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摘要：感应雷过电压是引起供电中断的重要原因之一，虽然感应雷过电压小于直击雷过电压，但其发生频率高，更应给予重视。文章结合广州工程实例，对配电网线路感应雷防护的应用进行了探讨。
关键词：10 kV配电网；感应雷；防护措施
中图分类号：TM862文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）24－0013－02
随着地区经济的发展，人们对电能的依赖越来越强，对供电可靠性的要求越来越高。配电网是直接向广大电力用户分配电能的网络，因而配电网的安全和供电可靠性越来越受到重视。配电网络由于其网络结构复杂且电网的绝缘水平较低，不但直击雷能造成雷害事故，且感应雷也能造成较大的危害。据统计，在6～35 kV电压等级的电网中，雷击跳闸率居高不下，且经常有绝缘子、柱上开关、刀闸、避雷器、变压器、套管等设备在雷电活动时损坏，有些变电所在雷电活动强烈时，所有10 kV线路全部跳闸。另外，配电网络一般没有避雷线保护，且线路绝缘水平较低，再加上有如蜘蛛网状的网络结构，雷电很容易对其造成较大的危害。
1工程概况
萝岗区九佛镇位于广州市的东北部，位于平原和山区的交错地带；全镇电力供应充足，城乡发展迅速，随着九佛镇经济的高速发展，要求电力工作者必须为各行业提供充分的电力保障；但由于九佛地处平原与山区交错地带，配网线路沿着山路敷设，雷电活动频繁，尤其是配电线路发生故障的现象更为严重。同时，由于九佛镇电网线路的特殊性，为众多重要单位供电的多数是10 kV线路，配电网线路未架设避雷线，线路防雷措施明显薄弱，因此目前的线路防雷措施已不能满足安全可靠运行的要求。据近几年的运行数据表明，因雷击配电网线路造成的电力系统运行事故屡有发生，严重影响九佛镇供电部门的安全生产。为此有必要针对性地分析九佛镇配电网雷害事故频发的原因，找出其配电网在防雷措施和防雷设备上存在的缺陷和不足，并找出改进和完善措施。
2现场调研
广州地处南亚热带，气候属南亚热带典型的季风海洋性气候，年雷暴日达87 d，属强雷区，而萝岗九龙地处广州郊外山区，九龙供电所F12佛虎线大都分布在山坡或水田边，周围很空旷，该线路系电力系统中公里数较长且与用户关联最为密切的电压等级线路。目前九佛10 kV输电线路主要采用架空裸导线方式，不设避雷线，沿线地形复杂，土壤电阻率变化大，很容易受雷，输电线路受雷击后，会产生冲击波沿输电线路传输，在输电线路周围产生瞬变高电场，由于电场的作用使电介质中的某些带电质点积聚的数量和移动的速度达到一定程度时，使电介质（瓷瓶）失去了绝缘的性能，形成导电通道。瓷瓶所遭受的雷电击穿又可分为直接击穿和间接击穿。直接击穿是指瓷瓶在受到雷电流作用后，形成导电通道，完全失去绝缘的性能；间接击穿是指在受到雷电流作用后，电介质中的某些质点的排列结构受到一定的破坏，但终究还没有形成导电通道。直接击穿和间接击穿的危害都是相当大的：直接击穿会使10 kV线路短路跳闸或单相接地；间接击穿会使瓷瓶受到一定的伤害，但不是立即令瓷瓶完全击穿、使线路跳闸，而是留下事故隐患，引发闪烙事故。
3九佛F12佛虎配网线路防雷分析
3.1部分绝缘子存在缺陷
该线路有部分绝缘子使用P－20型针式绝缘子，而配电线路中绝缘子是决定配电线路绝缘水平的主要设备，但是由于配电线路对运行状态的绝缘子往往没有采用任何监测措施；也没有制订相应的轮修、轮检和轮换制度。且线路投运时间长，从而暴露出来的另一个问题就是线路缺少维护，线路中将会出现大量劣质绝缘子。劣化绝缘子是由于电热老化机理引起的，同瓷绝缘子挂网时间长短有关，在平时正常天气状况下能保持正常运行，但是在出现过电压情况下，就会造成绝缘子内部击穿，从而产生低值或是零值绝缘子，雷击产生的瞬时短路电流严重时可能会引起低值或零值绝缘子的过热爆炸。在临颍地区配电线路的事故中，因绝缘子闪络或爆炸造成的事故占了很大一部分，给当地电网的安全稳定运行造成了不良的影响。
3.210 kV线路中配变、开关的防雷保护措施不完善
通过现场调研，发现其不足之处主要体现在以下几个方面：
3.2.1配电变压器的低压侧防雷保护措施不足
