阳江地区配电线路差异化防雷技术研究

林清华

摘要：本文对阳江地区配电线路现有防雷措施技术进行分析，提出配电线路差异化防雷性能治理策略，基于雷电定位系统（GIS）长期监测数据，统计分析配电线路全线走廊雷电分布规律，结合线路特征参数等，制定多套具有不同特点防雷改造方案，依据改造目标和管理要求，确定出最佳改造方案，提高了决策效率，有效保证配电设备安全运行水平。

关键词：配电网；差异化防雷；避雷器；避雷线

引言

配电网绝缘水平低，雷害事故发生频繁，对配电网的影响较大，随着人们对电力系统供电可靠性越来越高的要求，对电力系统防雷保护的重视程度也越来越高，更多的新技术与材料也越来越广泛的应用于电力系统。

经过多年摸索，配电线路防雷基本形成了一系列行之有效的常规防雷措施。总结各种方法可归为“堵塞”和“疏导”两种。

“堵塞”即为尽量增强线路的绝缘水平，从而减少雷击闪络次数，降低工频续流的建弧率[1]。“堵塞式”防雷措施可提高线路的耐雷水平，减小雷击跳闸率[2]。日本常见的避雷器为限流消弧角，也名为带串联环形外间隙金属氧化物避雷器，其原理为增长闪络路径，进而提高绝缘子两侧的绝缘水平，由此降低工频电弧的建弧率。这类方法效果明顯，缺点是成本髙、施工难度高[3]。

“疏导”即为线路产生雷击闪络时，尽快疏导落雷闪络后的工频电弧弧根，从而避免导线烧坏[13]。在芬兰，采用闪络保护型线夹，此法是剥离绝缘子串与导线连接点处的绝缘层，再进行加装防护线夹以加固，相似的方法也应用在瑞典和美国；本应用放电箱位瓷绝缘子，替代闪络保护型线夹，加强导线绝缘层被剥离处的绝缘水平。这类方法操作较“堵塞”法容易，投资少；但导线局部裸露在外，雷雨天气时，存在着绝缘和密封上的缺陷。

本文根据配电线路走廊雷电活动、地形地貌、线路结构和绝缘配置、防雷计算方法、防雷措施等差异性，提出配电线路差异化防雷性能治理策略，基于雷电定位系统（GIS）长期监测数据，统计分析配电线路全线走廊雷电分布规律，结合线路特征参数等，选择合适的防雷计算分析方法，对杆塔进行防雷性能评估，确定杆塔防雷安全等级及其决定因素；依据现有防雷措施技术特点，采取针对性防护措施配置，制定多套具有不同特点防雷改造方案，并进行技术经济性评价，依据改造目标和管理要求，确定出最佳改造方案，最终形成配电线路防雷治理策略，提高了决策效率，对电网安全运行意义重大。

1 现有防雷技术分析

综合经济、技术方面比较，我国多釆用“疏导式”防护措施。国内已开发研制了多种防止绝缘导线雷击断线的产品。目前釆用的防雷措施主要有：架设避雷线，降低接地电阻，提高绝缘水平，加装耦合地线，安装线路避雷器，安装并联间隙，安装自动重合闸装置等。

1.1架空避雷线

在空旷地区对线路架设避雷线能有效地降低线路雷电感应电压幅值，减少雷击跳闸率[4]。对配电架空线进行屏蔽和保护的常用方法之一是架设同杆架空避雷线，从而大大降低感应过电压的幅值，其屏蔽作用可将感应过电压降低至原电压值的1/（1-k），其中：k为避雷线与绝缘架空线间的稱合系数与冲击系数之积。计算显示，当导线距离地面高度11米，三相导线间的线距为0.7米，落雷点与导线间的垂直距离为50米，雷电流幅值为100kA，雷电流波头时间2μs，波尾时间在未架设避雷线时49μs，感应过电压幅值可达550kV，而架设避雷线后其幅值可降至330kV，感应过电压降低了40%。

