10kV配电线路防雷保护措施

钟政权

(珠海市恒源电力建设有限公司，广东 珠海 519000）

在城市10kv配电线路运行的总跳闸次数中，雷击事故是引起线路跳闸的主要因素之一，特别是在地形复杂、档距大和多雷的地区。根据气象部门有关数据显示，广东地区属于雷害天气多发地区，年平均雷害日达70余天。多年来，10kv配电线路在运行过程中遭遇雷击的事故时有发生，这不仅影响到配电线路的运行，给工农业的发展带来损失，严重的情况下会导致配电设备和用户设备的损坏，造成大面积的停电。因此，有必要对城市10kv配电线路的防雷措施进行探讨，总结出合理、科学的防雷保护措施，以提高配电线路的防雷水平，减少配电设备及用户设备的雷击损坏率，从而确保配电线路的运行安全。

图1 电磁场分析感应雷过电压示意图

1 10kV配电线路雷击过电压形式

1.1 直击雷过电压

直击雷过电压是雷云击中杆塔、电力装置等物体时，强大的雷电流流过该物体泄入大地，在该物体上产生的很高的电压降。

1.2 感应雷过电压

研究表明，10kV架空配电线路由雷击引起线路闪络或故障的主要因素不是直击雷过电压而是感应雷过电压，配电线路遭受直接雷过电压的概率很小，约占雷害事故的20%，感应雷过电压导致的故障比例超过80%。因此10kV配电线路的防雷研究主要针对感应雷过电压。

2 感应雷过电压的危害

绝大多数10kV线路为1～2片绝缘子，由于绝缘水平低，感应雷过电压易导致绝缘子闪络。感应雷过电压同时存在于三相导线，相间不存在电位差，故只能引起对地闪络。

3 感应雷过电压的计算

由于静电分量是架空线路感应雷过电压防护的主要影响因素，因此在感应雷过电压计算中，应以静电感应电压的计算为主。在过电压计算中可假设:(1)先导通道中的电荷均匀分布;(2)空间电场由先导电荷形成;(3)先导通道中的电荷在主放电时是全部瞬时被中和，主放电通道是垂直向上，不考虑分支。

图1是应用电磁场分析计算感应雷过电压示意图。设雷击点O距架空线正下方地C点的水平距离为S，导线离地高度为hd。

通过电磁分析可得，线路感应雷过电压为

上面计算的是杆塔正对雷电处导线上的感应雷过电压。导线上距离杆塔中心点为x处的过电压与中心点的感应雷过电压的计算方法相同，只需将式(1)中的S换为

对于导线平均高度为10m的配电架空线路，若雷击点距离此线路50m，雷电流幅值为100kA，无任何保护措施时，感应雷过电压的最大值约为500kV。由于10kV配电线路的绝缘水平较低，在如此高的过电压下，极易发生绝缘击穿、闪络、断线等事故。因此，必须采取有效措施来抑制感应雷过电压，确保配电网的安全运行。

4 引起线路闪络的雷电流与雷击点的关系

设线路杆塔高度为15m，线路对地平均高度hd=11m，根据规程，在2hd=22m宽范围内的落雷均被视为直击雷。当感应雷过电压Ug超过线路绝缘子50%放电压，即Ug＞U50%时，绝缘子将发生闪络，根据式(2)，引起线路闪络的雷电流应满足

当线路采用S-210/Z瓷横担，其50%放电电压U50%=210kV，则在导线高度一定的情况下，最小闪络电流Imin(简称闪络电流)为

可见，当x一定时，随着S的增大，引起线路闪络的雷电流幅值增大。当S一定时，随着x的增大，线路发生闪络的雷电流幅值增大。即雷击点越远，击距 越大，引起线路闪络的雷电流幅值越大。由于式(4)中S和x的对称性，闪络电流仅与雷击点与杆塔中心的相对距离有关，与雷击点的具体位置无关。

5 10kV配电线路防雷措施研究

5.1 线路防雷水平与电杆高度关系可见，电杆高度越高，同样的击距下，闪络电流将越小。因此要提高线路的防雷性能，在满足电网安全运行的条件下，应尽量选择高度小些的电杆。

5.2 线路防雷水平与线路绝缘水平的关系

当线路分别采用不同等级的绝缘子S-280/Z、S-210/Z、S-185/Z 时，可见，线路绝缘水平越低，同样的击距下，闪络电流越小。因此，要提高线路的防雷水平，应加强线路的绝缘水平。

表1 更换绝缘子前后线路的防雷水平

表2 11号杆高度更换前后防雷水平的变化

5.3 避雷器的作用

在配电线路上安装避雷器来防护雷电过电压是世界各国广为采用的一种方法。线路安装避雷器后，当雷击杆塔，雷电流产生分流，一部分雷电流通过杆塔流入大地，当雷电流超过一定值后，避雷器加入分流，大部分雷电流通过避雷器流入导线，传播到相邻杆塔。若线路遭受感应雷过电压，雷电流沿线路向导线两侧传播，当雷电流超过一定值后，线路避雷器加入分流，大部分雷电流通过避雷器流入大地。线路避雷器与绝缘子并联，具有良好的钳位作用，避雷器的残压低于绝缘子串50%放电电压，即使雷击电流增大，避雷器的残压仅稍有增加，绝缘子仍不致发生闪络。这也是线路避雷器防雷的重要特点。雷电流过后，流过避雷器的工频续流仅为微安级，流过避雷器的工频续流在第一次过零时熄灭，线路断路器不会跳闸，系统恢复到正常状态。

6 提高10kV配电线路防雷水平的措施

6.1 某10kV线路基本参数

某供电所一条重要供电线路的接线方式为放射式。该线路从957号110kV某变电站出线，于14号杆处T接石夹支线，采用LJ-70导线，总长5.06km，所经路段为沿海地区，共48基杆，其中转角杆和耐张杆3基，为3号、6号和16号杆，直线杆45基，除11号杆因跨106公路而采用15m杆外，其余杆均为12m，跨距较大，全线采用S-210/Z瓷横担。该线路6号杆上安装柱上油开关1组、线路氧化锌避雷器6只，23号杆处110kV线路跨越该线路，安装氧化锌避雷器3只，4号杆和7号杆处该线路跨越220V线路。

6.2 提高线路防雷水平的措施

10kV配电线路一般采用8m或9m杆，使用的电杆较高，能引起线路闪络的最小雷电流仅为19kA，该线路每100km年闪络次数达到18.18。因此需要提高线路的防雷水平，特别是11号杆处曾发生过雷击断线，更应加强防雷，以降低该线路的雷击跳闸率。

(1)更换线路绝缘子

将现有线路绝缘子S-210/Z更换为高一级的绝缘子S-280/Z，见表1所示。可见，更换以后，无论何种击距，线路防雷水平均可提高33%。

(2)11号杆更换为12m杆

将原15m的11号杆更换为12m杆，更换前后线路的耐雷水平如表2所示。可见，更换以后，无论何种击距，11号杆处防雷水平均可提高15%。

结语

城市10kv配电线路的安全运行是确保城市工农业用电和人们生活用电的重要保障。因此，电力管理人员应该对线路的防雷保护措施进行研究，找出配电线路雷击事故频发的主要原因，同时结合现场的情况来区分每种保护措施的针对性和有效性，因地制宜地采取不同的防雷手段，以此确保配电线路的安全运行。

[1]邝健怡.对做好10kv配电线路防雷措施的几点体会[J].科技与企业.2012(09).

[2]段建华.对配电线路防雷保护措施的探讨[J].城市建设理论分析.2012(7).