浅谈10kV输电线路设计中防雷措施及应用

吴金锋

摘要：雷电是一种常见的自然现象，雷电过程中造成的过电压对输电线路影响很大，使用有效的防雷技术来确保输电线路运行安全是十分重要的。

关键词：输电线路;10kV;雷击;防雷措施;设计

引言

架空输电线路是供电系统的重要组成部分，由于架空输电线路多数布局在野外环境中，故极易受到外界条件的影响和损害，环境的变化是对其安全运行影响非常大。其中主要影响因素之一就是雷击，雷击不仅仅只是造成居民商业断电，而且对线路中的元器件及电气设备损坏巨大，造成线路运行损失，因此做好架空输电线路的防雷设计是我们线路设计中非常重要的环节。

线路遭雷击原因

架空输电线路因雷击造成跳闸，具体可以分为绕击雷和直击雷，雷电流幅值也有大有小，在输电线路设计前，我们从设计的角度应先研究当地地形以及雷击特点，以便有针对性的进行线路的防雷设计。在线路运行期间最容易受到雷击的是避雷保护线路的保护角度过大以及杆塔接地系统的电阻过高的线路。以下是几种常见的线路遭雷击原因：

（1）杆塔存在隐患

部分配电线路中为施工方便，没有采用独立的接地系统，而直接使用水泥电杆内部的钢筋进行接地，一旦雷击造成大电流经过电杆内部钢筋时，容易造成该水泥电杆开裂造成其损坏。

（2）安全预防措施严重不足

部分架空输电线路在施工设计时没有考虑相关规范安装防雷设施，也没有根据现场的地形特点采用相对应的防雷安全措施。

（3）配电线路电线存在问题

部分输电线路的保护角过大对绕过雷击不利，譬如一部分多雷电区域的输电线路就很难满足220kV及以上输电线路的避雷线保护角不得大于20°的规定。

当前在输电线路常用的防雷保护措施有以下几种：安装避雷线、降低输电杆塔的接地电阻、选用自动合闸设备、安装耦合地线和采用不平衡的绝缘系统等。

输电线路中的防雷策略设计：设计输电线路的防雷策略时，要考虑很多综合因素，从多个角度、根据具体情况融入土质、电阻、地形、地域、线路等各种因素以全方位地进行线路的设计规划。

（1）线路避雷器的防雷原理。线路中的避雷器所采用的是避雷器自身和串联空气间隙结构二者的组合，其中，避雷器本体基本上不会承担由系统运行产生的电压，因此，避雷器的使用不需要考虑其由于长期运行造成的老化问题，即便是避雷器有故障，也不会对线路运行造成影响。串联空气间隙有两种，即以合成绝缘为支撑的串联空气间隙和纯空气串联间隙。

当雷电击中塔杆时，由雷电产生的电流分为两路，分别经由避雷线、塔杆流入大地，此时，若是塔杆顶端的电位和导线的电位之差高于一定值，绝缘子串中的50%放电电压就会引起从塔顶到导线的闪络。输电线路整体抗雷能力绝大程度上是受接地电阻、架空的避雷线、雷电流的强度以及绝缘子串的50%放电电压影响。其中，接地电阻和架空的避雷线是人为可控制的，因此，要提高线路抗雷能力，通常选择安装避雷器和减小接地电阻的方法。

（2）选用合理的输电线路路径。由于自然区域的条件不一样，受雷击的概率也会有很大差异。那些雷击频发的地域，自然行业不是铺设线路室最佳的考虑方案。因此，要选择铺设线路最合理的路径，尽量避免此类雷击区域。应该要避免的路径有如下几种：第一，号称“雷暴走廊”的山谷峡谷地区;第二，地下埋有导体性质的矿物或者地下水位高的地区;第三，环山而坐既潮湿又低洼的盆地，尤其是其旁边有连绵的山脉或者是有树木、池塘、水库等的铁塔周围更加危险;第四，已经发生土地电阻率的突变或者极易发生突变的地域，这些区域有低土质性电阻的特性，比如地质的断层处或者有溪流的山谷区域，又或是那些土壤与岩石、到天河山丘交接的地带;第五，那些土壤很好的山地或是向阳的山坡，虽然其电阻的差距不是很明显，但是遭到雷击的概率也比普通的地区要多。

