10kV线路防雷实例分析

摘要：文章结合某工程实例分析雷害事故多发的原因，并提出了相应的解决措施，如从耦合地线、保护间隙、配电变压器等方面提出针对性方案，确保供电质量。

关键词：10kV线路；防雷措施；耦合地线；保护间隙；配电变压器

中图分类号：TM723

文献标识码：A

文章编号：1009-2374（2012）20-0118-03

10kV配电线路在供电系统中占据着重要的地位，其功能决定了其特点，即点多、线长、面广、绝缘水平低等。10kV配电线路大多处于露天环境中，其安全运行一直是一个难题，加上设备复杂、居民用电情况的差别等因素，给线路安全运行增加了新的难度。

1　线路运行基本情况

某段10kV线路长16.5km，起于110kV变电站，包括电缆、架空裸导线、架空绝缘导线。杆塔均为水泥方塔，一共有244基。绝缘子分为两类，即悬式和棒式，耐张塔悬式绝缘子主要是串联两片XP-7型，直线塔绝缘子主要是并联柱式两片57-3型。2011年7月2日，在一次雷雨中，线路有接地信号出现，巡检得知主线20#杆塔B相瓷瓶被击碎。8月21日，39#杆塔被雷电击中导致停电，但变电站没有信号，巡检得知40#杆塔绝缘导线两相烧断。事实上，该线路雷击跳闸事故屡有发生，但对于支线雷击跳闸缺少确切的统计数据。

2　雷害事故原因分析

2.1　山区地形的影响

从现场勘查得知，该段10kV线路在山地地形上的分布占相当大的比重，海拔较高，并且地形较为复杂，土质不稳定，线路档距比较大，这给雷击创造了良好的条件，发生事故率最高，绝缘子的雷击断线点也相对容易遭受破坏。

2.2　化工污秽的影响

该线路30#～49#段经过化工园区，化工材料，如化工原料、废气、粉尘等造成空气较为严重的污染，这些污染物在绝缘子和变电设备表面沉积了厚厚的一层，对其绝缘强度造成了严重的削弱，降低了绝缘支柱的外绝缘性能，还可能引起部分焊接支架因锈蚀导致松动，成为安全隐患。复杂的地形导致地面日照时间和受热严重不均，从而引起水平气温分布的差异，加上风向的复杂多变，导致处于上风侧的污染源不仅对迎风坡的变电所有较大的污染损坏，还就对配电线路的绝缘水平产生了非常严重的破坏，使雷击事故发生率大大上升。

2.3　雷电泄流通道不足

该段10kV线路几乎没有采取任何防雷措施，如果发生雷击杆塔，雷电流可以通过杆塔自然接地进行泄流。当雷击绝缘导线时，由于缺少雷电泄流通道，如果雷电过电压造成绝缘子两相以上发生闪络，并通过横担发展为异相之间接地时，雷电过电压首先击穿导线绝缘层进而引起绝缘子闪络，被击穿的绝缘层呈一针孔状，接续的工频短路电流电弧受周围绝缘的阻隔，弧根只能在针孔处燃烧，在极短的时间内导线就会被整齐地烧断。从线路配置来分析，造成断线的主要原因是架空配电线路绝缘水平低。

架空线的绝缘水平低，其耐雷水平也必然低。

2.4　配电变压器防雷措施不完善

变压器的高压侧通常会装一组避雷器进行保护，而变压器的低压侧则无任何防雷保护措施，就会产生正、逆变换过电压。现场调研发现变压器位置都离用户有一段距离，这段线路低压侧出线和高压线路同杆架设，如果雷击在低压侧感应出较低的电压，在高压侧就会产生较高的电压，容易造成高压绕组损坏。同时，低压侧用户的用电采用一组低压断路器进行开断而无熔丝保护，不能及时切断低压故障，而且低压总计量元件位于计量箱外而不是计量箱内，长久运行会老化严重而影响计量准确和使用寿命。

