浅析10 kV配网线路防雷技术

李伟斌

摘 要：10 kV配网线路雷击事故时有发生，严重影响到了配网供电的质量及稳定性，并对人们的日常生活用电造成了影响。对10 kV配网线路的雷电过电压类型进行了分析，提出了10 kV配网线路的综合防雷方案，以期为有关需要提供参考和借鉴。

关键词：配电线路；雷电过电压；感应雷；避雷器

中图分类号：TM863 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2016.21.149

随着我国社会经济的快速发展，人们的生活水平日益提高，对日常生活用电的质量及稳定性也提出了更高的要求。在电力系统中，10 kV配网线路是其中的重要组成部分，为确保10 kV配网线路的正常运行，必须要应用先进的防雷技术，合理设计配网线路的综合防雷方案，从而确保10 kV配网线路的安全、高效运行。鉴于此，笔者进行相关介绍。

1 配网线路雷电过电压类型

根据过电压行程的物理过程，雷闪放电引起线路雷电过电压主要有以下几种类型。

1.1 感应雷过电压

当雷击输电线路旁大地及输电线杆塔时，在线路导线上感应出过电压。一般情况下，感应过电压大小为300～500 kV，如图1（4）所示，对35 kV及以下线路绝缘有一定的威胁。

1.2 雷电直击导线过电压

当雷直接击于无避雷线线路的导线或绕过避雷线而击于导线时，会使导线出现较高的过电压，使绝缘子串发生闪络，导线对地短路，如图1（3）所示。对于无避雷线线路而言，容易

发生这种情况，而有避雷线线路也可能发生，绕击的多少用“绕击率”来表示。

（1）—雷击杆塔或附近避雷线；（2）—雷击挡距中避雷线；

（3）—雷击导线；（4）—雷击附近大地

1.3 雷直击杆塔反击过电压

当雷击于线路杆塔及杆塔旁1/4挡距的避雷线时，较大的雷电流经杆塔电感和接地电阻入地，如图1（1）所示，使塔顶电位升高，这样与导线之间形成一定的电位差。当杆塔和导线的电位差超过绝缘子串50%的放电电压时，就会使线路绝缘子串发生闪络，导致导线对地短路。

1.4 雷击挡距中避雷线过电压

雷击有避雷线的线路的挡距中避雷线时，如图1（2）所示，会产生很大的雷击电流，使避雷线电压升高。但由于避雷线半径较小，挡距较大，雷电流在沿杆塔传播时会产生很强的冲击电晕，幅值衰减很快，一般不会导致绝缘子闪络。按规程规定确定的避雷线和导线的空气间也极少发生闪络。工程中一般不考虑这种过电压。

2 感应雷过电压的计算及仿真

目前，我国配电网大多采用由架空线和电缆线（大多用于城市供电系统中）构成的辐射状结构。随着城市配电网的改造、建设，电缆线的使用量大大增加，在考虑配网线路受感应雷过电压影响的同时，也需要考虑因电缆、架空绝缘线和裸导线在结构上的不同，使感应雷在3类线路上产生的过电压也不一样。图2所示为仿真模型。

在图2中，假设该电网中的G为无限大电源；T为主变压器，变比为110 kV/10 kV，联结组别为YN/d11；TZ是Z形变压器；L为消弧线圈；R为消弧线圈的阻尼电阻。线路采用架空裸线路、架空绝缘线、电缆3种线路组成。在图1所示的仿真网络中，架空裸导线型号选用的是LGJ-120，绝缘架空线为JKLGJ-120，电力电缆型号选用的是YJLV22-3×120。本文通过仿真计算分析各参数对架空配电线路观测点处感应雷过电压幅值和波形的影响。仿真过程中，雷电流模型选择Heidler模型，雷电流波头时间为1.2 μs，雷电流波长时间为50 μs，雷电回击速度为1.5×108 m/s。结合仿真结果，发现随着雷电流幅值的增加，线路上感应产生的过电压幅值也会相应地增加，且雷电流幅值大小与感应雷过电压的幅值大小为接近于线性的关系。感应雷过电压上升沿部分的电压爬升速度较快，引起的电压冲击最为明显，对线路绝缘的危害最大。雷击点距离线路越近，架空配电线路观测点处感应雷过电压幅值越大，感应雷过电压爬升速度越快，在过电压峰值过后，感应过电压的下降速度也越快，架空配电线路观测点处感应雷过电压的幅值随雷击点距离线路距离不断增大衰减得越慢。

