浅谈我国南方丘陵地区中压配电网的防雷措施

蒙曰心

摘要：我国南方丘陵地区雷电现象频发，对该地配电网安全运行构成极大的危害。本文结合配电网实际运行中的雷害情况，全面分析了配电网的防护现状，提出了降低杆塔接地电阻、提高线路绝缘、特殊地段增设架空避雷线、安装线路避雷器、架设耦合地线等多种防雷措施，可供同行人员借鉴。

关键词：丘陵地区；配电网；防雷

Abstract: the hilly region in the south of lightning phenomena occur frequently, and the safe operation of the distribution network to pose a great harm. Combining with the actual operation of the power distribution network ray against situation, comprehensive analysis of the distribution network protection status, the lower tower grounding resistance, improve line insulation, special area overhead BiLeiXian, installation line add lightning arrester, set up the lightning protection and so on the many kinds of wire and the coupling, available for aboard the reference.

Key words: the hilly region; Distribution network; Lightning protection

中图分类号：F407.61文献标识码：A 文章编号：

丘陵地区是雷电活动频繁的地区，雷害事故仍经常发生，极大地影响了中压电网的供电可靠性，影响了电网的安全稳定运行。而作为我们国家的主要配电网络的中压电网（6~35kV）最易发生雷害事故。此类线路一般仅在两端进线侧1~2km架设架空地线，中间部分无避雷线、避雷器等，绝缘水平低，接地装置简单，地阻较高，且丘陵地区35 kV线路杆塔多位于山顶，雷电击杆率高，耐雷水平低。

1雷电对电力线路的危害

架空线路受到直接雷击或线路附近落雷时，导线上会因电磁感应而产生过电压，即大气过电压（外过电压）。这个电压往往高出线路相电压的2倍及以上，使线路绝缘遭受破坏而引起事故。当雷击线路时，巨大的雷电流在线路对地阻抗上产生很高的电位差，从而导致线路绝缘闪络。雷击不但危害线路本身的安全，而且雷电会沿导线迅速传到变电站，若站内防雷措施不良，则会造成站内设备严重损坏。根据统计08年我国南方的雷电日和落雷密度都高于往年，约60%的线路故障由于雷击造成，雷击跳闸率依然很高，且与往年一样，雷电活跃集中在每年的5、6、7三个月，以位居山地、丘陵为主。雷击引起的线路跳闸，影响线路的正常供电，从而影响社会各行各业的正常用电，导致无论是工厂、企业还是供电部门都因此而造成巨大的经济损失。

2防范措施及应用情况

消雷器的设计思想是企图中和雷云电荷，把雷电荷消灭掉或限制放电电流。各种提前发射接闪器的设计思想是企图把避雷针的接闪效果提高，即扩大保护范围。这几种非常规防雷产品到目前为止都没有被国际防雷组织所承认。但是在最近的故障及雷击跳闸分类统计中，雷击故障频繁，尤其安装了消雷器的杆塔，并没有起到预期的效果。例如35kV 某线14#、15#杆分别装设了消雷器，在2010年5 月9 日和5 月10日分别遭受雷击，变电站过流保护动作开关跳闸。其14#断联杆遭雷击后，受电侧ABC三相瓷瓶存在明显闪络痕迹并有瓷瓶爆裂；15#断联杆遭雷击后，送侧B 相、受侧AC相瓷瓶存在明显闪络痕迹并有瓷瓶爆裂。

总结经验，完善过电压保护措施，为减少雷击事故，以相对比较成熟的常规防雷技术，采取降低杆塔接地电阻、加装耦合地线及线路避雷器、减小线路地线保护角、增加绝缘子片数、采用自动重合闸等措施均可以有效地降低雷击跳闸率。以上加强防护措施可根据线路的重要性、雷电活动的频率、地形地貌特点以及土壤电阻率等情况确定选取合理的一种或几种组合。

2.1架设避雷线

这是对输电线路进行防雷保护的最基本、最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线，同时还具有分流作用以减小流经杆塔的雷电流，降低塔顶电位，通过对导线的藕合作用可以减小线路绝缘子的电压，对导线起到屏蔽作用，还可以降低导线上的感应过电压。通常来说，线路电压越高，采用避雷线的效果越好。而且避雷线在线路造价中所占的比重也越低。为了保障安全，多在雷电活动集中的易击区域、重要跨越、人口稠密区等增设架空避雷线。

3~35kV架空线受雷害的概率最大，为防止雷电直线于导线或绝缘子串。在图1杆型中，加装一付抱箍，在其上装设1或2根角钢，然后地线装设挂线金具。增设避雷线后，调整导线的保护角，与降低接地电阻配合，可取得很好的防雷效果。

图1：丘陵地区配电线路典型杆型图

110~500kV架空线规程规定，220kV及以上电压等级的输电线路应全线架设避雷线，110kV线路一般也应该全线架设避雷线。同时，为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，避雷线对边导线的保护角应尽量采用20°~30°。220kV及330kV双避雷线应该做到20°左右。500kV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线，保护角要小于15°。山区宜采用较小的保护角。杆塔上两根地线间的距离不应超过导线与地线间垂直距离的5倍。

