配网防雷接地装置研究

李华鹏 张容菠 杨 忠 胡世权 文忠进

（1.贵州电网有限责任公司兴义供电局，贵州黔西南562400；2.贵州电网有限责任公司，贵州贵阳550001）

0 引言

贵州属高原山区，配电网络网架结构薄弱，现有配网架空线路基本未做防雷设计，均是靠线路上的开关、变压器设备配套安装的避雷器进行简单防雷，架空线路被雷击后发生故障的概率较大，从而造成配网线路经常发生故障停电需要抢修。在配网故障抢修操作时，现场安全措施所需装设的状态接地线或封闭地线，都是由操作人员或施工人员人工登杆装设完成的三相短路接地线，增加了登杆作业风险和工作量。

恶劣天气引起的配网抢修工作频繁且点多面广，配网运维人员和操作人员匮乏，在配网上发生的人身事故越来越多。为减少线路故障停电，降低坠杆和触电风险，研发了一种配网防雷接地装置，能同时解决配电网防雷和装设状态接地线问题，大幅降低了操作风险，提高了供电可靠性。

1 架空配电线路运行现状

1.1 架空配电线路防雷

传统配电线路设计及建设均未考虑避雷线，因此雷害事故成为中低压配电线路事故的主要原因之一。为防范配电线路雷害事故，提高供电可靠性，供电部门对雷害频繁的区域和线路段进行了改造，加装氧化锌避雷器或防雷绝缘子（放电间隙）。这些改造增加的防雷设备虽有效果，但功能单一，设备利用率低。

1.2 架空配电线路装设临时接地线方法

1.2.1 配网装设临时接地线的位置选择

一是在裸导线上装设，即直接将便携式临时接地线装设在裸导线上；二是在绝缘导线上装设，需在绝缘导线上预装接地挂环，装设接地线时将便携式临时接地线装设在接地挂环上。

1.2.2 配网装设临时接地线的装设方式

根据安规要求，目前配网停电检修装设临时接地线通常有两种方式，一是由配网操作人员完成的、属于操作内容步骤的临时接地线（简称“状态接地”）；二是由持工作票的工作班组自行在工作地段装设的封闭的临时接地线（简称“封闭地线”或“工作接地”）。操作人员装设好状态接地线汇报调度后，方能向工作票的工作负责人许可工作，工作负责人再根据工作票所列安全措施在工作地段可能来电的各方面装设封闭地线。

1.2.3 传统装设临时接地线的优势及存在的问题

目前在各电网企业的配网实际工作中，现场安全措施所需的接地线，都是由操作人员或施工人员装设完成的三相短路接地线。该接地线的优点是可携带、便于安装、灵活性强，但仍有很多不足之处：一是由操作人员装设接地线时登杆操作量增加，存在一定的安全风险；二是接地线笨重，遇到交通困难的乡村和边远山区接地线不方便携带且人工运输困难。

2 配网防雷接地装置结构及其原理

2.1 配网防雷接地装置结构

装置主要由底座、绝缘子、金属导电接线桩头、雷电流放电装置、短路接地装置、鄂口螺旋短路引流装置构成（图1）。

图1 结构示意图1—底座 2—绝缘子 3—短路接地装置 4—上桩头5—导线安装孔 6—短路接引体 7—下桩头 8—雷电流放电装置

底座由不锈钢板制成，底座上端设置有竖直向上延伸的单极绝缘子，满足10 kV电压等级。底座下端设置有竖直向上延伸的短路接地装置，短路接地装置为柱状，底座下端通过接地引线与大地的接地体相连接。底座上端和短路接地装置均为金属合金材料或铜质材料的导电体，绝缘子顶部设置有上桩头，上桩头竖直部上设有短路接引体，上桩头的水平部上设置有导线安装孔，导线与运行中的配网线路连接，上桩头的水平部末端设有引弧棒，引弧棒的下侧设置有消弧头，底座上侧对应引弧棒端也设置有消弧头，两消弧头在纵向上相对设置，两消弧头间形成空气间隙，即放电间隙，当遭受雷击时雷电击穿空气间隙通过底座上的接地引线被引入大地，从而起到防雷作用。

