配电系统的防雷和接地

阎安

摘 要：近几年随着电网的改造，配电系统大量采用电缆化、绝缘线和中压环网设备，配网的供电可靠性有所提升，然而由于雷电引起的设备事故仍时有发生，对系统稳定运行具有一定的破坏性。为有效避免雷电对配电系统的危害，本文针对10kV配网线路及配电变压器等设备的防雷措施现状，分析10kV架空线路、电缆线路和配电变压器等配电设备长期运行中发生的雷电破坏情况，提出解决方法和防雷措施，为运行人员提供一定的帮助。

关键词：10kV配电线路；10kV配电设备；防雷；接地；措施

雷击虽然是自然界中一种常见的放电现象，但雷击过程中的直击雷、感应雷或雷电侵入波对配电系统的设备产生高电压冲击，直接影响到配电系统的绝缘水平，容易形成设备短路、爆炸以及火灾等问题，最终造成配电网络大面积的停电故障。特别是随着配电系统大量采用电缆化、绝缘线和中压环网设备，所以雷击产生的配电设备的损失都比较严重，可见如何提高配电系统的防雷接地水平，有效降低雷害损失，已成为运行人员当前重要的任务。

1 10kV线路的防雷和接地

1.1 10kV裸导线线路

配电线路的防雷措施可以选择避雷线或避雷器等设施，具体需要考虑配电线路的电压等级和线路情况，例如10kv裸导线路可以通过架设避雷线来预防雷击，但考虑到施工成本和便利性，实际工程中通常仅在重要负荷处采用避雷线，在雷电活动频繁地段采用避雷器的方式来达到防雷目的。实践数据表明，对于架空线路按每500-600米加装一组避雷器较为有效、可靠，只要规范做好杆塔接地措施，便能够十分有效的降低或避免雷击事故侵害。

1.2 10kV架空绝缘线线路

随着城市配电网的改造，大部分的配电线路都换成了交联聚乙烯电缆，但是相比裸导线而言防雷措施并没有随之改进，导致雷击绝缘线事故时有发生，其原因在于雷击过电压闪络，大气压中的大电流放电。雷电侵入架空绝缘线路时，瞬间电流虽然时间较短，但电流较大，虽不能烧断导线，但能在电缆绝缘层击穿出孔。当雷电经过两相或三相的金属性短路通道时，就会引发数千安培工频电流，时间在0.2秒左右，会导致跳闸事故，架空绝缘电缆的绝缘层会阻碍电弧滑动，电弧根固定于击穿点处，且在断路器动作前烧坏导线。

针对上述问题，可采用以下措施：（1）增强绝缘子耐压水平，更换防雷绝缘子来强化雷电效果；（2）增加闪烁路径来达到熄灭电弧的效果，增加线路局部的绝缘强度，具体可以增加导线绝缘强度、绝缘子绝缘强度、长闪烁路径避雷器。

1.3 10kV电缆线路

自从配电网络电缆进行更新之后，雷电导致的事故次数大大降低，同时对配电变压器和连接的电缆也都进行了保护，可是在安装电缆之后的10年左右，雷电导致的事故又会明显增多，原因在于电路电缆化之后被雷电击中的几率比较少，因而在更新配电网络电缆时对电缆的保护不够充分。目前广泛使用的交联聚乙烯电缆在潮湿环境中容易形成水树枝，在电场影响下变成电树枝，受工作环境中电压反复冲击的影响会加快绝缘劣化，导致电贯穿。由于变压器绝缘结构与电缆绝缘结构不同，在电树枝劣化的影响下，交联聚乙烯电缆的耐电压低于变压器电压，是整个配电系统中绝缘效果的薄弱点。

当前提升电缆使用寿命的常见方法是采用金属氧化锌避雷器，然而电缆自身的特点、电缆与其他电气设施连接的要求，决定了要在电缆终端头的周围装置避雷器，还要保证终端头的屏蔽接地。而且电缆电容是架空线路30倍左右，电缆的储能也大于架空线路，因此在避雷器的选择上要结合电缆的种类和参数，综合考虑各类因素。

