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10kV线路防雷措施及完善策略

发表时间：2020/1/9 来源：《电力设备》2019年第19期作者：黄仁华

[导读] 【摘要】随着我国科技的不断发展,现代化水平不断提高,电力系统得到不断完善,同时,配电线路对防雷水平有了越来越高的要求。

        (广东电网有限责任公司湛江廉江供电局 524400)
        【摘要】随着我国科技的不断发展,现代化水平不断提高,电力系统得到不断完善,同时,配电线路对防雷水平有了越来越高的要求。而10kV配电线路又是现代电力系统的重要组成部分,所以对其防雷水平的研究是至关重要的,将影响着整个供电系统的防雷水平。本文主要对感应雷过电压的危害，并提出了10kV线路的防雷措施,确保配电网的安全可靠运行。
        【关键词】10kV线路；防雷措施；完善策略
        城市发展与社会进步离不开电力系统的支持，发电厂、电力用户、配电网、输电网组成电力系统，该系统主要是将电能转换输送到用户系统上，为用户提供发电。电网也被称为输电网、配电网结合体，电力系统的运行就需要电网推动。因为配电网是直接与电力用户连接的系统组成，所以地位至关重要。配电网主要包含架空线、配电所、变压器、补偿电容、断路器、开关、电缆配电线路、继电保护、计量仪表、自动装置等，因为电网结构相对比较薄弱，停电检修不到位，造成配电网可靠性下降，当然其可靠性下降离不开雷击因素。确保 10 kV 配电线路安全稳定，才能帮助企业实现用电通畅，保证用电人员安全，电力系统正常运行。正因为如此，保证 10kV 配电线路的安全，提高其防雷水平是电力系统发展的必然选择。
        1、10kV架空的配电的线路感应的雷过电压
        作为配电的线路雷击过电压的两个不同的形式，直击的雷过电压指的是，雷在云丛中击中物体的一瞬间所产生极高的电压降。而产生在线路中的感应雷过的电压则是由物体在受到雷击时有电磁的感应所引发的，下文主要讨论的是感应雷过电压的产生的原理和电压的幅值的计算。
        1.1感应雷过电压的产生机理
        雷云的主要表现的形式为负极性。因此，在介绍感应的雷过电压的产生的机理的过程当中，我们是以负极性的雷电作为例子。导线上带电的电荷会沿线路方向的电场的方向进行定向的转移，而雷电的先导的放电的过程当中，又依赖移动的速度的局限，不可以发生电流，但线路受到云层的放电，在通道中的电荷产生电流的过程中，通道中的磁场的发生改变会产生感应的电压，即为感应雷过的电压的静电的分量，而由于周围的磁场发生改变，导致感应电压的产生被称之为电磁的分量。由于静电的分量比电池的分量大得很，所以主要是以静电的分量为主来讨论感应雷过的电压的幅值。
        1.2感应雷过电压的计算
        为了更好的实现绝缘防雷，在采取有效的措施前，必须对防雷的绝缘的设计的线路进行感应雷过的电压数值的计算，这是在进行防雷的过程实施当中不可或缺少的一个步骤，在进行感应雷过电压的计算的过程当中，我们利用电磁场的研发将研究的对象定为静电的感应的电压。有计算模型可以得知，架空线与雷击点之间的距离为S，hd是导线，距离地面的高度，EY为在任意的一点a处的电场的强度的垂直的分量，在进行理论的数值的计算的同时，也必须对在工程中的实际的情况的修正的系数进行分析，才可以求出较为精确的架空的线路上静电的感应的雷过电压。
        2感应雷的危害及防护措施
        2.1 感应雷的危害
        绝大多数10kV配电线路的绝缘水平较低，雷击容易导致绝缘子闪络。感应雷过电压会在三相导线中同时出现，引起相线对地的闪络。随着配电网建设的发展，电缆和架空线路逐年增多，当配电网发生单相接地故障时，接地电弧不能自行熄灭，就会发展成为相间短路，造成用户停电和设备损坏事故。当发生断续性弧光接地故障时，会产生高于3～5倍相电压的弧光过电压，使绝缘防护薄弱的设备被击穿，造成设备损坏，引发停电、甚至火灾和爆炸事故，影响到整个配电网的安全稳定运行。如果感应雷过电压沿线路进入变电站或配电房，侵入波过电压可能会导致设备和人员遭受雷击，若感应雷过电压窜入低压系统，将威胁到更多的低压用电设备和配电网用户。
        2.2 线路防雷措施及分析
        目前最为常见的线路防雷措施包括架设避雷线、减小接地电阻、在线路上加装过电压保护装置或者避雷器等,但上述措施在应用中都存在不足。
        2.2.1 避雷线
        在线路上加装避雷线对配电线路进行屏蔽保护，其感应电压可降至（1-k）Um。此种方法具有一定效果，但架设线路投资大，在实际应用过程中防绕击雷效果不理想，且在保护过程中容易形成线路反击。
        2.2.2 降低杆塔接地电阻
        根据理论分析和实际运行经验，如果将配电线路每级杆塔均有效接地，对提高线路耐雷水平有明显作用，但对于山区和沿海地区来说,降低杆塔接地电阻工程复杂，降低电阻效果受工艺水平影响较大,且工程量大，长期可靠性不足。
        2.2.3 氧化锌避雷器（MOA）
        采用MOA是限制雷电过电压的一种有效方法，可以有效截断工频续流、吸收雷电能量，限制雷电过电压，但其长期承受工频运行电压，寿命和可靠性不能保证，且装设MOA需要良好接地，否则会有线路反击的风险。
        2.2.4 过电压保护器
        线路过电压保护器结合了保护间隙的低成本和MOA保护特性好的优点,采用羊角金具间隙串联避雷器的方式。但其保护范围较小，另外防雷效果受安装工艺影响较大。近年来，有厂家研制出无工频续流放电间隙装置，性能较为优越，其突出特点在于：该装置通过放电间隙和工频限流器的配合，将瞬间的雷击能量通过间隙和限流元件平稳释放，可防止工频续流的产生，有效地保护了线路及线路上的设备；该设备可避免因雷击产生的大电流通过不合格接地时瞬间形成的高压对线路及设备的反击，且通过“疏导”的方式将雷击着弧点引到产品的放电间隙，防止了雷击产生的绝缘导线断线事故。
        采用无工频续流放电间隙装置。当10kV线路遭遇雷击或出现过电压时，过电压通过引流装置的引流导线施加到放电间隙板，当放电间隙板下表面的球面突起与放电间隙下电极之间的固定空气间隙满足空气击穿条件时，固定空气间隙被击穿，此时过电压产生的大电流通过固定空气间隙和工频限流器流入大地，过电压能量得到有效释放后，工频限流器及时截断放电间隙板和放电间隙下电极之间的工频续流，使线路恢复正常。在高压输电线路正常运行电压情况下，由于放电间隙板和放电间隙下电极没有形成通路，因此工频限流器不承受线路运行工频电压，可延长其运行寿命。

