10kV配网线路防雷技术措施分析

何海辉

摘 要：随着经济社会的发展，电力系统也在日益壮大，尤其是10 kV配网系统的发展，更是日新月异。但是，由此引发的问题也越来越明显，其中一个最重要的问题就是如何降低雷电对配网线路造成的危害。简要探讨了雷电的产生及其危害，并在此基础上深入分析了配网线路遭受雷击的原因；总结了我国现阶段所采取的10 kV配网线路防雷技术，并提出了几种新型的防雷技术，并对其进行对比、分析，最后得出各种防雷技术各自的优缺点。因此，在线路遭受雷击时，需要采取相应的防雷技术才能真正起到防止雷电跳闸的作用。

关键词：10 kV配网线路；防雷技术；雷电跳闸；配电变压器

中图分类号：TM863 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.05.153

1 原因及其危害

1.1 雷电的产生

雷电是一种最常见的自然现象，然而对其形成的原因，始终没有统一的说法。目前，普遍认为它是大气中的饱和水蒸气遇冷形成水滴，该水滴在强烈的上升气流冲击下被分解成带有不同电荷的水滴，不同的水滴重新组合，进而形成了带有不同电荷的两种水气团，即雷云，当不同电荷的雷云将空气间隙击穿放电时，就会发生所谓的“雷电”。

1.2 雷电的危害

众所周知，雷电放电的一瞬间产生的能量是巨大的，除此之外，其放电时间非常短（主放电时间通常只有30～50 us），所以，雷电会释放出极大的能量和电流，而这些释放出来的能量和电流会对设备和线路造成很大的损害。雷电通常包括感应雷和直击雷，直击雷直接作用于线路和设备，使其严重受损；而感应雷则会间接通过设备周围感应出的高电压对设备和周边线路的安全造成破坏，进而影响设备的稳定运行。

2 配电线路遭受雷电攻击的缘由

大多数配电线路暴露在户外，很容易遭受雷击，而以下几种原因又加剧了雷击配电线路引发跳闸的可能性，具体有以下5点：①部分线路的铁塔、开关、配电变压器等设备的接地线往往会出现被盗的情况，这使得线路和设备无法得到有效的保护。另外，被盗的接地线无法及时接上也大大增加了雷击线路和设备的概率。②由于10 kV低压配网线路上方多处有110 kV以上的高压线路交叉跨越，高电压等级的线路从远处带来雷电，而10 kV低压线路本身的防雷设计比110 kV及以上电压等级的线路要低得多，所以，其防御雷电的能力明显下降，并会显得较为脆弱，因而会经常受到雷击。③针对大多数10 kV低压配电线路，使用针式绝缘子较为常见。这是因为在糟糕的天气（强风、台风、雷电等）下，针式绝缘子的效果明显比瓷横担的效果突出，但是，如果其内部出现击穿故障，则无法及时被发现。另外，目前在用的针式绝缘子耐压可达35 kV，由于绝缘子本身的耐压高，所以，如果在强雷电时被击穿或击破，其有可能还可以继续正常工作，这种情况在巡视时很难发现，进而为线路防雷击工作埋下了安全隐患。由此可见，它是易遭受雷击的薄弱环节。④配电变压器地网、开关、线路杆塔等设备的不规范安装也会造成10 kV低压配网线路的遭受雷击。⑤测试接地电阻的方法不规范、仪器不准确，由此引发的误判断及其留下的安全隐患也会造成配电线路遭受雷击。

3 10 kV配网防雷采取的技术类型

随着电力技术的飞速发展，10 kV配网防雷技术的发展也在不断进步。下面详细叙述了我国现阶段常用的防雷技术。

3.1 降低塔体接触电阻

现阶段，我国10 kV配网线路防雷技术主要采取的措施之一是降低塔体接地电阻。其通过在塔脚的位置打深井加降阻剂或敷设较长的接地网，使雷电进入大地，从而增加接触面积，控制电阻率。当线路遭到雷击时，它的耐雷性能就会显著增强，但是，这种防雷技术并不适用于沿海地区和江南一带的丘陵地区，仅对平原地区或土壤电阻率较低的地区有一定的可行性。究其原因，是因为这些地区为了保证接地电阻足够低，通常需要在塔脚位置打设深井加降阻剂或铺设较长接地网，这样能够增加土壤和地线之间的接触面积，从而降低接触电阻。但是，当遇到雷击情况时，因为接地线的长度过长而使得附加电感值加大，大大升高塔顶的电位，进而造成绝缘子串和塔体的破坏性放电，从而降低10 kV低压配网线路的防雷击水平。

3.2 加装避雷器

在当前情况下，也可以考虑利用在配变开关、电缆等设备高压侧安装避雷器的方法来降低雷电对其造成的损害，但是，其中唯一的不足是加装避雷器的变压器在其运行过程中还会发生一些雷害事故。这是因为一般配电变压器的低压侧未装设低压避雷器，所以，在这种情况下，会出现低压侧和高压侧同时损坏的情况。

