯(lián)動機(jī)制，打擊盜竊和破壞配電線路防雷設(shè)備、設(shè)施的不法行為，斬?cái)嗄缓蠛谑帧?/p>

7 結(jié)語

雷擊對10 kV 架空線路的安全運(yùn)行構(gòu)成了嚴(yán)重威脅，影響電力正常供應(yīng)，制約經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展，特別是在深圳這樣經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的地區(qū)，停電造成的經(jīng)濟(jì)損失和社會影響不可忽視。通過這些年的不斷摸索和試驗(yàn)，防雷技術(shù)已經(jīng)比較成熟，很多防雷措施正被廣泛應(yīng)用于配電線路的防雷保護(hù)中，效率顯著，確保了配網(wǎng)安全穩(wěn)定運(yùn)行。

［1］譚瓊，李景祿，李志強(qiáng). 山區(qū)電網(wǎng)防雷技術(shù)［M］. 北京:中國水利電力出版社，2011.

［2］李景祿，胡毅，劉春生. 實(shí)用電力接地技術(shù)［M］. 北京:中國電力出版社，2002.

［3］丁榮.10 kV 及以下配電線路典型故障分析與預(yù)防［M］.北京:中國電力出版社，2005.