配电线路雷击故障分析及雷电定位系统应用

【摘要】随着社会经济水平的发展和人民生活水平的不断提高，人们的用电需求快速增长，对电力系统的要求也越来越高。虽然我国已经形成比较完备的电力系统，但是在运行过程中仍然会受到各种因素的干扰，出现故障。本文旨在通过对10kV配电线路由雷击引发的故障进行简单的分析，寻找造成故障的原因和解决故障的方法，同时研究雷电定位系统在解决雷击故障中的应用，以促进我国电力系统的安全运行。

【关键词】配电线路;雷击故障;雷电定位系统;应用

在当前的电力系统中，雷击故障是造成10kV 配电网线路故障的首要原因。据台山供电局统计发现，发生在2010年到2013年的10kV 配电网线路故障，其中65%是由雷击引起的。为了减少10kV 配电网线路故障的发生，应该对雷击进行研究，寻找造成故障的原因以及找到有效地防雷击措施。另一方面，随着雷电定位系统的快速发展，对于减少雷击引起的故障有着重要的作用，但是该如何将它的效用发挥到最大，还是需要人们不断去探索。

1.配电线路雷击故障原因分析

雷电是一种物理现象，它是天空中的雷云相互摩擦而瞬间剧烈放电。一般情况下，雷击可以分为两种情况：

1.1 直击雷

所谓的直击雷，即带电的云层对大地上的某一点或某一地上物发生猛烈放电，其破坏力是巨大的。根据国家有关防雷规程，10kV 及以下配电线路和设备不单独架设避雷线或装设避雷针等防雷措施进行保护，因为能直接击中配电线路的雷电极少。

1.2 感应雷过电压

雷击的第二种形式是感应雷雷击过电压。它是在雷云剧烈摩擦要放电之前，配电线路上的正电荷被电场突变点周围的导线所吸引，变为束缚电荷，在这个过程中，配电线路上的负电荷由于被排斥而像两侧运动;当雷云开始放电，负电荷被快速中和，正电荷的束缚力消失，以电压波的方式快速像两段扩展，成为静电感应过电压。与此同时，直击雷放电之后，会有强烈的脉冲磁场生成，它的磁力线可以透过配电线路的导线跟地面形成一个电气回路，此时线路上会产生瞬间电磁感应过电压。在静电感应过电压跟电磁感应过电压的双重作用下，就会产生感应雷过电压，它的电力值可达到450～500kV，完全超出配电线路绝缘子以及其他设备的承受范围，往往会造成线路故障。所以，改善感应雷过电压是配电线路防雷的重要举措。

2.预防配电线路雷击故障的措施

根据以上情况，预防并减少10kV配电线路和其它设备雷击故障的有效措施是：尽量避开直击雷，尽可能减少感应雷故障。

2.1 避开直击雷

2.1.1 研究新的避雷措施。2013年，江门供电局对于防雷展开了课题研究，主要是讨论如何在复杂地段设置避雷线、避雷针等防雷装置和安装这些装置的重要性和可行性。通过他们的仔细研究，为不同地区拟定不同的防雷措施。

2.1.2 选择有利地形。为了尽量避开直击雷，在配电工程的设计阶段就应该将这些因素考虑进去。在对10kV 配电线路的路线和其它设备的安装位置设计的时候，要对当地的地形进行仔细研究勘察，选择比较有利的地形。最好不要在山脊上布线，尽量避免线路穿过比较宽的河流和空旷水体，这些都能有效避开直击雷。

2.2 减少感应雷故障

通常10kV配电线路发生感应雷故障会经历4个阶段：感应雷过电压对配电线路产生影响、线路出现对地闪络、线路从闪络逐渐成为平稳的工频电弧、线路跳闸。根据感应雷故障经历的4个阶段，应该设置4个相应的壁垒，即“防感应、防闪络、防建弧、防停电。”如果能做好这4个阶段的防御工作，一定可以有效减少感应雷故障。

2.2.1 防感应

做到这一点，主要是配电线路在设计的工程中尽量避开感应雷击强烈的地区。类似的有宽阔的水体、山区水源、突出的山峰、庞大的建筑物、讯号塔以及树木茂盛的区域等，这些区域都比较容易受到感应雷击，所以应该避开，提高线路的安全性。

