山顶供电配电线路的防雷对策

路 军

（南方电网广东电网公司肇庆供电局，广东 肇庆 526060）

1 引言

配电网中的故障以配电线路的故障占大部分，配电线路的故障又以雷击跳闸占的比重最大，尤其是在山区的配电线路中，线路故障基本上是由于雷击跳闸引起的，据运行记录，架空配电线路的供电故障约60%是雷电引起的，特别是供设置在山顶的移动电话收发信站、电视和广播发射天线设备等设置场所的配电线路，是雷击造成配电线路故障跳闸频发的主要原因之一。所以防止雷击跳闸可大大降低配电线路的故障，进而降低电网中事故的发生频率。经多年摸索，我国的配电线路防雷基本形成了一系列行之有效的常规防雷方法，如降低接地电阻、架设避雷线、安装自动重合闸等，但是对于向山顶供电的配电线路，雷害十分频繁，降低接地电阻又极其困难，而且费用高、工作量大，效果也受到一定的限制。因此，山顶供电的配电线路防雷是一项非常严重的工作。

2 向山顶供电配电线路雷击过电压的种类

2.1 直击雷

直击雷电过电压是雷直击配电线路时产生的过电压，流入的电流、产生的电压都极其大。按照广东省2001年雷电定位统计资料，年平均雷电流为24.3kA为例，若设配电线路的冲击阻抗为 500Ω，产生的雷电过电压极大，约为6100kV。因此，对于直击雷，即使是小雷，如果不采取对策，也会导致绝缘破坏。

2.2 感应雷

感应雷电过电压是当配电线路附近的树木和构筑物等遭受落雷时，放电电流引起的线路附近的电磁场急剧变化而产生的过电压。国际有关研究机构观测得出的结论：

（1）感应雷的主要成分是在回击过程中产生的。

（2）在配电线路上产生的感应雷电压在距落雷地点最近的点为最大。

（3）雷电流和感应雷电压的极性相反。即为负极性雷电流和正极性感应雷电压、正极性雷电流和负极性感应雷电压的组合。

2.3 反击雷（逆流雷）

在构筑物落雷时，若该构筑物的接地电阻高，则接地电位上升大，有时雷电流的一部分侵入供电电源的配电线路侧，因构筑物电气回路的构成，有时不在构筑物侧发生雷电损害，只在配电线路侧产生故障，这种现象称为反击雷（逆流雷）。

由于移动电话收发信站、电视和广播发射塔等山顶负荷易遭受雷击，在向这些设备供电的配电线路的防雷对策中应特别考虑。

3 向山顶供电配电线路的雷害特征

3.1 高山地区的高阻接地

在向山顶供电的配电线路中，从雷害的情况来看，其中一个原因是反击雷。雷击向越高的构筑物，接地阻抗值越高，反击向配电线路的电流就越大。以广东省肇庆市北岭山将军顶为例，将军山顶海拔986m，向山顶电视广播发射中心供电的10kV微波支线线路全长2.80km，导线均无换位，山地占63%，高山大岭占34%。对该段线路山腰＃14～＃21杆塔接地网进行实测，经测试如表1所示。

表1 基杆塔接地电阻值

3.2 雷击的选择性和易击点

从雷击统计资料和实验研究证明，山区架空配电线路多雷区和易击点，发生在山高、势陡、谷深、高差变化大、档距较长的地段，其地质一般是两种或数种地质的交错处。

山顶地面构筑物的性质和形状对雷电的发展有很大的影响，在高大的电视发射塔的尖顶和边缘上电场强度最大，这些都是容易遭受雷击的缘故。

向山顶供电配电线路一般都架设在山高、势陡、高差变化大、档距较长的地段，故障跳闸往往发生在雷雨大风天气，往往因1次故障引起多个杆塔设备破损烧坏，由于山区道路湿滑，维护作业困难，一旦发生故障，有时需要较长的时间恢复。

4 向山顶供电配电线路雷害的防雷对策

向山顶供电的配电线路大部分为水泥杆铁横担，绝缘水平不高，遭受直击雷、感应雷或反击雷时都容易引起绝缘子的闪络，造成相间短路跳闸，有时还会发生断线。因此，必须调查分析该区域过去雷害经过，掌握雷害程度，加强配电线路的防雷保护，采取有效的措施，以提高供电可靠性和减少经济损失。

4.1 杆塔接地降阻对策

采用线路避雷器防雷抑制雷害，关键是接地线的接地阻抗，当线路受到感应雷击时，若线路没有避雷器产生的对地电压为Up，则有避雷器时线路上产生的对地电压为如下：

4.2 选择复合绝缘外套氧化锌避雷器

由于常用的避雷器是瓷外套，比较重，安装不便，使用在线路上有一定的局限性，而且如果发生爆炸，它的碎片将危及临近绝缘子的运行安全，所以必须选择一种比较适合于线路上使用的避雷器。

随着国内硅橡胶技术的发展，近些年研制成功的复合绝缘外套氧化锌避雷器就是一种适合悬挂于线路杆塔上的避雷器，与传统的瓷外套避雷器相比，它除去了笨重的外套，改用新型硅橡胶复合有机外套，因而它具有重量轻等优点，甚至在复合外套避雷器损坏时能允许线路继续运行，而其电气特性、保护特性方面大体与瓷外套避雷器相当。

国际上，美国、日本等国已大量使用复合外套氧化锌避雷器，日本有大量复合外套氧化锌避雷器在电网中使用。随着我国硅橡胶技术的发展，我国在城农网改造中大量使用10kV、110kV、220kV的复合外套氧化锌避雷器，如表2是深圳某公司生产的10kV复合外套氧化锌避雷器的电气特性。