（3）降低接地电阻。仅仅依靠安装避雷器和架设避雷线所达到的防雷效果不是非常理想，因此，接地电阻是避雷線很好的一个补充，以达到更大的降压目的。比如说，当电压值在40～65kV区间时，避雷线没有搭设的必要性，但是为使所有铁塔的接地情况良好，同时又有防雷的效果，就需要运用降低铁塔的接地电阻策略。降低电阻方法有三种：一是对于那些较为集中同时规模较小的接地网，可使用降阻剂。将降阻剂铺设在接地极的四周，扩大接地面积，从而达到降低地面和铁塔的电阻。因其导电性能较好，可推广使用此方法;二是爆破技术。利用爆破，制造破裂，然后通过压力机作用将电阻率较低的材料导入裂缝中去，以增强土地导电性能;三是加长水平接地体，因为水平节地体长度与电感效应成正比，若其长度为80m，电阻率达2000，长度是55m时，电阻率是500，因此，当其长度达一定值时，冲击系数就会逐步稳定下来，不会再下降。

目前我们在10kV线路设计中常用避雷方式：过去在雷电多发地区，10kV线路与35kV类似加装避雷线，但缺点是投资成本及维护成本过高，10kV线路布局较为错乱，避雷线保护角过大造成绕过雷击效果差，并且输电线路更容易受到反击。目前在10kV设计中常见的避雷方式是采用安装过电压保护器和防雷绝缘子。

采用防雷柱式绝缘子：每根直线水泥杆上的单横担装置安装3只，双横担装置安装6只（或者一侧3只防雷绝缘子，一侧3只普通绝缘子），要求每3根水泥杆加1处接地装置（可根据雷区不同接地装置距离可调整），要求接地电阻不应大于10欧姆。FEG型防雷型支柱绝缘子是采用组合式结构的产品，其采取先堵塞电压后疏通的设计工艺，增强了支柱绝缘子的绝缘性能以及防污秽水平。并且不会类似瓷绝缘子炸毁现象，具有防止雷击断线、以及降低雷击跳闸保护等功能。防雷柱式绝缘子原理是：当雷击的过电压超过设定的数值时，电流会在防雷绝缘子引弧棒和下金属脚放电，使得电弧在引弧棒上灼烧，这样导线就不会受到损伤。

安装过电压保护器：目前国内的10kV配电线路存量十分庞大，需要保护的区域范围广，因此避免雷击是十分困难，传统的避雷器长时间受到线路的工频电压，还要承受雷击时的过电压，因此传统的避雷器更易老化，故障频发，无法确保供电的稳定性。目前在10kV现场施工中主要采取过电压保护器，其主要采取氧化锌避雷器与外间隙组合的方式，当输电线路没有受到雷击时，外间隙可以起到有效的隔离作用从而使避雷器不承受到线路中的电压，即便当避雷器老化损坏时，外间隙也不会导致线路接地而发生运行的危险。在雷击的过电压达到一定值时，电压才会穿过保护器外间隙导致避雷器动作，因此过电压保护器具有更佳的防雷效果，安装该保护器会提高线路安全运行的稳定水平。由于过电压保护器的有效保护距离有限，在10kV设计安装时我们需要根据现场雷区分布，过电压保护器安装密度控制在200m-360m之间是经济效益最佳，雷击的过电压经过外间隙到达避雷器后再经过接地系统进入大地，从而保护绝缘线。

在10kV输电线路设计时，我们一定要对接好当地需求以及施工习惯，如果线路没有有效的防雷设备，一旦遭到雷击会给电力系统造成巨大损失，在设计前将当地气候资料进行全面收集，从而更好的将防雷设计与现场相结合，根据雷电资料进行预防工作，进一步提高输电线路供电可靠性，对保护电力系统的稳定性有重大意义。

参考文献：

[1]江小燕 10kV架空线路防雷措施研究，科技咨询，2011

[2]沈红莲，汪朝军. 浅谈架空线路遭雷击原因及防雷措施，科技咨询，2009

[3]杜澍春 高压输电线路防雷保护的若干问题[ J]. 电力设备，2001， （1）.