        3防雷措施的具体应用及效果
        某供电局所辖的10kV吉水乙线是运行时间较长的一条重要的配网线路，线路长度为106km，根据历史数据统计，该条线路遭受雷击频繁，经常出现雷击断线、绝缘子闪络、线路跳闸等故障，仅2017年因雷击绝缘线路断线就有8次，属于重雷害线路，严重影响了该线路的安全供电可行性，造成了严重的直接和间接经济损失。
        2018年该供电局针对该线路进行防雷改造工作，沿线安装了无工频续流放电间隙装置共129组，由于装置的放电间隙靠支撑绝缘子固定，无需现场调节，且装置无任何离散零件，无需另外打孔和增加附件，因此其安装非常简单方便。
        线路发生雷击断线等事故大大减少，且产品运行情况良好。装置安装前后线路发生故障情况的对比统计数据如表1所示。可以看出装置安装前每年的雷击断线次数为8、9次，安装了无工频续流放电间隙装置之后，雷击跳闸次数降为每年2次，线路断线次数降为1次，供电线路的安全可靠性得到了极大的提升。
        参考文献:
        [1]丘忠.10kV线路雷击破坏及综合防雷措施探讨[J].电子测试,2014(24):95-96+66.
        [2]王荣彬.输电线路防雷接地措施的重要性及改进方法分析[J].山东工业技术，2017（24）：171.