配网防雷技术保护方案研究

（广东电网公司佛山高明供电局，广东 佛山 528500）

配网防雷技术保护方案研究

苏耀隆

（广东电网公司佛山高明供电局，广东 佛山 528500）

本文笔者结合多年的配电网实际运行工作经验，针对目前我国配网雷击故障方面问题进行了分析，并研究试用了新型雷电过电压保护装置，因此，对配网防雷薄弱环节提出了技术改进方案，以提高配电网防雷保护效果和供电可靠性。

配网；防雷；保护措施

一、概述

配网系统是向客户供电的重要末端环节，直接决定了局部区域的供电可靠性水平。据本地区域10kV配网故障数据统计，在每年配网停电故障中，约70%是雷害造成。佛山市高明区近年年均雷暴日约140天，远高于国家年平均40天雷暴日的多雷区标准，属于重雷区。在社会对供电可靠性要求更高的形势下，针对“逢强雷暴皆可能跳闸停电”的配网防雷保护提出整套技术改进方案，十分有必要。

二、雷击配网原因分析

雷击有两种形式，一种是直击雷，一种是感应雷。

雷电流一般高达数十千安，在雷电直接击在配电设施时，局部过电压数值（＞500kV）将远远超过配电线路和设备的绝缘水平，配网线路和设备的绝缘将不可避免地被永久击穿。由于配电线路离地面不高（≤15米），带电线路与地绝缘，邻近的构建物、树木等物体均有一定的集雷效应，直接击中配电线路的雷电概率相当少。

感应雷过电压，包括放电前形成的静电感应过电压，和放电瞬间产生的电磁感应过电压，叠加时幅值可达400～500kV，已超过配电线路绝缘子和设备的雷电冲击耐压，极容易发生线路绝缘子闪络或配网设备绝缘击穿，是配网防雷的关键。

按雷电成因分析，配电线路易受雷击的区域包括：穿越高压输电线路或邻近通信铁塔、跨越大片水体等地方。据高明区数据统计，在雷击导致永久故障中，位于上述区域的配网故障点分别占了54%、37%。

三、配网雷害故障分析

受运行成本限制，配网设备的耐雷水平整体较低。高明区10kV线路耐张串采用两片XP-7耐张绝缘子，直线杆塔瓷横担使用SQ-210或SC-210型，雷电全波冲击耐压均≥200kV；变压器或开关的雷电冲击耐受电压一般≥60kV；YJV22交联电缆的雷电冲击耐受电压≥95kV。

（一）感应雷过电压估算。根据理论分析与实测结果，当雷击点距离线路附近时（≥65米），线路上产生的感应过电压最大值可按下式计算：

UJ=25×I×hd/S （kV）

I为雷电流峰值（kA）,hd为导线平均高度（m），S为雷击点与线路的距离（m）

从雷电定位系统数据可知道，近3年高明区雷电流小于100kA的比例为98.8%，超过100kA的概率极少，可取100kA作为雷电流极限值。

按雷电流100kA落雷点距离线路65米，导线高度15米计算，线路感应过电压

UJ=25×100×15/65=576 （kV）

按10kV线路耐雷水平（200kV）、雷电流100kA反向估算落雷点的最近安全距离

S=25×I×hd/UJ、=25×100×15/200 =187.5 （米）

按10kV线路耐雷水平（200kV）、落雷点65米反向估算最大安全雷电流值

I=S×UJ/（25×hd）=65×200/（25×15）=34.7 （kA）

从雷电系统数据统计，近年高明区雷电流大于34.7kA的比例为27.2%。

从上述估算，感应雷对配网线路的危害很大，大电流的雷电感应过电压与直击雷的危害相仿。由于10kV线路相间距离较少，感应雷过电压同时作用于三相线路，对地闪络时大部分表现为三相对地闪络，引起线路跳闸。

（二）雷害故障分析。根据本地区运行经验，在线路投入重合闸保护功能下，雷击跳闸的重合成功率一般达到85%。在重合不成功和单相接地的停电故障中，无法准确定位故障点但试送电成功的比例约占36%，判断为多点雷击或相间冲击闪络转为稳定工频电弧；避雷器爆裂约占23%，耐张瓷瓶爆裂约占18%，线路断线约占18%，其他原因约占5%。

保设备一直是配网防雷保护的重点，设计标准是在设备两端安装无间隙金属氧化物避雷器。从运行数据可看出，配网主要设备，如变压器、柱上开关等，防雷保护较成功，极少发生雷击烧毁情况。

然而，线路上的雷害故障较突出，反映了线路防雷的不足。在重合闸不成功的故障中，约36%属相间持续闪络或隐蔽性临界缺陷。氧化锌避雷器因内部受潮或阀片老化，在高电压强电流冲击下，内部热崩溃击穿或爆裂，极易引发单相接地或两相短路故障造成次生停电事故。瓷质绝缘瓶雷击后表面闪络或内部击穿，形成接地放电通路。小线径导线在通过大电流时热稳定性不足发热断线。特别是雷击引发的单相接地停电事件，故障点通常十分隐蔽，故障定位时间较长，延误了快速复电，降低了供电可靠性。

四、配网防雷保护的改善措施

从上述分析，目前配网防雷的现状是：注重电力设备，忽视供电线路；注重设备安全，忽视供电稳定；注重一次防范，忽视次生事故。以问题为导向，配网防雷保护方向应进行适当调整，以适应高供电可靠性要求。因此，设计标准须相应进行完善。

（一）防范直击雷。架设避雷针或避雷线是最有效措施，但相对配网投资额度，成本太高，只适合特别重要的线段。在路径选择上，尽量避开输电线路、大片水体、通讯铁塔等易落雷地方。

（二）设备防雷。在主要设备两端，设置无间隙式的金属氧化物避雷器雷。降低接地电阻，接地线与设备外壳相连接地。

（三）线路防雷，以防感应雷为主。本地区近年大量试用了两类过电压保护器作为线路防雷的常规保护，每相隔约100米杆塔安装一套，放电计数记录显示动作较多，已安装的线路极少发生雷害停电故障。过电压保护器是在避雷器（固定式或跌落式）的基础上串联一个放电间隙。在非雷击时，由于放电间隙存在，避雷器不再长时间承受工频电压或过电压，对避雷器起保护作用。在雷电过电压时，由于放电间隙比线路绝缘低而瞬间击穿建弧，氧化锌避雷器同时动作，随着泄流后电压降低，避雷器恢复工频高阻切断电弧电流，起到泄漏雷电流和隔绝工频电压的“泄雷器”作用，使线路不再发生闪络。按照近海地区的10kV线路典型设计方案，把过电压保护器作为线路防雷常规设计后，约增加投资6%。

（四）防次生事故。无间隙固定式避雷器、瓷瓶、小线径导线是雷击次生事故的多发设施。多雷地区，避雷器应采用跌落型的防爆式避雷器，防范避雷器本体爆裂引发的单相接地或相间短路故障。耐张绝缘子采用钢化玻璃瓶，其

零值自爆功能可以及时发现雷击缺陷。避免使用LGJ-35线径的架空线，应采用LGJ-70以上的导线，控制导线档距和弧垂，且电气连接点应采用可靠的AMP线夹或双线夹模式，提高线路的热、动稳定能力，减少断线故障。

结语

配网线路防雷问题是一个经济技术问题。我们既不希望线路因雷击频繁跳闸，也要考虑防雷设施的投资成本。各地应根据本地的线路运行水平和雷暴活动强弱，有选择性地进行防雷设计改造。

[1]崔林．云朝山雷达站防雷措施研究[D]．长沙理工大学，2009．

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