2.2.2 防闪络

有效地预防闪络，对线路的绝缘耐雷性以及“泄雷器”的要求很高。目前普遍利用2片XP瓶耐张绝缘子串和瓷横担等耐雷性较强的线路装置，来增强配电线路的耐雷性。但是如果是近点落雷，以上的方法效果不是很明显，10kV配电线路还是很容易发生闪络。在这种情况下，应该运用交流无间隙金属氧化物避雷器保护配电线路。

2.2.3 防建弧

当出现感应雷过电压的情况时，10kV配电线路会发生闪络，造成线路短路。根据这种情况，应该采取有效的建弧措施。首先，利用经消弧线圈接地的方法，使雷击造成的接地故障在另一线路发生闪络前消失，避免短路情况出现;其次，通过不平衡绝缘的形式，也可以有效减少相间闪络故障，减少跳闸的频率。

2.2.4 防停电

现阶段，对于10kV配电线路都开始安装重合闸装置，希望以此来预防由于线路闪络建弧而出现永久故障，造成大规模停电现象。这样做的效果十分显著，调查显示，2013年的上半年，某一区域发生的75次跳闸故障当中，重合成功64次，成功率达到了87%。这种方式作为最后一道防线，应该广泛运用。

3.雷电定位系统在雷击故障中的应用

3.1 雷电系统与台山配网地理信息图相结合指导故障查找

雷电定位系统对于电力系统的正常运行最重要的作用是可以指导电力工作人员精确地找到雷击故障的准确位置，这也是雷电定位系统在电力系统中最直接的效用。目前，我国的雷电定位系统也已日趋完善，人们将雷电定位系统与网络连接起来，将电网的杆塔信息录入coolgole地图中。当有设备一旦出现雷击故障，就可以通过雷电定位系统进行定位，然后通过配网地理信息图快速查找到遭受雷击的配电设备，以便快速解决问题。

目前，台山市已将所有的配网杆塔地理信息录入coolgole地图中（如图1所示），当雷击发生时，我们可以通过雷电定位系统找到雷电放电点的坐标，然后把放电坐标直接输入台山配网地理信息图中，找到相关的线路杆号位置，那么我们的故障抢修人员根据找到的相关线路杆号位置直接到达故障点进行检查，这样我们便可以快速找到受雷击的配电设备，大大提升了我们的故障复电效率.

图1 台山市配网地理信息图

3.2 对线路故障与雷击的相关性做出判断

在配电线路的运行过程中，经常会出现雷雨天气发生故障，但是不能确定是否是因为雷击造成的故障，有的地方在没有找到真正原因的时候就认定故障是由雷击造成的，这样不利于真正原因的查找。现在通过雷电定位系统，可以准确判断线路故障是否由雷击造成。如果是由雷击造成，可以利用这个系统找到故障的准确位置，快速派出人员进行修复;如果不是由雷击造成，也可以排除这个原因，缩小范围寻找故障发生的真正原因。

3.3 对线路事故进行预测

电力系统可以通过接收雷电定位系统的讯息，提前知道雷电发生的精确地点、雷电的走势情况和威力。相关工作人员可以依据这些情况，改变电网的运行方式，避免线路受到雷击的影响;如果不能改变电网的运行方式，也可以提前做好预防措施，避免配电线路遭到雷击破坏，造成不必要的麻烦和损失。通过这么长时间的运用，雷电定位系统在预测雷电方面已经有了很成熟的经验，可以精确预测雷电的各方面信息，为电力系统降低了很多损失，提高了我国电力系统的运行质量和安全。

4.结论

由于我国的人口众多，经济发展迅速，对电力系统的要求越来越高，电网的正常运行是人们的基本要求。而减少线路故障是电力系统正常运行的基础，我国在这方面的投入力度越来越大。雷击作为一种不可避免自然现象，虽然无法阻止，但是为了减少雷击造成的线路故障和损失，人们应该寻找更多有效的方法，减少或者避免雷击故障的发生。虽然现阶段在这方面已经取得了一些成果，但是仍然要研究更多科学合理的方法，维护我国电力系统的安全运行。

参考文献

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