架空配电线路防雷技术探究

架空配电线路防雷技术探究

殷新宇

广东电网有限责任公司云浮郁南供电局

摘要：本文以郁南县通门镇辖区内配电线路防雷优化改造工程的实践为范例，从理论和实践两个层面论证带外串联间隙避雷器是10KV配电网络防雷设施的首选，最后针对通门镇辖区内配电网络所实施的防雷优化改造工程进行理论概括，并辅以翔实的数据论证其加装外串联间隙避雷器和“两网分割”措施的实效性。

关键词：10KV配电线路；感应雷；避雷间隙

人们在享受万家灯火之现代文明成果时，大概没有多少人想到那绵延千里，纵横交错的配电线路在雷电恶魔面前需要经受多少次浴火重生的劫难，更没有人想到配电网络中功不可没的防雷设施。可以毫不夸张地说，如果没有完善的防雷网络，我们的用电成本将会因为配电设施频遭雷电破坏而成百倍上千倍地增加。本文，拟就配电线路的防雷技术进行一些粗浅的探讨。

一、雷电危害的方式

雷电对配电线路的危害主要的是两种类型：直击雷和雷电感应过电压。

1．直击雷

直击雷就是闪电直接击在建筑物、其它物体、大地或防雷装置上，产生电效应、热效应和机械力。直击雷破坏力大，但通过对通门镇境内10kv配电线路的雷害事故统计分析发现，配电线路遭受直接雷击的雷害事故概率极低，原因是系统配备了比较完善的防直击雷网络。本文不探讨直击雷防范问题。

2．雷电感应过电压

雷电感应又可分为静电感应和电磁感应。

①静电感应：当输电线路或防雷避雷网线处于雷云和大地之间所形成的电场中时，导体上就会感应出大量与雷云性质相反的束缚电荷。一旦雷云对附近的高耸建筑物或树木进行闪击放电后，云与大地间的电场突然消失，导体上的电荷来不及立即流散，因而产生很高的对地电压（可达到300-400KV），强大的感应电流能在极其短的时间内击穿配电设备的绝缘层而致永久性烧毁，或者烧毁配电线路、智能控制元件而致停电事故、触电事故。

②电磁感应：由于雷电流具有较大的幅值和变化梯度，会产生强大的交变电磁场。处于这一磁通变化速率极高的电磁场中的导体会感应出很高的电动势，它可以使任何构成闭合回路的金属物体产生强大的感应电流，如果回路有间隙时，就会产火花放电，这对配电线路中那些工作于弱电环境中的智能控制元件往往会产生不可逆转的损坏，对于存放易燃、易爆物品的建筑物是极为危险的。

二、感应雷的避雷实践探究

郁南境内，是雷电频发区，每到雷雨季节，几乎下雨必有雷。郁南的通门镇，更属雷雨区的典型。境内山峦起伏，是典型的山区镇，其10kV配电线路走向多在高山峻岭之中，地形地貌复杂，气候变化多端。在雷雨季节，雷电活动比较频繁，很容易引起10kV配电线路故障，轻则导致频繁的跳闸－合闸动作，影响供电质量，重则导致供电线路及配电设施损毁。10kv架空配电线路防雷成为最困扰、考验供电人智慧的问题。本文，针对通门镇境内10KV架空配电线路防雷工作实践，具体探讨感应雷的各种避雷措施的选择及成效问题。

（一）从数据看通门镇境内10KV架空线路雷害之严峻

2014年建城运维中心监测记录到的通门镇境内感应雷雷害80起，烧毁变压器17台，由此可见，山区镇10KV架空配电线路防雷形势是多么的严峻！

（二）10KV架空配电线路防感应雷措施选择

用于线路感应雷避雷器有两种结构类型：一种是无间隙型，该型避雷器与导线直接连接，具有吸收冲击能量可靠，无放电时延等优点。另一种为带间隙型，间隙结构具有以下几个优点：

第一，线路正常运行时，避雷器不承受持续工频电压的作用，处于“休息”状态，避雷器电阻阀片的荷电率可以取得高一些，以降低雷电冲击残压；

第二，避雷器只有在串联间隙动作后，避雷器本体才处于工作状态，因此其外绝缘要求低。

第三，间隙大小可调，避免对操作过电压的误响应。

第四，因串联间隙的隔离作用，即个别避雷器电阻片劣化，也不至于影响线路的正常运行。

由此可见，采用带串联间隙的避雷器，可以明显提高系统的运行可靠性。由于外串联间隙具有明显的断开点，其可靠性比内串联间隙更高，故在实际使用中更多地采用外串联间隙。通门镇辖区内的10KV配电线路防雷改造工程中，所加装的206套避雷设备全部都是带外串联间隙阀型避雷器。

