摘要：矿山企业多数坐落在偏远的山区里面，通过10kV中压配电网输送生产动力能源，雷雨季节沿线经常会受到雷电侵袭；尤其在发生雷电击断线、电力设备损坏等情况时，对于矿山井下一级负荷容易造成雷电引起的事故。为了提高供电可靠性和避免经济损失，矿山的输电线路防雷技术应用是确保电网安全的可靠依据，依靠先进技术的应用和技术改造，采用技术上先进与经济上合理的综合防雷技术措施有效地防止雷击事故发生。
关键词：10kV配电线路、矿山防雷技术、雷电过电压
1、概况
中国黄金集团江西金山矿业有限公司位于江西德兴花桥镇，矿区紧邻江西铜业，四面环山，雷暴日数达到了78d/a。我公司拥有35kV总降压变电站一座，35kV工作电源和10kV备用电源均通过架空线路引至花桥镇110kV变电站；35kV侧为单母接线、10kV侧为单母分段接线，内设16000kVA主变和6300kVA冷备用变。总降压站将10kV电能分配给各10kV车间变电所，为保证一级负荷用电的可靠性，湾家坞矿、朱林西矿、雷高雾矿均采用不同母线段的双回路放射式接线，选矿生产采用单回路放射式接线。10kV及以上架空线路长度约有34公里，线路处于山区地形剧变、峰高谷深、山恋起伏。夏季雷电由于架空线路暴露在山区旷野，遭遇雷击的几率极大，对输配电设备的安全运行和运行维护都是考验，所以通过技术改造和应用对加强线路防雷保护尤为重要。
2、雷击危害产生的原因
雷电是一种自然现象，云中的电荷，在云的上部以正电荷为主，下部以负电荷为主，这样在云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后，就会产生放电。带有电荷的雷云与地面的突起物接近时，它们之间就发生激烈的放电。放电的电压可高达百万伏特，电流几十万安培，在0.03~0.05秒的放电时间内将云雨储存的巨大能量对大地瞬间释放的过程。能量释放的过程中伴随着强大的机械破坏效应和雷电过电压或大气过电压，可能造成电力系统内的电气设备损坏，使电力系统长时间停电。
只有理解雷电对于电力系统的危害原理才能提出对策。当电力设备在遭遇雷电波入侵之后，电压可以达到几十万伏，雷电波形发生正逆变化电压时，会使电力变压器、高压开关等电力设备等出现绝缘击穿的现象。雷电流穿入电杆、塔顶导线、避雷线等将电力设施发生扭曲或变形，甚至引发爆炸。
目前输电架空线路主要有裸导线和绝缘导线两种形式，他们遭受雷击后果也不一样：当雷击裸导线时，线路会发生线路的闪络，当出现工频续流引起的电弧产生较大的电磁力，使电弧向导线落雷点的两侧迅速流动，不容易在导线上形成局部高温烧断导线，在雷电流经过避雷器迅速流入大地或在电流烧断导线之前保护断路器瞬间跳闸。采用线路的绝缘化减少了接地故障，也出现了新的问题。当绝缘线路遭受到雷击时，容易发生架空线断线事故。绝缘导线当遭受到雷击时，雷电过电压引起绝缘子闪络，进而击穿导线绝缘层，在击穿点附近由于存在较大厚度的绝缘层，从而阻碍了电弧沿着导线表面向两侧移动，因此电弧只能在击穿点燃烧，这样数千安培的电流集中在绝缘击穿点上燃烧产生形成5000多度的高温，容易出现导线熔断了。
3、架空输电线路雷害的预防原则
架空输电线路雷害的事故形成通常要经历这样的四个阶段；输电线路受到雷过电压的作用；输电线路发生闪路；输电线路从冲击闪路转变为稳定的工频电压；线路跳闸；供电中断。根据这个特征一般设4道拦截原则：不绕击、绝缘子闪络、不形成稳定的燃烧电弧、不停电。
允许一小部分雷击引起绝缘子闪络，通过减少建弧率和重合闸的办法，用以减少停电次数。
4、架空输电线路防雷的技术措施
（1）在导线上方架设避雷线。我公司35kV进线架空线沿线架设了复合地线避雷线，既能起到防雷保护作用又能通信，还可以当做地线遮住输电线路，使雷电只落在避雷线上。同时还具有分流作用（减小流经杆塔的雷电流）、减小线路绝缘子的电压、降低导线上的感应过电压。为了提高屏蔽效果、减小绕击率，避雷线保护角应取小些，建议20°~30°，避雷线需对地绝缘。为了使避雷线保护作用充分发挥，每基杆塔均重复接地，并且每年我们都会对线路的接地极进行降阻。
对于大跨越的10kV朱林西风井线，两座山顶杆塔的最大跨度有400米，导线落差60米，通过采用架设耦合地线的方式，耦合地线可以使避雷线和导线之间的耦合系数增大，并使流经杆塔的雷电流分流两侧，从而提高线路的耐雷水平、降低杆塔高度和减少绕击率。
（2）高地的杆塔上安装避雷针。10kV备用花金线由于建设在半山腰上，经常遭到雷击，经过经济技术分析，在杆顶装设避雷针来实现对杆塔的屏蔽作用。避雷针是明显高出被保护物的金属支柱，它的顶端形成局部场强集中区，使雷电对其放电，将雷电流释放到大地。避雷针具有保护范围大、感应过电压低、绕击率低、放电电流小等优点；但是对于保护区内有弱电设备的区域或人员流动的地区不应采用该技术。