对于避雷器的基本原理，笔者认为，在没有安装避雷器的线路上，雷电电流完全会通过杆塔及其接地装置流入大地。但是，由于存在接地电阻，就会使得塔顶电位迅速升高，特别是在接地电阻较高的情况下，当塔顶电位与导线感应电位的差值超过绝缘子串临界闪络电压U的50%时，就会出现绝缘子串闪络，并可能产生工频电弧，进而导致线路断路器跳闸。对于某些土壤电阻率较大的地区，由于难以降低接地电阻，就无法实施常规的防雷措施。在线路中装设线路避雷器，让避雷器的伏-秒特征与绝缘子串的伏-秒特征相互配合，当路线受到雷击（或绕击、反击等）时，线路避雷器要可靠动作，以确保绝缘子串不发生闪络。线路避雷器则是利用其自身的点位钳制作用降低绝缘子串上承受的放电电压，从而达到防雷的效果。

利用线路防雷器达到防雷效果的具体实现过程是：当塔顶电位高于配电线路相导线上由于感应和耦合产生的电位与绝缘子串的放电电压之和时，绝缘子串将发生闪络，进而导致线路断路器动作，对电力系统的正常运行造成不利的影响。而在装设了避雷器后，当配电线路受到雷击时，雷点电流将会被分流，一部分雷电电流通过导线流入其他杆塔，另一部分电流则经塔体流入大地，当雷电电流达到一定程度时，避雷器动作将进一步分流，如此一来，绝大部分雷电电流就会通过避雷器进入大地，而当雷电电流经过导线时，就会在导线上产生很大的交流耦合分量。另外，避雷器的电流分量与流经导线的电流分量相比，其分量要远远高出许多，正因如此，这种电流分量的耦合作用将会大大抬高导线的电位，使塔顶和导线之间的电位差低于绝缘子串的放电电压，从而避免绝缘子串发生闪络。由此可知，线路避雷器具有很好的电位钳制作用，这也是线路避雷器能够防雷的基本原理。由图1所知，加装线路避雷器后，取得了非常显著的防雷效果，该方法是十分有效的。

3.3 使用防雷过电压保护器

防雷过电压保护器的防雷原理如下：①线路防雷过电压保器是由氧化锌限流元件（无间隙氧化锌避雷器）、特制间隙（裸线夹或绝缘穿刺线夹）和金属联结调节件共同组成的。线路防雷过电压保护器与绝缘子并联安装。当线路受雷电冲击过电压或工频过电压的影响时，幅值达到绝缘子闪络的临界点前，防雷过电压保护器间隙放电，避雷器对地导通将能量释放，确保绝缘子和导线的正常工作。在正常工作状态下，工频电压被间隙隔离，保护器不受持续工频续流，限流元件处于高阻状态，有效保证了电力系统的正常运行。②采用特制的棒-棒间隙（这种间隙在我国高电压等级中已被广泛使用）和独特的圆弧设计，采用科学的空中十字交叉安装方式，避免了导线受风摆、季节变化对间隙的影响，增加了间隙放电的稳定性。这种间隙是目前同类产品中最科学、最稳定的产品。间隙与避雷器的配合使用，不会产生电弧，这是其他线路防雷产品无法达到的，它有效地提高了产品的使用寿命。对于不同的雷击区域选用不同的雷击电流——65 kA、100 kA、150 kA，这是检验防雷效果的关键。另外，采用滑孔联接设计，可以根据不同的绝缘子高度自由调节，以达到所要求的最优防雷保护间隙距离。

3.4 其他措施

除了以上提出的措施外，还可以采取改造不符合要求的地网接地设置、使用高级别的绝缘体、强化线路检查和保护、设置间隙装置强化地网接地测试、延长闪烁路径、使用地下电缆线路代替架空线路、在固定时间内轮换避雷器工作等方法执行10 kV配网系统的防雷工作。

3.5 对比分析

由上叙内容可知，目前，最常用的10 kV配电系统防雷技术是降低塔体接触电阻和加装避雷器这两种方法，降低塔体接触电阻、加装避雷器和加装过电压保护器这3种方法的优缺点对比如表1所示。

通过以上分析可知，在平原地区或土壤电阻率较低的地区，最好采用降低塔体接触电阻的方式实现配电线路的防雷工作。而在该方法无法实现的场合，就需要在线路上加装避雷器或者过电压保护器，以达到避免配电线路遭受雷击的效果。

4 结论

本文首先探讨了雷电的产生情况，分别叙述了直击雷和感应雷的危害，然后以此为基础，分析了线路容易遭受雷击的原因，进而深入研究我国现阶段采取的防雷技术。结果表明，在土壤电阻率较低的地区，最好采用降低塔体接触电阻的方式防雷，而在土壤电阻率较高的地区，需要在线路上加装避雷器、防雷过电压保护器或者采取其他相应的措施，以避免配电线路受到雷击。

参考文献

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[2]刘毅.10 kV架空配电线路防雷技术与措施[J].城市建设理论研究，2012（11）.

[3]王乐福.10 kV配电线路防雷技术探析[J].城市建设理论研究，2012（11）.

〔编辑：白洁〕

Abstract： With the development of economy and society， the power system is also growing， especially in 10 kV distribution network systems development is changing. However， the problem which caused more and more obvious， one of the most important issue is how to reduce the harm caused by lightning on the lines of the distribution network. Briefly discusses the generation of lightning and harm， and on this basis， in-depth analysis of the causes of the distribution network line being struck by lightning； summarizes taken of stage 10 kV distribution network lines lightning protection technology， and presents several new lightning protection technology， and its contrast， analysis， the conclusion that the advantages and disadvantages of various lightning protection technology. Therefore， when the line being struck by lightning， lightning protection technology needed to take appropriate action to prevent lightning can really play trip.

Key words： 10 kV distribution network lines； mine technology； lightning trip； distribution transformers