三、通门镇辖区配电网防雷措施及效果综述

（一）通门镇辖区10KV配电网络防雷系统优化改造措施

鉴于感应雷过电压给配电网所造成的巨大损失，2014年底，对通门镇辖区内配电网防雷系统进行了较大幅度的优化改造，主要的是三个方面：

1．在关键杆塔加装带外串联间隙阀型避雷器

在通门镇10kV线路台变前后三基杆塔和水腰高度突变杆塔加装带外串联间隙阀型避雷器206套，并同时加装避雷器专用地网206套；

2．“两网”分割

实行防雷设备地网与电器设备地网（下简称“两网”）分割，加装电器设备地网共86套。

原避雷器防雷接地引下线采用“三位一体”的接线方式，即：避雷器接地引下线、电力变压器的金属外壳接地引下线和变压器低压侧中性点引下线三者连接在一起，然后共同与接地装置相连接。这样，当高压侧感应过电压使避雷器放电时，由于地网一体，变压器低压绕组将直接承受感应残压的作用，其绝缘漆被击穿的可能性仍然较高；改为两网分割后，低压绕组不再直接承感应受残压作用，仅需要经受通过高压端耦合过来的残压，这对低压绕组绝缘漆的考验将大为降低，从而大大降低配电变压器被残压烧毁的概率。

（二）通门镇辖区防雷系统优化改造前后效果比较

事实胜于雄辩，我们的防雷网络优化改造是否有效，不仅需要理论的支持，更重要的是经得起实践的检验。2015年完成线路的防雷优化改造后，通门镇辖区内的配电线路和配电设施故障率都出现了大幅度的下降，下表为优化改造前后的效果对比。（说明：表中2015年的数据是截止到2015年7月15日的统计数据）

通门镇辖区10KV配电线路优化改造前后故障数据统计如右表。

值得强调指出的是，表中2015年所出现的4次“永久性故障次数”，有三次是因为设备连接线安全距离不足引发，另有一次是由于小动物引起的。只要减少技术瑕疵，配以必要的防范小动物措施，完全可以避免。还应该指出的是，优化改造后，变压器被烧毁的严重事故降为0，优化改造的经济效益尤其显眼！

至此，我们可以这样说：避雷间隙，是防护配电线路及其配电设施免于感应雷害的有效而且不可或缺的防护措施。

（三）避雷间隙参数调整要点及分布密度问题

目前市面上的串联间隙避雷器，间隙可调。避雷器分布密度及其间隙的调整有没有什么要求吗？答案是肯定的。

1．避雷器串联间隙大小的确定问题

避雷器间隙过大或过小都不行。如果间隙过大，避雷器动作的临界电压过高，则绝缘子已经发生闪络，而避雷器还未能动作，必然会导致跳闸事故发生。通门镇辖区内10KV配电线路之所以在优化改造后仍然出现一定频度的跳闸重合闸事故，估计很大可能是由于附近的避雷器串联间隙调整过大所致。但如果间隙过小，工频续流也不能截断，操作过电压下，间隙也被击穿放电，这将给配电线路的正常运行造成了人为的困扰。理论上讲，串联间隙大小可用所谓“串联间隙50％雷电放电电压U50”的计算值来确定，但计算公式中所用的的物理参数大多基于实验型数据，可能与配电线路的具体工作环境有较大的出入，依公式计算而获得的“精确”结果未必符合实际要求。笔者认为，实践经验还是可靠的，通过对故障发生的频率和故障类型来推测故障发生的原因到底属于串联间隙过大还是过小，然后尝试进行调节再观察，是比较切实可行的方法。

2．避雷器分布密度问题

按照浙江大学一位硕士研究生的毕业论文观点，为保障配电线路的安全，串联阀式避雷器应该每一杆塔均安装一套。事实上，通门镇辖区内的配电线路之所以在优化改造后仍然出现频度不小的跳闸事故，估计也与避雷器分布密度不够有关。但是，如果真的要做到每杆塔都安装一套避雷器的话，可行性也有待商榷。先不必说配电成本和维护工作量会大幅度提升，在经济相对落后，偷盗金属设施屡见不鲜的通门镇，如果避雷设施一旦成为偷盗目标，避雷设施中的引下线可能会成为人畜的隐形杀手。笔者认为，通门镇目前选择一定数量地势相对较高的个别杆塔加装避雷器，不失为较好的折中选择。理由是：其境内的配电线路，往往每隔数个杆塔就有一个处于地势较高的山腰上，这山腰上的配电杆塔无形中自然成了附近线路和建筑物中的突变点，是感应电荷最容易聚集的地方。而有选择性的加装，运营成本可控，维护工作量也不会增加太多。

参考文献：

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