配网线路差异化雷害风险评估技术

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摘 要：10kV配电线路由于绝缘水平比较低，雷击闪络更容易发生，易导致因此而生成的工频电弧将导线烧断。伴随电力系统配电线路绝缘化的改造，雷击断线问题更加突出。而近年来，国内外架空绝缘导线发生雷击断线和裸导线闪络跳闸的事件十分频繁，造成了多起人身伤亡事故和巨大的经济损失。配网架空线路雷击跳闸率高，极端条件下存在雷击断线问题。该文通过分析10kV配网架空线路雷击跳闸和雷击断线的机理，以及目前配网架空线路防雷现状，提出配网架空线路差异化雷害风险评估技术，并通过实际生产运用证明其行之有效。

关键词：10kV配网架空线路 雷击跳闸 雷击断线 差异化 雷害风险评估技术

中图分类号：TM7 文献标识码：A 文章编号：1674-098X（2014）12（c）-0088-02

随着电力系统的快速发展与管理水平的日益提高，配网管理与安全运行工作受到高度重视，配电线路的防雷工作作为一个重点，近年来一直受到国网公司高度重视。2009年版《国家电网公司重点应用新技术目录》中“10 kV 架空配电线路绝缘导线及其雷击断线保护”作为一个专项子目录被提出。

1 分析10kV配网架空线路雷击跳闸和雷击断线机理

1.1 工频续流是绝缘导线断线和跳闸的真正原因

雷电有较高的过电压幅值，较短的放电时间，绝缘导线的绝缘层能够被高电压击穿，引起绝缘子闪络，与此同时，工频续流可能由空气电离而引起[1]；因10kV线路较小的档距且雷电过电压过快波运动速度，大多会引发绝缘子在杆塔处闪络，尤其是两相或者三相一起闪络产生短路电弧通道。线路的绝缘薄弱处一般容易成为雷击闪络击穿点，但薄弱点的存在不一定都在同一杆塔上三相线路的绝缘处，所以闪络不一定发生在同一杆塔。如果两相或者三相闪络发生在同杆上，形成工频续流的可能性是有的，数千安的工频短路电流也会引发，进而发生断线和跳闸现象。

可简化描述绝缘导线雷击断线过程为：雷击过电压→击穿导线绝缘层，被击穿的绝缘层呈现一个针孔状→绝缘子闪络→建弧形成工频短路电流，周围绝缘阻隔电弧弧根，不能沿导线表面移动，只能固定在雷击闪络处→极短时间内导线被整齐烧断。

将其与裸导线受雷击进行比对，雷击过电压作用于裸导线引起绝缘子闪络时，在电动力以及空气气流等外力作用下，建弧形成的工频短路电弧可沿着导线表面向背离电源方向滑动，使灼烧不会集中于一个点上，断路器在工频续流烧断导线或损坏绝缘子之前就会切断工频电弧，从而使导线不会受伤严重烧伤。

1.2 引起配电线路的雷害主要是感应过电压

感应过电压在三相线路上基本一样，线路之间空气间距不会被击穿，感应雷电波向杆塔两侧传播迅速，抵达绝缘子附近的绝缘薄弱之处的时候，向铁横担放电，从而使二相短路或三相短路现象发生，绝缘子附近一般会出现导线的断点，范围约在10～40 cm之间[2]。

绝缘水平低的配电线路，及附近物体在雷电直击时的感应过电压，都可能引发配电线路闪电事故。在雷击的时候最容易发生的是配电线路断线事故，而造成架空绝缘导线断线的主要原因就是雷击。由于树木、人工建筑物等的屏蔽保护作用，配电线路一般很少发生绕击或直击雷事故，所以雷电感应过电压是破坏架空绝缘导线断线的主要原因。

2 目前配网架空线路防雷现状

目前，我国配网架空线路防雷措施主要有三大类产品，即纯空气间隙类、无间隙氧化锌避雷器类和带间隙氧化锌避雷器类，以下表1为各自的优缺点比较分析。

3 目前配网架空线防雷存在的问题

配网线路众多，基础条件复杂，在设计建设过程中对于雷害防护考虑不足，造成配网线路雷害防治存在一定的盲目性，达不到预期效果。更多的是采用补救的方式，哪里有雷击事故并由基层单位提出改造需求再去实施。现有的配网雷害防护的规范对于实际工作缺乏直接的技术支撑，如何防护、装在哪里、采用何种防雷手段防护都是困扰防雷工作的难题，本文通过对配网线路的地形地貌、落雷密度、历史跳闸情况、线路走廊土壤电阻率等关键因素进行分析，得出配网线路不同区段遭受雷击风险的评估结果，高危区段重点防护，实现配网线路差异化防护的目标，科学合理的解决了防雷装置装在哪里的问题。