3　采取的防雷措施

3.1　提高污秽地区线路绝缘水平

工程人员对线路30#～49#和其支线段绝缘子进行了取样，完成测量绝缘电阻及50%冲击闪络的实验。在前一个试验中，并没有发现零值绝缘子，但在后一个实验中，发现相对于其他地区，其绝缘子50%闪络电压降低较为明显，在污染不严重的地区平均闪络电压在195kV左右，而该段的平均值仅在132kV左右。并且该线路在运行过程中没有出现污闪事故。所以可知，在严重污染的地区，降低绝缘子的绝缘水平的主要因素为积污，对于该段经过工园区的线路部分，主要的解决方案就是在耐张塔再加装一片悬式绝缘子，在直线塔中将原有的两片57-3型绝缘子并联换作两片57-4绝缘子并联，此均是提高线路的绝缘水平的措施。

3.2　架设耦合地线

在现场调研中发现，由于架空配电线杆塔普遍不高，直击雷对线路运行的影响不大，有九成以上的损坏均由感应过电压所致，所以，感应雷过电压的防护就成为了该段线路防雷工作的重点。一般而言，过高的杆塔以及过大的接地电阻均会导致配电线路耐雷性能的降低。对此问题，工程人员采用了在易受雷击段架设耦合地线的方法。线路一旦架设了耦合地线，耦合地线所具有的电磁屏蔽作用能够明显降低线路的感应过电压，原理为避雷线连接着地面，电位接近于零，实际上就像是将大地提升至导线的附近。耦合地线的屏蔽效果对线路的感应雷过电压有着良好的降低效果，使得绝缘子因雷击导致的闪络频率大为降低。因杆塔部分接地电阻不能满足耦合地线的接地要求，另外，易受雷击段的地势较为开阔并且土壤电阻率基本在220Ω·m以下，因此，可埋深为0.6m的水平接地体接地，材料用一根长20m的扁钢。通过计算可知接地电阻最大为22.6Ω，能够满足耦合地线的接地要求。

3.3　安装可调式防雷保护间隙

该段线路有超过一半均为架空绝缘导线，某些处于易落雷点的位置，这些导线的一个较为致命的缺点就是遭受雷击后很容易引起断线。对此，解决办法可总结为两种，即为“堵塞”和“疏导”。

将穿刺型可调式保护间隙安装在架空绝缘导线易落雷点，并将保护间隙放电电压重新调整，为绝缘子50%冲击放电电压的90%，达到让间隙在绝缘子之前放电的目的。可调式保护间隙保护断线的安装方法为由“堵塞”到“疏导”，也就是控制雷击过电压幅值，以防止雷击闪络后工频续流起弧，将导线烧坏的因素在根源处剔除。

20#～27#杆塔因其档距偏大且跨距多为山沟及河流，故耦合地线架设方式保护效果有限。另外，因雷击线路泄流主要部分都在构成大跨距的两基耐张塔，很容易打坏绝缘子。对此，可安装可调式防雷保护间隙于两基杆塔上，间隙调整距离和保护架空绝缘导线间隙一致，不仅可以使绝缘子不会因为雷击而损坏，而且还有助于断电后的重合闸。在安装保护间隙时，需要注意的是间隙不应该处在一条竖直线上，间隙之间应当在水平方向上存在偏移5cm左右为宜，防止由于下雨、结冰等因素导致的线路沿间隙闪络情况。在保护间隙接地方面，接地方式可以参考耦合地线。

3.4　完善配电变压器保护

装设低压氧化锌避雷器于配电变压器低压侧，并且和低压侧中性点、变压器外壳以及高压侧避雷器四个点共同接地。为了达到完善配电变压器的保护的目的，氧化锌避雷器的安装位置选择在低压总熔断器的前端而非低压各线路出线前端。

对于准备新装的变压器，低压配电柜是一个不错的选择，针对运行时间较久腐蚀严重的变压器接地引下线，需要替换新的接地引下线且要进行有效地防腐处理。

4　结语

以上结合实际案例分析了10kV线路雷击故障的原因和解决措施，达到了较理想的效果。总之，10kV配电线路由于运行环境的复杂多变和设备质量参差不齐等因素，导致雷击事故多发。工程技术人员在分析和解决配电线路常见故障和防雷措施时，在仔细分析事故原因的同时，还要积极总结以往事故的经验教训，采取综合防雷措施，消除事故隐患，提高电网运行的可靠性。

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作者简介：王艳新（1970-），女，河北任丘人，河北省任丘市电力局调度所调度员，助理工程师，研究方向：电网安全运行。