2.2降低杆塔接地电阻

降低杆塔冲击接地电阻是提高线路耐雷水平和降低雷击跳闸率的最有效、最经济的方法。为了保证可靠性，每一根杆塔都应敷设接地装置，并与地线牢靠连接，以使击中地线或塔顶的雷电流通过较低的接地电阻泄入大地。如果个别杆塔特殊原因确实无法引下接地，则必须尽量缩短两个接地点的距离，但在线路的终端和交叉点等关键部位的杆塔必须接地。一般，电压等级越高，降低杆塔接地电阻的作用将变得更加重要。

配电线路典型杆型的耐雷水平与接地电阻关系见图2。

图2：典型配电线路不同地阻时的耐雷水平

由上图可见降低接地电阻，能够大辐度地提高其反击耐雷水平。

降低线路杆塔的接地电阻，可利用方法主要有：增加接地极的埋深和数量；外引接地线到附近的池塘、河流中，装设水下接地网；换用电阻率较低的土壤；在接地极周围施加降阻剂。几种杆塔接地网的敷设方式可参见图3所示。

a：水泥桿放射性接地体 b：铁塔放射性接地体

c：水田闭环接地体 d：加降阻剂接地沟断面图

图3：几种杆塔接地网的敷设方式

接地体采用中直径10的镀锌圆钢，接地体在耕作地的埋深为0.8m，非耕作地的埋深为0.6m，岩石上的埋深不小于0.3m。

2.3架设藕合地线

降低杆塔接地电阻有困难时，可采用架设藕合地线的措施，即在导线下方再架设1条地线。架设耦合地线可使其增加对雷电流的分流和对导线的屏蔽作用，提高零电位等。在多雷的丘陵地带，藕合地线对减小雷击跳闸率的效果是显著的。而对于有些地势较高的线路，可在该段线路两边相导线下方3.5 m处各挂一根钢绞线作耦合地线来减少事故发生的概率。

2.4安装线路避雷器

线路避雷器主要是一种金属氧化物，一般安装在雷电活动强烈或土壤电阻率高、降低接地电阻有困难以及山顶、大跨越等线路段，效果良好。

安装线路避雷器，要进行计算，以确定合理的安装方案；如山区线路杆塔接地电阻超过100Ω，一般降阻措施降不下来，这时可安装线路避雷器。上相导线对下两相有架空避雷线的屏蔽作用，故只需在上导线和保护角大的1相导线各安装1只避雷器。导线等边三角形排列时，则只上相需安装避雷器。

安装线路型避雷器的缺点是防雷保护范围较小，一般约200 m，而且只能有效保护本基杆塔，成本较高，施工工期长，安装时需要停电，需要运行维护。

2.5绝级子并联放电间隙“疏导型”防雷

此种防雷方式可应用在以提高重合成功率为主要目标的35kV线路防雷治理上，在110kV线路上也可以有选择地安装。安装防雷放电间隙，主要是在绝缘子串两端并联1对金属电极，构成保护间隙。通常，保护间隙的距离小于绝缘子串的串长。架空线路遭雷击时，绝缘子申上产生很高的雷电过电压，但因保护间晾的雷电冲击放电电压低于绝缘子串的放电电压，故保护间隙首先放电。接续的工频电弧通过并联间隙所形成的放电通道，被引至招弧角端部，避免绝缘子被电弧灼烧。

更换、安装耐压等级高的绝缘子或瓷横担。雷击10KV架空线路针式绝缘子事故，是最常见的设备故障，其原因为：一是南方地区年雷暴日较多、雷期长；二是针式绝缘子质量不过关也是主要原因之一。在受雷害严重的线路上适当采用电压等级高的绝缘子，提高其耐压水平；在直线杆（塔）上多采用瓷横担（须考虑档距大小、导线重量等因素）。

2.6搞好线路的维护工作

新线路由于杆塔接线松动、下沉等原因，会发生倾斜，使导等现象。因此，应定期对导、地线的弧垂进行检查。天气干早会使杆塔基础土城电阻率增加，因此在干早季節，应对每基杆塔(不连避雷线)的工频接地电阻进行侧试，超过时应延长接地装置的接地圆钢，或打接地角钢。运行线路上的瓷质绝缘子，因长期处在交变的电场中，绝缘性能会逐渐下降，在受到雷击大气过电压或操作过电压时就会发生闪烙、击穿，绝缘可能降为零值。因此，应定期对其进行巡视检查，每年应进行1次停电登杆检查，清扫绝缘子片，发现有放电、击穿的绝缘子应及时更换。对运行多年不合格的绝缘子应进行更换。找出不合格的绝缘子片的方法是将线路先分段，再分串、分片进行测试。

此外，还有很多其他措施，如配电网可采用中性点非有效接地方式运行，加强线路绝缘以及装设自动重合闸装置等。

3结束语

丘陵地区雷电活动频繁，雷电流多在10~60kA，是中压配电网安全运行的最大威胁。在线路工程的设计阶段，就应考虑到配电系统的防雷保护，并根据地形等实际情况，因地制宜，合理地选择防雷保护措施，并重视对防雷措施进行综合性的考虑，只有这样，才能尽可能的减少雷击对线路及设备造成的损害。

参考文献：

[1]姚力. 配电变压器防雷保护中应注意的几个问题[J]. 江苏电机工程，2001，(01)

[2]李景禄，李卫国，唐忠. 输电线路杆塔接地及其降阻措施[J]. 电瓷避雷器，2003，(03) .

[3]刘增明. 农网配电防雷之我见[J]. 农村电工，2009，(08)

[4]汤昕. 农网10kV配电变压器的防雷改进措施研究[J]. 电瓷避雷器，2011，(02)

注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。