配电网综合防雷措施分析

王琳 许桂敏 张佳 郑怡

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, Xian 710048, China

2. State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment, Xian Jiaotong University, Xian, 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 peoples 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。