论文部分内容阅读
摘 要：文章阐述了10kV配电网绝缘架空线路的雷击原因，并提出了具体的线路防雷措施，从而提高10kV配电网安全运行水平。
关键词：10kV配电网 绝缘导线 雷电危害 防雷措施
0 前言
广东省肇庆高要地区的配电网架空线路大部分位于山区与丘陵地带，山峦起伏，所处地区雷电活动相对强烈，线路雷击跳闸是整个电网跳闸的重要原因，经常占到跳闸总数的80%～90%，且由于线路大多处于山上，降低雷击跳闸率对于日常线路设备的运行维护人员来说将大大降低劳动强度，在经济效益上更是难以估量。因此，寻求更有效的线路防雷保护措施，一直是电力工作者关注的课题。
1 架空绝缘导线雷击事故原因分析
（1）直击雷电流通过地表突出物的电阻入地散流。假如地电阻为10 Ω，一个30kA的雷电流将会使地网电位上升至300kV。直击雷放电的能量通过电磁感应和静电感应方式向四周辐射，导致设备过电压放电，这就是感应雷。所以，感应雷危害是大面积的，而且对一个电气设备来说，比直击雷更常遇到。
有资料计算表明，当雷击电流为30kA，雷云高度为3km，导线高度为10m，击中距末端匹配的500m长架空线路中点100m处地面时，线路上感应电压为150kV幅值的振荡波。此波为电磁感应和静电感应共同作用的结果。
感应过电压的幅值Ug与雷电主放电电流的幅值I成正比，与雷击地面点至导线间距离S成反比，感应过电压的大小也与导线距地面的高度有关。导线距地面越近，感应过电压值越小，这是因为导线对地电容与其距离成反比，距离大，电容小。
感应雷过电压的幅值可达300-400kV，足以使60-80cm空气间隙击穿，或使3个X-4.5型悬式绝缘子闪络。目前根据标准制造的10kV架空绝缘导线，在一般情况下其冲击电压耐受水平为93.8kV，故雷击过电压对35kV及以下线路都会引起闪络。
当雷电发生，架空绝缘导线有雷电过电压闪络，瞬间电弧电流很大，但时间短，会把绝缘导线的绝缘层击穿而暂时不会断导线；但是在两相或三相之间的闪络形成金属性短路通道，就会引起数千安培工频续流，电弧瞬间能量骤增，由于绝缘层对电弧形成屏障，使电弧移动缓慢，工频电弧集中在绝缘层的破坏点，使绝缘导线的电弧部分被固定，产生高温，继而烧断绝缘导线。雷击后两相或三相导线同时烧断的事故也时有发生。而从前使用裸导线，反而没有频繁出现雷电击断导线，是因为发生由雷电引起的过电压闪络，产生工频续流时，电弧在电磁力的作用下，沿着裸导线移动，不致于集中在导线固定部位造成断线。
（2）由于农网线路改造，普遍使用架空绝缘导线。但是，大部分的防雷措施与原来的裸导线并没有明显变化。主要原因是，裸导线加装避雷器非常方便，基本上容易雷击的地方都进行了加装；而采用了绝缘线之后，只能在配电变压器以及联络断路器两侧隔离开关处安装避雷器，无其他裸露部分，不剥离绝缘层也不能安装避雷器，因此，降低了避雷能力。绝缘线的雷击事故基本上都发生在比较空旷的地区。主要原因是：城区建筑物等有屏蔽作用，降低了线路遭雷击的几率，约占总量的10%，而在线路附近发生雷云对地放电，产生感应过电压占到了90%以上，断线部分大多数为绝缘线固定处。主要原因是，架空线路遭雷击产生闪络现象。在很短的时间内产生很大的电弧电流，引起绝缘层的击穿但不会烧断导线。烧断导线的真正原因是雷击后造成相间短路所产生的数千安培工频续流。但是对于架空裸导线来说，工频续流电弧会沿导线向负荷侧传递，而不是集中在某点，所以很少发生导线烧断；采用绝缘导线的线路，会引起工频续流电弧集中并击穿，无法进行传递，导致导线烧断。