由此可知架空地线能够有效地防止雷电直接落在架空线上，起到了较明显的屏蔽作用。这种方法在实际应用中一向取得了较好的效果，再加其免维护翠是受到电力系统的欢迎。然而，从实际工程的成本考虑，在多种防雷措施里，架设避雷线的投资几乎最高，约为8000元/km，除此之外，虽能有效屏蔽直击雷，却难避免绕击雷的发生，因此常形成线路反击，还是会引发工频续流进而烧断导线[5]。且对于较老的线路，由于塔型的限制使得安装工作较为困难；而大规模的改造老式杆塔，无疑又大大增加了施工的成本和工作量。

1.2提高线路绝缘水平

提高绝缘子50%放电电压，即可通过增大电弧爬距的方式提高线路绝缘水平，可使雷电引发的工频续流因爬距大而无法建弧，此方法能较明显的降低雷击跳闹率。这种加强绝缘导线局部绝缘强度的方式也可以明显的达到提高线路耐雷水平的效果，同时又降低了工程的造价，具体方法为加厚绝缘导线固定处的绝缘，如图所示，放电发生时，绝缘的击穿将全部发生在绝缘边沿处的导线，此边沿绝缘水平较高，因此线路的冲击放电电压可通过沿面闪络得到提高，是一种效果较好的防雷措施[6]。

此外，直线杆原有的铁横担以及耐张杆原有的悬式瓷瓶还能分别被玻璃钢绝缘横担和钢化玻璃绝缘子替代，同样可以起到增强线路绝缘的效果。玻璃钢溶丝横担的绝缘水平高及机械强度好是其优势所在，若用玻璃钢溶丝横担代替铁横担，那么闪络路径将大大增长，可明显提高线路的绝缘水平，进而可以大大降低建弧率，进一步防止雷击断线的发生该方法可有效地提高线路绝缘水平，降低雷击断线率。此措施的缺点在于，绝缘子更换的工程投资较大，加强局部绝缘的施工较为困难，施工要求比较高。

1.3加装线路避雷器

线路避雷器是在线路杆塔上安装避雷器装置，将其与线路绝缘子串并联，提高安装处线路的绕击和反击耐雷水平，并有效保护绝缘子不闪络，降低雷击跳闸率。避雷器提高耐雷水平原理是：线路安装避雷器后，当雷电绕击线路，绝缘子串两端产生过电压超过避雷器动作电压时，避雷器动作，利用阀片的非线性伏安特性，限制避雷器残压低于线路绝缘子串的闪络电压。雷电流经过避雷器泄放后，通过避雷器的工频电流很低，工频电弧在第一次过零时熄灭，线路两端断路器不会跳闸，系统恢复正常状态。近年来，我国开始将线路避雷器使用在配电线路绝缘的薄弱点，如特别高的杆塔和终端杆处。实际运行表明，线路避雷器可以有效的限制住雷电流产生的过电压，保护线路不发生跳闸故障，但它价格贵，普遍推广使用有难度，在线路加强绝缘后，从节约技改花费的角度，只能在雷电活动剧烈地区的线路易击点、易击段、易击相或重点保护的线路段。

1.4降低杆塔接地电阻

降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平，减少线路雷击跳闸率的主要措施。降低杆塔接地电阻是通过降低杆塔的冲击接地电阻来提高输电线路反击耐雷水平的一种防雷技术。降低杆塔接地电阻来降低输电线路雷击跳闸率的原理是：当杆塔接地电阻降低时，雷击塔顶时，塔顶电位升高的程度降低，绝缘子所承受的过电压程度也降低，从而使线路的反击耐雷水平提高，从而有效的降低线路的雷击跳闸率。降低杆塔接地电阻的方法主要分物理降阻和化学降阻：物理降阻包括延长接地体、深埋接地体、使用符合接地体等；化学降阻主要是指在接地体周围敷设降阻剂，通过降低土壤电阻率来达到降低接地电阻的目的。

1.5架设耦合地线

架设耦合地线是指在雷害事故多发地区，在导线下方加设一条接地线，以提高线路的反击耐雷水平，降低反击跳闸率。架设耦合地线提高线路反击耐雷水平的原理是：耦合地线可以增加分流作用，可以使雷电流易于通过邻近杆塔的接地散流，从而降低塔顶电位。架设耦合地线根据架设的位置不同分两类：直掛耦合地线，直接增设在线路导线下方的耦合地线；侧面耦合地线，平行架设在线路两侧的耦合地线。