1.4 10kV架空与电缆混合线路

架空与电缆混合线路存在不同阻抗的线路相联，雷电波入侵时结点处易发生电压突变，架空线路与电缆连接的首段与末端连接处波阻抗不同，雷电波入侵的情况下连接点之间的行波会多次折反射，末端电压经过折反射后将高于入侵电压，因此，可以选择在首末端安装避雷器来避免过电压过高。通常可以在电缆的首末端加装避雷器来限制过电压。

1.5 低压线路

针对低压线路，应该在变压器的出口位置装置一个低压避雷器，并且处理好接地问题，接地的电阻要低于4欧姆，低压电力网中中性点接地时应选择在电源点接地，而且干线、分支线终端需要反复接地，同时其电阻要低于10欧姆。针对比较长的线路，重复接地要多于3次，尤其是为了避免雷电对配电线路造成损坏，接户线上的绝缘子铁角要接地，电阻要低于30欧姆，这类问题在电能表装置的改造上重视起来。

2 10kV配电设备的防雷保护

2.1 配电变压器的防雷保护

配电网广泛采用△/Y0、Y/Y0接线方式的10kV变压器，在雷电波侵入时避雷器动作，在接地电阻上流经大电流时产生压降，使得中性点电压升高。在中性点电位的作用下，低压绕组上流经冲击电流。由于低压三相绕组中流经的电流大小相等、方向相同，低压绕组中的冲击电流全部成为激磁电流，产生很在的零序磁通，使得高压侧感应出很高的电势，感应电势沿绕组分布，在中性点的幅值最大，引起中性点绝缘击穿，同时由于层间和匝间的电位梯度相应增大，引起高压绕组层间和匝间击穿。

由于中性点电压是接地电阻引起的，因此可以分开中性点接地与高压侧避雷器接地，通过单独的接地线、接地网来接地，同时确保接地网之间距离>5m，借助大地的雷电波衰减作用来削除中性点电压过高导致的绝缘击穿。

雷电波在低压侧入侵时冲击电流流经低压绕组，随之高压绕组有感应电动势产生，导致高压侧中性点电压升高，层间与匝间电位梯度升高，最终导致高压绕组层间、匝间击穿。因此，我们可以采用低压侧加装避雷器的方式来解决此类问题，通过在低压侧装设低压避雷器，同时低压侧避雷器、高压侧避雷器、低压侧中性点、变压器外壳“四点共一地”接地。

2.2 柱上开关的防雷保护

配网运行中往往忽略了柱上开关设备的防雷保护，在柱上开关和刀闸处有些没有安装避雷器，或者仅仅在开关一侧装设避雷器保护，当开关断开时，将会造成雷电波的全反射，在雷击事故发生时造成开关设备自身的损坏。因此，应在开关或刀闸两侧安装避雷器，强化柱上开关的雷电保护。

2.3 电缆分支箱的防雷保护

电缆分支箱和环网柜在配电系统中的使用越来越广泛，它的防雷问题目前成为一个突出的问题。在10kV电缆化的环网供电系统中，必须采取措施抑制感应雷过电压。一般做法是采用避雷器，避雷器保护点位置的选择一是每个单元均安装避雷器，二是有选择地安装避雷器保护。第一种方法经济性较差，这两种方法需要根据实际情况选择，需要注意的是，如环网回路中存在架空线路，那么应该对架空线路两端单元安装避雷器。另外，对于避雷器的选择，通常推荐具备防爆脱离功能且免维护的无间隙金属氧化锌避雷器。

3 结束语

通过上述分析，要最大限度降低雷电损害程度，科学地建设防雷接地系统设备是关键，因此，配电系统的防雷与接地工作应结合实际的雷电分布情况来采取针对性的防雷方案，严格控制电气设备、防雷设施的质量与可靠性，确保共用接地网符合规范要求，将防雷措施与接地措施相结合，最大限度降低雷击对配电线路及设备造成的破坏。

参考文献

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