（3）一般在配变上都会安装氧化锌避雷器，但在一些线路比较长的10kV架空线路上，并没有安装线路型氧化锌避雷器。以前10kV线路的连接器一般都是采用并沟线夹进行连接的，有些甚至连并沟线夹都不使用，而直接进行缠绕接线。
2 10kV配电网线路防雷措施
（1）安装接地避雷线，进行屏蔽，避雷线将雷云对地放电，引向自身并泄放到大地，防止线路免遭直接雷击。此外，一旦线路遭受雷电绕击时，避雷线还会起分流耦合和屏蔽作用，使线路所受的冲击波降低。避雷线可使电力线路上的雷电流减少近一半，同时它的屏蔽效应，还可以降低电力线路上的雷电感应电压，减少架空线路和设备受损机率。
（2）安装线路避雷器，在输电线路中使用线路避雷器取得了较好的防雷效果。借鉴于此，可以在配电线路中使用该方法，使用避雷器后，对架空绝缘线路形成有效的保护。由于无间隙避雷器长期承受工频电压，还要间歇地承受雷电过电压及工频续流，避雷器容易老化，所以避雷器故障很多，影响配电线路的供电可靠性。因此，在配电线路中可选用免维护氧化锌避雷器，对配电线路中的易击段进行有选择的安装，安装处除线路中的易击段外还应在相应的配电设备（配电变压器、柱上开关等）进行安装，对配电线路进行全面的保护。
（3）在配变的3-10kV侧要装设金属氧化物避雷器或者是阀型避雷器进行防雷保护。如遇特别情况，可采用两相阀型避雷器与一相间隙保护或者是两相间隙保护进行结合防护，当中的阀型避雷器可以用管型避雷器进行代替。保护设备的安装要尽量靠近变压器，这是为了防止残压损坏变压器绝缘。
当雷电流流过接地电阻时很容易产生压降，并且当其与避雷器的残压共同作用在变压器的绝缘上，为了避免这一情况的发生，避雷器的接地线与变压器铁壳连在一起进行接地，只有阀型避雷器的残压作用于变压器高压侧主绝缘上。但是，这种情况下的接地体以及接地引下线上的压降，会极大的提高变压器铁壳电位，很容易引起铁壳向低压侧逆向放电。因此，必须将低压侧的中性点与变压器的铁壳进行连接。这样会使低压侧电位同时也被抬高，铁壳和低压侧之间就不容易发生闪络现象。但是，这种方法有个缺点，在高压侧雷击可能传递到低压侧的用户中去，对用户安全产生影响，所以，可采用加强用户的防雷措施来进行预防。
（4）加强对线路中柱上负荷开关的防雷，对于10kV户外柱上开关，都要进行基本的避雷保护，也可以采用间隙保护的方法。線路中的户外柱上开关等具有常断路运行及带电的特点，所以，要特别注意其带电侧的避雷保护，要对开关的金属外壳进行接地处理，并且接地电阻应控制在10Ω以内。这是由于，柱上油开关或者是隔离开关等经常开路运行并且带有电压，当其任一线路发生雷击时，受到雷电波的反向作用导致电压急剧上升，从而引起绝缘闪络击穿。
（5）提高线路绝缘水平，由于感应雷过电压的幅值要小于直击雷过电压的幅值，但是幅值的范围变化较大，主要与雷云活动与放电的形式有关。当雷云活动比较靠近配电线路且发生云对地放电时，感应雷过电压幅值较大，容易对配电线路造成影响，造成绝缘击穿；而当雷云活动离配电线路比较远，且发生云对云放电时，发生感应雷过电压幅值比较小，对配电线路的影响小，不会影响到配电线路的运行。感应雷过电压主要是针对架空线路起作用，虽然在配电网中现已大量使用架空绝缘线路，能小幅度的提高配电线路的绝缘水平，但是架空绝缘导线主要是针对是竖相矛盾等问题，就防雷的角度而言无法起到决定性作用，因此，需要更换冲击U50%放电电压较高的绝缘子，以提高配电线路的绝缘水平，提高配电线路的耐雷水平。
3 结束语
从上文而知，我们应根据地形实际情况，选用质量相对可靠的电气及防雷设备，认真执行等电位原则，建设好可靠的公用接地网，要对防雷措施进行综合性的考虑，只有这样，才能尽可能的减少雷击对线路及设备造成的损害。