3 10 kV配电网综合防雷技术措施

3.1 加装线路避雷器

在易击段杆塔上安装线路避雷器可以有效提高线路防雷性能，线路避雷器的选择性安装应该予以相当的重视，但是线路避雷器保护范围较小，只能有效保护1个基杆塔。只有所有杆塔都安装了，其保护效果才能得到体现，且需确保避雷器的接地装置良好，接地电阻合格。由于其昂贵的价格，在实际中，要结合杆塔周围的地形、气候、事物等因素综合考虑，将避雷器安装在最需要的杆塔上。

3.2 安装防雷金具

该保护装置直接安装在绝缘子上端，上部金属电极中有一个带穿刺的电极，它可穿透绝缘导线的绝缘层，实现与内部导体的紧密电接触；在雷电过电压的作用下，该保护装置直接通过与导体紧密接触的穿刺刀片，将雷电过电压引至该保护装置的外部金属电极，使雷电过电压直接加在该保护装置的外部金属电极和绝缘子底部金属电极之间，从而造成雷电过电压沿着绝缘子表面击穿。此后，工频续流电弧将沿着该保护装置的金属电极表面漂忽移动燃烧，而不会再像架空绝缘导线那样总是固定在某一点烧灼。这样，实际上该保护装置就是在绝缘子处，将绝缘导线变成了类似的裸露导线结构，它不易被烧坏，从而保护了架空绝缘导线在雷击过程中不会断线。

3.3 安装可调式保护间隙

对于电缆和绝缘架空线，可以采用可调式保护间隙保护，以减少电缆和绝缘架空线的外层绝缘受到的过电压冲击。可调式保护间隙的工作原理为：在绝缘子串旁边并联一对金属电极，构成保护间隙，间隙距离小于绝缘子串的串长。正常运行时，并联间隙具有使工频电场均匀的作用。架空线路遭受雷击时，在绝缘子串上产生较高的雷电冲击过电压，由于并联间隙的雷电放电电压低于绝缘子串的放电电压，间隙先放电，连续的工频电弧在电动力和热应力作用下离开绝缘子串在间隙电极之间燃烧并向外发展，保护绝缘子串免于损坏，进而防止了雷击断线。

3.4 采用绝缘塔头和横担

对同杆双回或同杆多回配电线路，可采用绝缘子与绝缘横担组合的配置方式；对三角排列的单回配电线路，可采用绝缘杆头、绝缘横担、绝缘子组合的配置方式，杆塔上部整体形成一个绝缘塔头，提高10 kV配电线路的绝缘水平和供电可靠性。绝缘塔头、横担具备良好的电气绝缘性能，具有放电电压高、泄漏电流小，抗老化能力强、适应长期户外运行环境以及便于安装等特点，能够大幅提高配电线路的绝缘水平，使雷电放电的空气间距增大。

3.5 加装耦合地线或杆塔拉线

对于降低杆塔接地电阻有困难，以及虽已部分安装避雷线但仍易受雷害侵袭的线路，可采用加装耦合地线或杆塔拉线的方法。其原理是通过增强避雷线和导线之间的耦合作用，从而降低绝缘子串上的电压，对雷电流进行有效分流，使杆塔波阻抗减小。由于加装耦合地线成本较高，且耦合地线并不能完全防止绝缘子串受雷击闪络，因此无法大范围推广使用。

4 结束语

综上所述，10 kV配网线路雷击事故的频繁发生不仅影响到了配网的供电质量及稳定性，并且对人们的日常生活用电及生命财产安全造成了影响，研究其综合防雷方案关系到配网线路的可靠运行。因此，在10 kV配网设计中，设计人员要综合应用多种防雷技术，合理设计10 kV配网线路的综合防雷方案，从而提高配网的防雷水平，确保10 kV配网的安全、稳定运行。

参考文献

[1]许家欢.配网10 kV架空线路综合防雷技术探讨[J].企业技术开发，2015（36）.

[2]赵伟杰.浅探配网10 kV架空线路综合防雷技术[J].科技与企业，2016（10）.

〔编辑：刘晓芳〕