（3）加强架空线路的绝缘。绝缘子性能直接影响线路耐雷水平，特别是山区采用大跨越高杆塔，往往增加了落雷的机会。
当绝缘子发生闪络后，应尽量使它不转化为稳定的电弧；降低建弧率可采取的有效措施是：可在跨越耐张段增加绝缘子片数，加大跨越档导线与大地间的距离，强化和提高线路绝缘、优先使用玻璃绝缘子串、绝缘导线等。
（4）有条件的车间采用电缆代替架空线。出风井是矿山井下通风系统和保证生命安全的重要环节，属于一级负荷。金山公司西风井通过利用联络平巷铺设高压电缆替代山腰架空线，彻底解决了山区雷害停电也检验了该项的可行性。
（5）防止线路中断供电，安装线路避雷器和投入自动重合闸。线路上安装氧化锌避雷器，可以有效地截断工频续流，限制雷电过电压和感应过电压。仔细比选10kV避雷器的参数，线路避雷器推荐选用额定电压为17kV，持续运行电压为13.6kV，抖波冲击电流残压57.6kV，雷电冲击电流残压50kV，操作冲击电流残压42.5kV。大多数情况下避雷器动作后，间歇性接地故障能自动消除。根据实际运行经验表明，将微机继电保护装置的自动重合闸功能投入和避雷器相互配合能大大提高线路供电可靠性。缺点，保护范围小、全线装设投资大、避雷器阀片长期承受工频电压容易老化，绝缘导线需要剥开绝缘层导致线芯老化。解决措施，安装摘挂式避雷器、安装自弹射可拆卸式避雷器、安装线路过电压保护器（相当于带有外间隙的氧化锌避雷器，在运行中平时不承受运行电压，在绝缘缺陷时才开始起作用）。
（6）采用中性点非有效接地方式。我国35kV以下电力系统采用非有效接地方式，这样可轻易地消除雷击引起单相接地故障不致跳闸。而当两相、三相落雷时先闪络相相当于地线，间接地提高了耐雷水平，所以杆塔接地必须良好。
（7）减小档距。根据相关资料统计表明，线路档距和杆塔接地电阻直接决定线路的跳闸次数，跳闸次数与档距长度和电阻高成正比例关系。在新建设的线路中选线、勘现场尽量优化参数和利用地理条件。
5、10kV输电线路防雷的技术论证
5.1设计规程相关规定：
根据DL/T620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》标准中的公式分别计算杆塔高度、冲击电阻、绝缘子串耐受电压和架设耦合地线对耐雷水平及雷击跳闸率的影响。了解地理、气象及线路运行等方面的情况，计算出线路的耐雷水平，计算出线路的雷电过电压，最后研究可行的、工作量和经济效益最优的措施，进而提出改造方案。
5.2技术性能方面论证：
5.2.1 避雷器防雷的计算。雷击杆塔时杆塔的电位值：Ut=Ia*Rd+I.di/dt 式中，Ia-雷电流；Rd-接地电阻；I.di/dt暂态分量。当杆塔电位Ut与导线上感应的电位U1差值超过绝缘子串50%的放电电压是，将发生杆塔至导线的闪络。所以线路绝缘子的50%放电电压、雷电流强度和杆塔的接地电阻是影响线路耐雷水平的重要因素。
5.2.2输电线路的感应电压计算：1）、无避雷线、雷击点水平距＞65米时，Ui1=25*Ia*Hc/65；2）、有避雷线时Ui2=Ui1*Hs/Hc；Ia-雷电流，Hc-导线对地高度，Hs-避雷线对地高度。3）、杆塔雷击时感应过电压Ui3=Hc*Ia/2.6=Ia(1-k)/2.6;
5.2.3 输电线路直接雷过电压计算。1）、无避雷线的雷击导线，Ua=100Ia，耐雷水平In=Ui50%/100，当过电压超过绝缘电压就发生闪络。2）、有避雷线时分为两种情况，一种为绕击导线，一种是雷击避雷线，Ua=Ia/2La。
3、结语
输配电线路防雷是一个系统工程，需要从技术、实际现场和成熟的产品等多方面去考虑，并采取综合的治理措施，不断强化输电线路防雷措施的设计、防雷设备的选型、产品采购、安装施工、运行维护全过程的管理,才能有效地防止雷害事故, 减少雷击跳闸率，提高电网的安全运行水平。同时加强线路的运行维护和做好防雷技术管理工作，并将防雷与技术改造工作结合起来进行，对老旧线路要投入相当的资金进行大修改造，避免线路运行年久、设备老化而降低其耐雷水平。只要认真总结思考,苦练内功,强化管理,不断增强企业抵御各种灾害和风险的能力,就能促进公司又好又快发展。
4、参考文献
[1]电气工程师手册.北京：机械工业出版社.
[2]DL/T?620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》；
[3]DL/T621-1997《交流电气装置的接地》；
[4]国电公司.电力工程高压送电线路设计手册[M].中国电力出版社，2003.