关键词：10kV配电网 绝缘导线 雷电危害 防雷措施
0 前言
广东省肇庆高要地区的配电网架空线路大部分位于山区与丘陵地带，山峦起伏，所处地区雷电活动相对强烈，线路雷击跳闸是整个电网跳闸的重要原因，经常占到跳闸总数的80%～90%，且由于线路大多处于山上，降低雷击跳闸率对于日常线路设备的运行维护人员来说将大大降低劳动强度，在经济效益上更是难以估量。因此，寻求更有效的线路防雷保护措施，一直是电力工作者关注的课题。
1 架空绝缘导线雷击事故原因分析
（1）直击雷电流通过地表突出物的电阻入地散流。假如地电阻为10 Ω，一个30kA的雷电流将会使地网电位上升至300kV。直击雷放电的能量通过电磁感应和静电感应方式向四周辐射，导致设备过电压放电，这就是感应雷。所以，感应雷危害是大面积的，而且对一个电气设备来说，比直击雷更常遇到。
有资料计算表明，当雷击电流为30kA，雷云高度为3km，导线高度为10m，击中距末端匹配的500m长架空线路中点100m处地面时，线路上感应电压为150kV幅值的振荡波。此波为电磁感应和静电感应共同作用的结果。
感应过电压的幅值Ug与雷电主放电电流的幅值I成正比，与雷击地面点至导线间距离S成反比，感应过电压的大小也与导线距地面的高度有关。导线距地面越近，感应过电压值越小，这是因为导线对地电容与其距离成反比，距离大，电容小。
感应雷过电压的幅值可达300-400kV，足以使60-80cm空气间隙击穿，或使3个X-4.5型悬式绝缘子闪络。目前根据标准制造的10kV架空绝缘导线，在一般情况下其冲击电压耐受水平为93.8kV，故雷击过电压对35kV及以下线路都会引起闪络。
当雷电发生，架空绝缘导线有雷电过电压闪络，瞬间电弧电流很大，但时间短，会把绝缘导线的绝缘层击穿而暂时不会断导线；但是在两相或三相之间的闪络形成金属性短路通道，就会引起数千安培工频续流，电弧瞬间能量骤增，由于绝缘层对电弧形成屏障，使电弧移动缓慢，工频电弧集中在绝缘层的破坏点，使绝缘导线的电弧部分被固定，产生高温，继而烧断绝缘导线。雷击后两相或三相导线同时烧断的事故也时有发生。而从前使用裸导线，反而没有频繁出现雷电击断导线，是因为发生由雷电引起的过电压闪络，产生工频续流时，电弧在电磁力的作用下，沿着裸导线移动，不致于集中在导线固定部位造成断线。
（2）由于农网线路改造，普遍使用架空绝缘导线。但是，大部分的防雷措施与原来的裸导线并没有明显变化。主要原因是，裸导线加装避雷器非常方便，基本上容易雷击的地方都进行了加装；而采用了绝缘线之后，只能在配电变压器以及联络断路器两侧隔离开关处安装避雷器，无其他裸露部分，不剥离绝缘层也不能安装避雷器，因此，降低了避雷能力。绝缘线的雷击事故基本上都发生在比较空旷的地区。主要原因是：城区建筑物等有屏蔽作用，降低了线路遭雷击的几率，约占总量的10%，而在线路附近发生雷云对地放电，产生感应过电压占到了90%以上，断线部分大多数为绝缘线固定处。主要原因是，架空线路遭雷击产生闪络现象。在很短的时间内产生很大的电弧电流，引起绝缘层的击穿但不会烧断导线。烧断导线的真正原因是雷击后造成相间短路所产生的数千安培工频续流。但是对于架空裸导线来说，工频续流电弧会沿导线向负荷侧传递，而不是集中在某点，所以很少发生导线烧断；采用绝缘导线的线路，会引起工频续流电弧集中并击穿，无法进行传递，导致导线烧断。
（3）一般在配变上都会安装氧化锌避雷器，但在一些线路比较长的10kV架空线路上，并没有安装线路型氧化锌避雷器。以前10kV线路的连接器一般都是采用并沟线夹进行连接的，有些甚至连并沟线夹都不使用，而直接进行缠绕接线。