1.6并联间隙防雷

对于一些特殊地理位置的配电线路，如沿海，山区，丘陵地区，地形地势复杂，雷电活动频繁，常规防雷方法往往达不到预期的防雷效果，因此进一步研究适合特殊地理环境的防雷措施还是很有必要的。并联间隙防雷是和传统的防雷保护方式不同的一种“疏导型”的防雷保护方式。采用间隙装置与绝缘子串并联，接闪雷电，疏导工频电弧，虽有雷击闪络，但无永久性故障，重合闸能够成功动作，从而有效地防止绝缘子损坏，避免雷击事故发生。

并联间隙装置的作用机理是：在绝缘子串两端并联一对金属电极（又称招弧角/引弧角），构成保护间隙，如图1所示。当架空线路遭受雷击时，并联间隙因冲击放电电压低于绝缘子串的放电电压，故首先放电，随后产生工频短路电弧。短路电弧在电动力和热浮力的作用下，向远离绝缘子串的方向运动，最后稳定在并联间隙端部进行燃烧，直至跳闸熄灭。由于电弧被拉向远离绝缘子串的方向，从而避免了其对绝缘子串的灼烧，有效地保护了绝缘子串不受损伤。

2 差异化防雷研究思路

针对阳江地区沿海、山区、丘陵地貌的实际情况，为了提高阳江电网雷电防护整体水平，提高供电可靠性，应用现有的阳江地区雷电活动分布特征研究成果，进一步研究配网设备的防雷技术措施。2.1 开展10kA避雷器应用研究

基于ATP软件的Pinceti模型建立避雷器仿真等效模型，并采用多指数函数拟合法对避雷器阀片非线性进行计算。建立不同的避雷器配置方案，对不同配置方案下的线路耐雷性能分析比较，并选出最优的10kV避雷器配置方案。开展避雷器选型的分析，对选择的最佳配置方案论证。

2.2开展配网加装避雷线及杆塔改造应用研究

首先，建立输电线路感应雷计算模型，包括：雷击时空间电磁耦合的计算模型、考虑入地电流频变特性的感应电压计算模型、考虑全回路参数频变特性的计算模型等。其次，建立输电线路杆塔多阻抗模型，对杆塔接地电阻的降低进行分析研究，计算导线、避雷线击距和地面击距，分析研究如何进行避雷线的选择及架设。最后，确定避雷线选择及杆塔改造方案。

2.3编制配网差异化防雷技术方案

综合现有防雷措施，考虑阳江市实际地形地貌因素，并以最新的避雷器配置、避雷线选择及杆塔改造方案为基础，编制配电网差异化防雷技术方案。

3 结论

通过依托现有的防雷措施，根据地区电网的特点研究的的配网差异化防雷技术方案，其将各防雷技术进行整合，对提高配电网的可靠性、用电可靠性具有重要意义，对雷电多发地区电网的安全运行起到了至关重要的作用。

参考文献：

[1]王茂成等，10kV绝缘导线雷击断线机理分析和防治措施. 高电压技术，2007（01）：第102-105页

[2]陈伟明，10kV架空绝缘导线雷击断线分析及预防. 供用电，2005（05）：第48-50页

[3]Carrus，A.，F.M. Gatta and E. Cinieri. Secondary arc current interruption in an unconventional MV distribution system：digital simulation and experimental test results. in Properties and Applications of Dielectric Materials，1991.，Proceedings of the 3rd International Conference on. 1991. Tokyo

[4]中华人民共和国电力行业标准 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合（摘要）. 电气工程应用，2001（02）：第29-30页.

[5]何金良等，10kV绝缘导线配电线路断线机理分析. 电力建设，2001（07）：第6-9页

[6]林智敏，万幸倍.上海城市架空绝缘配电线路防雷的技术措施.高电压技术.2004，30（9）：73-74