短路接地装置的顶部设置有下桩头，其竖直部上设有短路接引体，短路接引体垂直上、下桩头所在平面，上桩头、下桩头及短路接引体均为导电体，装置还包括可将两短路接引体相电连接的短路引流装置，以使上下桩头间形成短路。

2.2 装置的防雷原理

当上桩头接入配网运行中的线路时，上桩头带电，通过绝缘子保持其绝缘性能，上桩头的引弧端与底座的接弧端通过空气间隙形成电气绝缘，当配电线路遭受雷击时，雷电流及过电压在此处的放电间隙处击穿空气，形成放电，从而将雷击过电压放电引入大地，起到防雷作用（图2）。

图2 雷电流放电装置示意图

2.3 装置的状态接地原理

配网防雷接地装置上桩头接入配网带电运行，当线路开展检修要进行三相短路接地时，将线路操作至停电，在地面上用带验电功能的绝缘操作杆验电后，用操作杆将三套短路引流装置分别挂到三个配网防雷接地装置上，再用操作杆将短路引流装置操作至合闸状态，形成三相接地效果，通过与大地相连形成三相短路接地，从而实现该装置的状态接地功能（图3）。

图3 状态接地装置示意图

2.4 配网防雷接地装置应用管理

配网防雷接地装置的短路引流装置在线路带电运行状态时需用操作杆将其取下，确保装置挂网带电运行发挥防雷作用。短路引流装置取下时应放置在操作班组保管，并按便携式接地线进行管理、使用。

3 配网防雷接地装置效益分析及应用前景

3.1 防雷功能效益

兴义供电局2017年配网故障跳闸1 373次，其中雷击引起的故障占30%，约412次，按平均停电时长6 h计，平均每次造成30户用户停电。现有配变18 839台，总容量3 465 246 kVA，平均容量为184 kVA，按同时率0.4计，算得负荷电流约为125.8 A，则造成停电损失=1.73UItcos θ=1.73×10×125.8×（6×1 373×0.3）×0.9=4 840 746 kW·h。

若采用配网防雷接地装置，防止雷击故障造成的停电损失可挽回经济损失：按平均电价0.45元/kW·h计，多供电量可回收电费=0.45×4 840 746=217.83万元。

3.2 状态接地功能效益

本文所述配网防雷接地装置的状态接地功能及操作方法与原有装设便携式临时接地线作业方式对比，相关参数如表1所示。

表1 相关参数对比

从对比数据可以看出：配网防雷接地装置现场装设可以减少重量13 kg，减少操作人员运输、搬运工作量；装设接地线单杆节省19 min，门杆或三联杆节省47 min，大幅减少了登杆操作的工作量和操作风险。

兴义供电局2017年开展停电检修工作约6 000次，配网总配变（用户数）18 839台，按每次检修平均停电用户15户、安装和拆除接地线综合节省50 min（0.833 h）测算，全年可节省停电时间=15×0.833×6 000/18 839=3.98 h；按每次停电段负载同时率0.4算得负荷电流为62.91 A，则全年可多供电量=1.73UItcos θ=1.73×10×62.91×（0.833×6 000）×0.9=4 895 584.5 kW·h，按平均电价0.45元/kW·h计，多供电量可回收电费220.3万元。

3.3 应用前景

从以上分析数据可以看出：应用该新型防雷接地装置可以使操作人员方便、快捷地完成现场状态接地的装设，大幅缩减操作时间，降低操作风险，减少因操作而引起的停电损失，提高操作效益，减少雷击引起的故障停电，提高供电可靠性。本文所述防雷接地装置已申请发明专利和实用新型专利。

该装置安装方便、操作简易、效果显著，进一步提升了配网装备技术水平，扩展了配网操作作业应用领域，值得在架空配电线路上推广应用。

4 结语

本文研究的配网防雷接地装置，在配电线路带电运行时引弧装置可起防雷作用，当线路需要检修时，通过绝缘操作杆操作即可形成三相短路接地。因此，本装置防雷功能可提高配网线路安全运行水平，提高供电可靠性；短路接地功能可减少操作人员运输、搬运、登杆操作的工作量，降低坠杆和触电风险，提高操作效率，减少停电损失，为供电企业进一步提高供电可靠性提供了有力的技术保障。