表2 10 kV复合外套氧化锌避雷器电气特性

4.3 选择防爆脱离型复合外套无间隙氧化锌避雷器

它的工作原理是当这种防爆脱离型避雷器受到强雷或其他原因引起阀片瞬间部分或全部损坏时，或引起阀片侧面闪烙时，产生的高温高压的气体冲破底盖，接地线脱落，从而防止避雷器发生粉碎性爆炸和防止因避雷器而造成的永久性接地故障。它的主要特点：①脱离装置在电力系统中性点任何一种接地方式下，避雷器长期运行蜕化或因雷击损坏时都能可靠动作，有效防止避雷器发生爆炸和电力系统的永久性接地故障，确保电网的安全运行；②压力释放装置使避雷器在严重故障电流下仍保持完整；③外部散形结构大大提高了避雷器的外部闪络电压；④外绝缘耐电腐蚀，抗老化；⑤良好的非线性电阻片使避雷器具有残压低、通流容量大、响应时间快、陡坡特性平坦，确保配电设备运行。

肇庆供电局在雷电活动频繁、雷雨季节经常遭受雷击，造成线路跳闸的将军顶山区的 10kV微波支线的#12号～#18号杆塔上安装了7组21只合成绝缘外套金属氧化物避雷器，经过2年多的运行实践，证明这种改进的防雷措施对于山区线路的防雷是经济、有效的。

防爆脱离型复合外套无间隙氧化锌避雷器，虽然能有效的防止避雷器发生粉碎性爆炸和防止因避雷器而造成的永久性接地故障。但损坏的避雷器还需停电更换，近年为提高供电可靠性，减少对客户的停电，采用摘挂式避雷器，可在不用停电的情况下更换避雷器，从而减少停电损失。

4.4 新型线路支柱型避雷器防雷过电压保护器

近年电科院与国内厂商开发一种新型的配电线路支柱型避雷器防雷过电压保护器，该保护器是由氧化锌支柱型避雷器、限流元件引流球、导线引流球、标准串联间隙、连接支柱板、标准引流球间隙工具几部分共同组成。

当线路受到雷击过电压，感应过电压尚未达到绝缘子闪络时，导线引流球和保护器限流元件引流球间隙开始放电，之后将雷电流导向支柱型避雷器，雷电流经支柱型避雷器释放，而工频续流则被支柱型避雷器截断，达到“避雷”的目的。该保护器最大的优点是不用接地线，减少了山上坚土或岩石上难以降阻和接地引下线被盗的烦恼。

肇庆供电局 2008年开始在雷雨季节经常遭受雷击跳闸的部分山区配电线路上试点安装了支柱型避雷器防雷过电压保护器，经过半年多的运行，效果良好。

4.5 加装10kV户外高压真空自动重合器

根据统计，配电系统中永久性故障一般不到60%，其余故障都是由于雷击过电压引起的绝缘子表面闪络、大风时的短时碰线或树枝落在导线上等引起的瞬时故障。因此，肇庆供电局将向山顶供电的10kV微波支线#01杆塔的柱上真空开关更换为户外高压真空永磁自动重合器（三相），当系统出现故障时，保护立刻动作是线路或设备断开，在非常短暂的时间内，故障点的电弧就会自动熄灭，使绝缘得以恢复。此时自动重合闸装置动作，自动将断路器合上，恢复系统正常运行。借助重合器的作用，当线路发生瞬时性故障时，可不影响用户用电，而当发生永久性故障时，可起到分段开关的作用，限制停电范围。重合器运行2年多来动作超过15次，收到良好的效果。

4.6 加装架空地线

对于雷电活动频繁、雷雨季节经常遭受雷击的山区供电线路，应考虑加装架空接地线，它具有以下优点：

（1）利用电磁遮蔽效果抑制感应雷电压。

（2）将雷引向架空接地线，防止雷直接击向导线或设备。

（3）将直击到架空地线的雷电流分流到与架空地线有一定距离的杆塔接地极，抑制遭雷击杆塔的接地电位升高，防止逆闪络。

（4）通过架空地线和相导体的电磁耦合，降低直击雷时的绝缘子间电压，防止闪络。

（5）降低避雷器通过电流。

配电线路设置架空地线可将避雷器损伤率降低到 1/3～1/5。向山顶供电的配电线路，线路一般架设在坚土或岩石上，这些地段的接地阻抗值大，可在该段配电线路区域外取接地阻抗较低的区域设置分流架空地线，作为防止避雷器和设备烧损故障对策的也是十分有效的。

5 结论

设置在山顶的移动电话收发信站、电视和广播发射中心等担负着社会的重要作用，为其供电的配电线路往往架设在势陡、谷深、高差变化大、档距较长的地段，地质一般都为坚土或岩石，接地阻抗值大，雷击故障频发。提高配电线路的供电可靠性，研究解决向山顶供电配电线路的耐雷设计和防雷措施成为重要的课题。

[1]许颖,徐士珩.交流电力系统过电压防护及绝缘配合[M].北京∶中国电力出版社,2006.9.

[2]GB11032-89.交流无间隙金属氧化物避雷器.

[3]DL/T620-1997,交流电气装置的过电压保护和绝缘配合.北京∶中国电力出版社.

[4]中国电力百科全书∶输电与配电卷. 北京∶中国电力出版社,1995.

[5][日]横山茂著,吴国良译.配电线路雷害对策[M].北京∶中国电力出版社,2008.6.