配电网综合防雷措施分析

摘要：配电网是供配电系统的重要组成部分，雷电过电压会使配电线路跳闸进而导致供电中断，这会给企业的安全生产和人们正常的生活带来严重危害。为确保配电网的安全可靠运行并有效地降低线路雷击跳闸率，本文针对配电网的几种典型雷电灾害特征，从多个方面对防止雷电过电压的综合性措施进行了分析，从而为设计和运行维护人员提供一定的参考。

关键词：配电网；综合措施；防雷

中图分类号：TM862文献标识码：A

Analysis of Integrated Lightning Protection Measures for Distribution Network

WNAG Lin1, XU Guimin2

1. Shaanxi Modern Architecture Design and Research Institute, Xi’an 710048, China

2. State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment, Xi’an Jiaotong University, Xi’an, Shaanxi, 710049, China

Abstract: The distribution network is an important part of supply and distribution system. Distribution line trip and even power interruption, which were caused by lightning over-voltage, would bring serious harms for safety process in production and people’s normal life. To ensure the safe and reliable operation of distribution line and reduce lightning trip-out rate of transmission line, according to the typical lightning characteristics, some measures used to prevent lightning over-voltage were introduced in this paper, and which could provide reference for the design and maintenance workers.

Key words: Distribution Network; Integrated measures; Lightning protection

0 引言

配电网是电力系统的重要组成部分，尤其是以架空线路为主的6-10kV配电线路在城市近郊供电网中占有相当重要的地位。6-10kV配电线路作为连接各降压变电站与用户负荷间的线路，一般为网状结构且电网的绝缘水平较底，所以雷电所产生的过电压是该系统面临的严重危害之一，它所导致的线路雷击跳闸进而导致的供电中断事件往往给企业的安全生产和人们的正常生活带来不利影响，甚至造成严重的人员伤害、经济损失以及社会影响[1-2]。据统计,在南方电网大部分配电网总故障率中,雷击跳闸率大于80%,且经常有柱上断路器、隔离开关、避雷器、变压器和套管等设备在雷电活动时遭到损坏,有时甚至6-10kV线路全部跳闸,严重影响了配电网的安全稳定运行[3]。

因此为确保配电网安全、可靠运行并有效的降低线路雷击跳闸率，需采取综合性措施以防止雷电过电压的危害，提高供电的可靠性。

1 配电网防雷现状及原因分析

研究表明，目前运行的6-10kV配电网所采取的防雷措施和发生雷害的原因主要体现在以下几个方面[4-6]：

（1）雷电引起的高压电力线路的故障次数通常随着线路遭受直击雷次数的减少而降低。然而，当线路绝缘降低时，线路故障次数增加，使得故障次数远远超过直击雷所引起的故障次数。故障次数的增加是由非直击雷的过电压引起的，而这种过电压是雷击线路邻近时在线路上感应的。配电系统的绝缘水平往往低于输电系统，因而，配电系统中大气过电压的幅值、出现的频率以及防雷保护问题主要取决于由非直击雷引起的过电压。有研究指出，6-10kV配电线路由雷击引起线路闪络或故障中，直击雷过电压导致的故障所占比例不超过10%，感应雷过电压才是造成配电网雷害事故的主要原因。

（2）架空配电线路的特点是供电半径长、大部份为放射式树枝型供电线路，线路间无联络，线路分段开关数量少，线路保护设备比较简陋。配电线路通过的位置情况复杂，线路易遭受雷击、外力破坏等故障，致使线路发生跳闸。此外，线路经过土质干燥、土壤电阻率高的地区时，杆顶电位随着接地电阻的增大而增高，易于造成反击。

（3）由于配电线路上的绝缘子常年暴露在室外空气中，表面和瓷裙内积污秽，或者制造质量不良，降低了绝缘子的绝缘强度，同时针式绝缘子由于存在爬距较小等自身的缺陷，绝缘子表面潮湿后产生闪络放电。当发生雷击绝缘子时，在大电流的作用下由于绝缘子瓷件与钢帽等膨胀系数的不同，常发生绝缘子爆裂事故，引起线路接地或相间短路。

（4）配电网采用的防雷技术措施不足，有些配电线路设备未能按设计规范要求装设相应的防雷装置或未根据地区特点采取相应的防雷安全技术措施。例如有些避雷器和弱电设备共用接地系统，防雷接地引下线截面过小、残旧、锈蚀，多组地极的接地电阻大于标准要求等等，这使得配电网更易受遭受雷害。

2 配电网防雷综合改造措施

雷电过电压防护系统是一个综合的系统工程。通常由若干个子系统构成一个完整的防护系统。其中，防直击雷系统主要由避雷针（避雷线）组成[7]；防感应雷系统由分流、均压、等电位和限幅（避雷器）组成。本文从以下几个方面对10kV配电网的防雷措施方案进行系统地分析。

由于主要受到感应雷的威胁，配电线路的防雷措施不能等同于高压输电线路。

对于超高压输电线路，直击雷过电压对线路绝缘的威胁最为严重，其防护措施的重点就是防止雷电直击于输电线路，400kV左右的感应雷过电压一般不会对110kV及以上的输电线路的绝缘水平构成威胁，故对110kV以上的输电线路的防雷措施主要是架设避雷线；但是35kV及以下配电线路的防雷措施有其特殊性。这是因为配电线路的绝缘水平相对于110kV及以上输电线路的绝缘水平低得多。例如：110kV的线路绝缘子长为1m，临界闪络电压为700kV，而10kV配电线路的绝缘子长仅为0.1m，临界闪络电压仅为75kV，35kV配电线路的临界闪络电压为也只有350kV，而感应雷过电压幅值可达400kV，比较容易超过配电线路绝缘子的雷电冲击耐压而发生闪络事故。

