山区配电线路防雷装置的研究与应用

王曜飞　胡志宏　林锋　张纪凤

摘 要：目前对于山区配电线路雷害治理的研究颇多，并已有效地运用到当前电力生产活动中。由于配网架空线路布局的分散性、杆塔结构和绝缘水平的局限，使得配网架空线路的雷害治理具有特殊性，多种运用在高压输电线路上并且行之有效的技术手段和策略不一定适合配网架空线路的雷害治理，如果照搬实施会造成电力系统建设资金的浪费，甚至某些技术手段会给配网架空线路的安全运行带来难以消除的安全隐患。所以，针对配网架空线路防雷的特殊性，有必要研究其形成机理，结合线路运行特点形成一种行之有效的治理策略，才能有效地提高配网防雷的成功率，保障电力系统用户的供电质量。

关键词：山区防雷 避雷器 雷击风险 雷击闪络保护器

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1672-3791（2016）07（c）-0012-02

1 技术背景

目前，山区10 kV架空线路因遭受雷击引起绝缘子闪络、断线、跳闸事故每年都时有发生，一直缺少有效的防雷手段。现有的防雷技术一般通过在配电杆塔上安装避雷器来实现，这种方式的安装及运行维护成本高，避雷区域有限，不能大面积使用。

目前，在山区配电线路的故障跳闸原因统计中，因雷击造成线路短路而断线或跳闸是主要原因。实际上，目前绝缘子绝缘水平比较高，雷电流得不到及时释放而造成绝缘子击穿，继而发生短路。而在雷击事故统计中，感应雷过电压引起的雷害事故占整个雷击事故的80%。所以配电线路的防雷重点应针对感应雷防护，特别是当配电线路附近落雷时，配电线路上会因电磁感应而产生高出线路相电压两倍及以上的过电压，使线路绝缘受破坏，而容易造成短路。目前针对山区配电线路，普遍缺少差异化、有针对性的、科学的防雷措施，无法针对山区配电线路落雷特点来配置防雷方案。应从配电线路历史雷击落雷数据出发，针对山区配电线路特点，提出采用山区型线路雷击闪络保护器来设计防雷方案，提出落雷风险最大区域的计算依据。

2 主要研究内容

该研究主要在山区配电线路历史数据基础上，对落雷进行统计与仿真建模，提出了依据线路雷击风险排序来安排落雷方案。该项目在设计时，通过对山区线路数据进行实测与统计，进行数据建模，通过软件仿真计算，从响应速度，保护半径，提出山区配电线路雷击闪络保护器的最佳配置方案与配置要求。把雷击风险看成是单位时间内落雷频度、线路长度与跳闸次数的函数，使得防雷设计有依据，提出了按风险区域分别防雷的思路，并提出了依据落雷密度的简单判断方法，把防雷区域划分红色预警区、重点防护区与一般防护区，其中预警区是必须要进行防雷的，重点防护区是部分区域要防雷的，一般防护区可以做点状防雷设计。

（1）雷击风险计算：把配电线路单位时间内落雷次数 、落雷密度与线路长度的乘积作为落雷概率，把雷击跳闸次数作为后果，计算线路落雷风险。（2）山区配电线路划分方法与配置原则：把山区配电线路防雷分为红色预警区、重点防护区及一般防护区；红色预警区落雷密度大于4.33次/雷暴日·km2，重点防护区落雷密度介于3.33～4.33次/雷暴日·km2。（3）红色预警区内按闪络保护器最小保护距离64 m与档距的相对大小来计算安装杆塔基数。

影响10 kV绝缘导线雷击断线的因素如下。

①线路绝缘水平与建弧率。

当雷击作用于绝缘子，绝缘子的闪络取决于过电压值和线路绝缘水平，电弧产生的几率取决于多个参数：额定线电压U2、闪络路径L、雷冲击发生的时刻、雷电流的大小和线路参数等。在这些参数中主要决定于沿闪络路径的运行电压平均梯度。

E=U2/·L

其中，L为闪络长度，m。

建弧率是随着E的降低而降低的，通过对电弧火花放电过程的数据分析得到结论，E≤7～10 kV/m时，建弧率为零。

②工频短路电流与雷电产生的热量。

造成电弧熔断绝缘导线的热量与电弧作用时间有关，电弧电流产生的热量：

Q=I2RT

其中，I为电弧电流；

R为电弧电阻；

T为作用时间。

假定雷电波波头时间为2 μs，雷电幅值为1 kA；工频短路电流作用时间为0.2 s，短路电流为1 kA。则按上式公式计算可知工频续流产生的热量将比雷电流产生的热量大10 000倍。由此可见感应过电压是雷击断线的诱因，而工频续流则是造成绝线导线断线的决定因素。

配网线路差异化防雷评估方案如下。

（1）10 kV雷击闪络保护器安装原则采用差异化安装形式。

①根据线路杆塔雷电密度分布图，重点防护易受雷击区域。 ②对于其他颜色所标注的区域应根据所在区域的地形、地貌和周围环境相结合。③对于耐张杆塔及分支杆塔上安装有氧化锌避雷器的可不需安装。

（2）雷击闪络保护器风险评估方案。

在参数统计的基础上，综合考虑线路的地形地貌特征、绝缘特征等因素，采用合适的防雷计算分析模型对线路逐基杆塔进行防雷计算，得到每基杆塔的雷击跳闸率，并根据设定的评估标准，评估每基杆塔的耐雷性能，结合杆塔所处地区雷电活动参数、杆塔结构、绝缘配置、地形地貌特征给出耐雷性能弱的杆塔易闪络的原因。风险评估方案如下。

①基于雷电活动密度分布的雷害风险评估。

根据线路GPS坐标，查询雷电定位系统该线路沿线走廊历年来雷电活动数据，形成该线路的雷电活动密度图，对线路的易雷区和易击段进行统计分析。

②易雷区风险综合评估。

易雷区风险综合评估遵循如下规则。第一，基于三维地理信息系统的线路走廊地理条件分析，易遭雷击段优先。第二，基于雷电定位系统的落雷密度分布和雷电流幅值，雷电活动密集区域优先。第三，结合线路及杆塔防雷性能评估，防雷水平低的杆塔优先。

3 结语

在没有安装雷电定位系统及雷电远程在线监测系统，要在线路中很精确找到线路雷击点或雷击区间，在目前现有情况下有一定的困难，同时实践证明，雷擊时概率事件，雷电的发生和雷击点也不是永远不变的。当然在线路中安装的雷击闪络保护器密度越大、布点越多其防护效果越好。布点是结合现场情况、杆塔的走向、钳位保护器的特性及实践运行经验选择部分杆塔来加装雷击闪络保护器，以便在后期巡线过程中查询雷电活动规律的统计，为以后雷电防护治理方案提供指导性意义。

参考文献

[1] 贾刘林，贾银军，王强，等.山区10 kV架空配电线路防雷技术的应用与研究[J].科技致富向导，2012（10）：362.

[2] 包恒朝.10 kV配电线路防雷措施研究与应用[J].建材与装饰，2013（7）：259-260.