2 10kV配电网线路防雷措施
（1）安装接地避雷线，进行屏蔽，避雷线将雷云对地放电，引向自身并泄放到大地，防止线路免遭直接雷击。此外，一旦线路遭受雷电绕击时，避雷线还会起分流耦合和屏蔽作用，使线路所受的冲击波降低。避雷线可使电力线路上的雷电流减少近一半，同时它的屏蔽效应，还可以降低电力线路上的雷电感应电压，减少架空线路和设备受损机率。
（2）安装线路避雷器，在输电线路中使用线路避雷器取得了较好的防雷效果。借鉴于此，可以在配电线路中使用该方法，使用避雷器后，对架空绝缘线路形成有效的保护。由于无间隙避雷器长期承受工频电压，还要间歇地承受雷电过电压及工频续流，避雷器容易老化，所以避雷器故障很多，影响配电线路的供电可靠性。因此，在配电线路中可选用免维护氧化锌避雷器，对配电线路中的易击段进行有选择的安装，安装处除线路中的易击段外还应在相应的配电设备（配电变压器、柱上开关等）进行安装，对配电线路进行全面的保护。
（3）在配变的3-10kV侧要装设金属氧化物避雷器或者是阀型避雷器进行防雷保护。如遇特别情况，可采用两相阀型避雷器与一相间隙保护或者是两相间隙保护进行结合防护，当中的阀型避雷器可以用管型避雷器进行代替。保护设备的安装要尽量靠近变压器，这是为了防止残压损坏变压器绝缘。
当雷电流流过接地电阻时很容易产生压降，并且当其与避雷器的残压共同作用在变压器的绝缘上，为了避免这一情况的发生，避雷器的接地线与变压器铁壳连在一起进行接地，只有阀型避雷器的残压作用于变压器高压侧主绝缘上。但是，这种情况下的接地体以及接地引下线上的压降，会极大的提高变压器铁壳电位，很容易引起铁壳向低压侧逆向放电。因此，必须将低压侧的中性点与变压器的铁壳进行连接。这样会使低压侧电位同时也被抬高，铁壳和低压侧之间就不容易发生闪络现象。但是，这种方法有个缺点，在高压侧雷击可能传递到低压侧的用户中去，对用户安全产生影响，所以，可采用加强用户的防雷措施来进行预防。
（4）加强对线路中柱上负荷开关的防雷，对于10kV户外柱上开关，都要进行基本的避雷保护，也可以采用间隙保护的方法。線路中的户外柱上开关等具有常断路运行及带电的特点，所以，要特别注意其带电侧的避雷保护，要对开关的金属外壳进行接地处理，并且接地电阻应控制在10Ω以内。这是由于，柱上油开关或者是隔离开关等经常开路运行并且带有电压，当其任一线路发生雷击时，受到雷电波的反向作用导致电压急剧上升，从而引起绝缘闪络击穿。
（5）提高线路绝缘水平，由于感应雷过电压的幅值要小于直击雷过电压的幅值，但是幅值的范围变化较大，主要与雷云活动与放电的形式有关。当雷云活动比较靠近配电线路且发生云对地放电时，感应雷过电压幅值较大，容易对配电线路造成影响，造成绝缘击穿；而当雷云活动离配电线路比较远，且发生云对云放电时，发生感应雷过电压幅值比较小，对配电线路的影响小，不会影响到配电线路的运行。感应雷过电压主要是针对架空线路起作用，虽然在配电网中现已大量使用架空绝缘线路，能小幅度的提高配电线路的绝缘水平，但是架空绝缘导线主要是针对是竖相矛盾等问题，就防雷的角度而言无法起到决定性作用，因此，需要更换冲击U50%放电电压较高的绝缘子，以提高配电线路的绝缘水平，提高配电线路的耐雷水平。
3 结束语
从上文而知，我们应根据地形实际情况，选用质量相对可靠的电气及防雷设备，认真执行等电位原则，建设好可靠的公用接地网，要对防雷措施进行综合性的考虑，只有这样，才能尽可能的减少雷击对线路及设备造成的损害。