2.1 架空避雷线

架空避雷线是高压输电线路最基本的防雷措施，其主要作用是：

（1）接闪作用，防止雷电直击于导线；

（2）雷击塔顶时，分流雷电流，降低塔顶电位；

（3）对导线的耦合作用，降低雷击杆塔时塔头绝缘(绝缘子串和空气间隙)上的电压；

（4）对导线的屏蔽作用，降低导线上的感应过电压。

但是，架设避雷线的方法费用较高，可行性难度较大，对于防雷效果不明显，所以配电网全线架设避雷线的可行性不大。建议35kV及以下线路，只在按规程的发电厂、变电站的进出线段1～2km处和部分雷暴区架设避雷线。

2.2 安装避雷针

当遇有下列情况时，可考虑使用避雷针：

（1）在雷害情况特别严重而又不能架设避雷线的线路段上，像杆塔机械强度不够等；

（2）变电站进线段未设置避雷保护线，而该段线路经过地区的土壤电阻率又不高时；

（3）旋转电机的直配线路。

虽然独立避雷针可防止线路遭受直击雷，但避雷针的引雷作用却增大了感应雷过电压使线路闪络的概率。同时，当避雷针被雷击或在附近落雷时，避雷针保护的场所内某些较大的未闭合的金属框架会出现较高的电磁感应电压，在未闭合的间隙处产生电火花，从而可能酿成火灾、爆炸等重大事故。因此，不能盲目地安装避雷针，一定要根据上述情况决定是否安装。

2.3 改善线路绝缘子

更换耐压水平更高的绝缘子、增加绝缘子串片数以提高绝缘子的50%放电电压、增加爬电比距、装设增爬裙和涂RTV（室温硫化硅橡胶）防污涂料，这些都可以提高架空输变电线路的防雷性能。而具体采用何种方法，需要看经济指标和方案对于运行线路的可行性。以下是几种供选方案的实施方法[8-10]：

（1）更换耐压水平更高的绝缘子

绝缘子类型已由瓷质绝缘子发展到玻璃绝缘子，近些年来又推出了新型的复合绝缘子。相对于瓷质和玻璃绝缘子，复合绝缘子由于其表面憎水性而具备良好抗污闪性能，但是投运新型复合绝缘子的成本过高，因为更换复合绝缘外套的变电设备要将设备一起更换，耗资巨大，所以不建议在已建变配电系统的防污改造中采用，但在新建的变配电系统中可以考虑。

（2）增加绝缘子片数

绝缘子片数越多，其耐雷击的能力也越强。但是，绝缘子片数的增加受杆塔的塔头结构及投资的限制，一般杆塔只可以增加2～3片。另外，增加绝缘子片数对改善线路整体的防雷效果不十分明显。

建议雷电活动十分活跃的地区可适当增加1至2片绝缘子，但在提高线路的耐雷水平时，应考虑与变电站设备的绝缘配合，避免因线路提高绝缘水平而不被雷击，反而使雷电波侵入变电站，击坏变电站设备。

（3）涂RTV防污涂料

涂覆RTV防污涂料具有良好的防污性能，其污性能优于增爬裙，并且比采用增爬裙经济。增加增爬裙后，绝缘子的电势电场分布从趋势上看改变不大。RTV防污涂料已能在技术上满足（或超过）防污改造的要求。

（4）装设增爬裙

如果由于客观原因需要装设增爬裙，则支柱绝缘子安装增爬裙后具有良好的防污性能，效果好于更换防污型支柱绝缘子；安装相同片数增爬裙的污闪电压与增爬裙的安装布置方式关系不大，但增爬裙的布置不宜过密，否则易引起桥接或飞弧。

2.4 安装线路型避雷器

国内外运行结果表明，安装线路避雷器在防止线路无论是雷电绕击导线以及雷击塔顶或避雷线时的反击方面都是非常有效的。因此，对于雷电活动强烈、土壤电阻率高、地形复杂的地区，采用一般防雷保护措施收效甚微时，可以考虑采用安装线路型避雷器来降低雷击跳闸率。

2.5 降低接地电阻

对于一般的杆塔，改善其接地方式、降低其接地电阻，是架空输电线路抗雷电、防止跳闸事故的最经济有效的措施，因接地不良而形成的较高接地电阻，会使雷电流泄放通道受阻，提升了杆塔的电位。因此，必须加强接地网的改造工作，处理好接地系统中的薄弱环节，使避雷线与接地体有可靠的电气连接。

3 结束语

配电系统的防雷措施应该从工程设计阶段就要认真加以考虑，针对不同的情况，找到雷害的薄弱环节，分别从避雷线、避雷针、线路绝缘子、线路避雷器和接地电阻等多方面采取切实可行的综合防雷措施，选用可靠性高的防雷设备，从根本上减少配电网雷击闪络以及雷击绝缘导线断线的概率，从而大大提高10kV配电网的安全运行水平。

【参考文献】

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[3]王巨丰，冯文昕. 配电网防雷的难点及对策研究[J]，广东电力，2010，23（10）：80-83.

[4]王敬春，罗军，吕诗月等.降低配电线路雷击断线和跳闸率的防护措施[J].高电压技术，2009（12）：84-88.

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[9]徐兴发，聂一雄，徐亮，邓小康，林伟. 配电网架空绝缘导线防雷措施综述[J]，广东电力，2012，25（7）：1-6，37.

[10]蔡璐莹. 提高配电网架空线路供电可靠性的探讨[J]，广东电力，2011，24（4）：96-99.

作者简介：

王琳（1984-），女，陕西西安人，工程师，主要从事建筑电气设计；

许桂敏（1984-），男，山东莱芜人，博士在读，主要从事高电压绝缘技术及等离子体方面的研究；