4 10kV配网架空线路差异化雷害风险评估技术

通过对配网输电线路雷击风险评估工作的开展，对配网线路薄弱环节实施防雷改造时遵循差异化防雷思想，实现低成本就能使配网线路雷击跳闸和断线率有效降低的目的，使当前生产中遇到的实际问题得到解决。

该技术主要是通过研究配网线路的GIS地形地貌、雷电活动密度，并通过对配网线路历史跳闸数据的统计和分析，对该线路的雷电活动情况进行科学的分析和计算，设计出最合理的防雷措施。根据雷害风险评估结果进行有选择的安装带串联间隙雷击闪络保护器进行防护，实现以最少的经济投入进行全线防护，降低雷击跳闸率90%以上的防雷效果。

4.1 技术路线（图1）

4.2 基于线路地形地貌信息的雷害风险评估

根据长期运行经验总结，形成易雷区的典型地形地貌风险评估标准：

⑴ 雷暴走廊，如顺风的河谷和峡谷，以及风口等。

⑵ 四处都是山丘的湿润的盆地，如杆塔周围有水库、池塘、沼泽地、森林等，又有起伏的山丘在附近。

⑶ 土壤电阻率突然改变的地方，如地质断层带，山坡和稻田、岩石与土壤的交叉地带，岩石山脚下有小河谷等，低土壤电阻率处易被雷击。

⑷ 地下水位较高处和有导电性矿的地方。

⑸ 电阻率差别不大的土壤，如山丘的土层和植被良好，突出的山顶、山的向阳坡易遭雷击等。

⑹ 耐张转角杆塔、大跨越杆塔。

4.3 基于雷电活动密度分布的雷害风险评估

根据电力系统雷电定位系统数据绘制出线路走廊近三年的平均落雷密度，通过线路走廊落雷密度将线路走廊区域内杆塔按照雷害风险等级由高到低划分为红、橙、黄、绿、浅绿五个等级，挑选出需要重点防护的杆塔。

4.4 基于历史跳闸数据的雷害风险评估

通过查询、统计历史跳闸数据，在GPS坐标上对线路杆塔进行标注，对雷害杆塔进行分布。

4.5 配网线路防雷设计原则

根据长期运行经验进行总结，形成易雷区风险综合评估应遵循的几点规则：

⑴ 分析基于三维地理信息系统的线路走廊地理条件，优先考虑易遭雷击段；

⑵ 基于雷电定位系统的雷电流幅值分布和落雷密度分布，优先考虑雷电活动密集区域；

⑶ 线路及杆塔防雷性能评估相结合，优先考虑防雷水平低的杆塔；

⑷ 同时满足⑴和⑵条件的区域为重点防护段；

⑸ 满足⑴或者⑵条件之一，且发生过雷击跳闸的杆塔为重点杆塔。

5 10kV配网架空线路差异化雷害风险评估技术的应用及结论

5.1 应用效果

2014年2月，由国网新疆电力公司乌鲁木齐县供电公司成立10kV配网架空线路专项雷害治理小组，选择雷害相对严重的甘渠线、菊板线、菊灯线、永乡线进行差异化雷害风险评估试点。经过充分的现场勘查，线路运行情况调研，分析了线路所在区域的地形地貌特征，掌握了线路走廊区域近几年的雷电活动规律及参数统计。并根据配网线路防雷设计方案要求于2014年4月对以上四条线路安装10 kV线路雷击闪络保护器，进行防护。通过6个月的雷雨季节挂网运作，雷害防护效果显著。

5.2 结论

在专项治理小组对甘渠线、菊板线、菊灯线、永乡线四条线路采取了有效地科学分析，并进行了差异化雷害风险评估后，制定的技术方案是科学、有效的，该技术今后应大力推广。

参考文献

[1] 陈水明，何金良.防止配电线路绝缘导线断线的方法[C]//中国电机工程学会高电压专业委员 会2004年学术会议.

[2] 陈伟明.10 kV架空绝缘导线雷击断线分析及预防[J].供用电，2005（10）：48-50.

[3] 阮羚，谷山强，赵淳，等.鄂西三峡地区220kV线路差异化防雷技术与策略[J].高电压技术，2012（1）：157-166.endprint