根据我们对F12线路配电变压器的调研情况来看，配电变压器的防雷保护主要集中在高压侧安装避雷器；同时仍存在一部分配电变压器高压侧采用老式阀型避雷器进行保护，有的甚至未采取任何防雷措施。而且高压侧避雷器也缺少相应的运行维护措施，有一部分避雷器出现了老化的情况，根本无法对配电变压器进行有效的保护。
当配电变压器高压侧侵入雷电波，引起避雷器动作时，在接地电阻上流过大量的冲击电流，产生压降，这个压降作用在低压绕组的中性点上，使中性点电位升高，当低压线路比较长时，低压线路相当于波阻抗接地。因此，在中性点电位作用下，低压绕组流过较大的冲击电流，三相绕组中流过的冲击电流方向相同、大小相等，它们产生的磁通在高压绕组中按变压器匝数比感应出数值极高的脉冲电势。三相脉冲电势方向相同、大小相等。由于高压绕组接成星形，且中性点不接地，因此在高压绕组中，虽有脉冲电势，但无冲击电流。冲击电流只在低压组中流通，高压绕组中没有对应的冲击电流来平衡。因此，低压绕组中的冲击电流全部成为激磁电流，产生很大的零序磁通，使高压侧感应很高的电势。由于高压绕组出线端电位受避雷器残压固定，这个感应电势就沿着绕组分布，在中性点幅值最大。因此，中性点绝缘容易击穿。同时，层间和匝间的电位梯度也相应增大，可能在其他部位发生层间和匝间绝缘击穿。这种过电压首先是由高压进波引起的，再由低压电磁感应至高压绕组，通常称之为逆变换。
低压电网主要指0.4 kV电网，根据对九佛地区的调研情况显示，这部分电网没有任何的防雷保护措施，且大部分采用架空线路形式，分布范围广，极易受到感应雷过电压的影响，而且在临颍地区配电变压器的低压侧均未都安装低压避雷器进行保护。当低压线路上产生感应雷过电压时，雷电波沿线路传播遇到配电变压器变压器的线圈电感，因电感中的电流不能突变，雷电波就会产生反射。雷电过电压通过配电变压器低压侧影响到高压侧的过程称为正变化过程。
3.2.2柱上开关的防雷保护措施不完善
随着配电网的发展，为了电网运行方面的需要，线路分段开关和联络开关大量投运，这对保证电网运行方式的灵活性，提高供电的可靠性起了很大的作用，但是由于对柱上开关等设备的防雷保护措施不足，从运行记录中可以看出，当发生雷击故障时，经常有柱上开关、刀闸、避雷器等设备在雷电活动时损坏。
随着线路分段开关和联络开关大量投运，特别是联络开关一般处于断开状态，当断路器一侧线路遭受雷击，雷电波沿线路传播，到开关或刀闸开断处，将发生雷电波的全反射。雷电波在开断的断路器处由于全反射作用幅值形成2倍的过电压，该电压会危及开关或刀闸的绝缘，会使开关内部或外部绝缘发生击穿或闪络。可能造成开关损坏，因此，开关两侧都必须安装避雷器。
3.2.3接地引下线问题较为突出
接地引下线作为设备与接地体之间的连接体，对配电设备的接地起到了重要的作用。但是在对临颍地区的调研中发现，在接地引下线方面存在着以下两方面的问题：①接地引下线规格不统一，在调研过程中发现多种样式的接地引下线，有圆钢、扁铁、钢绞线等。且很多设备的接地引下线连接不规范，存在松散、冗长等缺陷。②接地引下线锈蚀、断裂现象严重，且缺少相应的维护。临颍地区除少数新增设备接地引下线符合标准外，大部分接地引下线受到了严重的腐蚀，甚至有一部分已经断裂，根本无法起到与接地体有效连接的作用。
4九佛10 kV佛虎线配电线路防雷保护措施
4.1在易击杆塔的绝缘子上加装防弧线夹保护装置
配电线路距离长，经过地形复杂，易于遭受雷击。因雷击引起的感应雷过电压，常会造成绝缘子串闪络烧毁，线路跳闸停电、架空绝缘导线断线等事故。据统计，近十年来国内外运行经验表明，配电线路50%以上的事故是由雷害引起的，因此目前大气过电压引起的绝缘闪络已成为线路故障的主要原因。
4.1.1用于配电线路的防雷保护间隙的设计应考虑的问题
首先，雷击线路时，防弧线夹应当能够先于绝缘子串放电，捕捉放电电弧根部引导雷电流入地，从而保护绝缘子串和线路不被烧毁，这是防弧线夹的首要作用。其次，防弧线夹与线路的绝缘配合也应当保证在线路最大操作过电压下不击穿，不降低线路绝缘水平。
4.1.2配电网安装防弧线夹的优点
一是通过防弧线夹的引弧作用把本来沿绝缘子表面燃烧的电弧引到绝缘子旁边的空气燃烧，这样可避免绝缘子长时间爬弧导致绝缘子烧伤。
二是空气间隙的去游离能力强有利于电弧的熄灭，这样可以避免一些瞬时性故障因电弧把绝缘子烧伤而转变为永久性故障，同时有利于架空绝缘导线线路投运重合闸，并可提高重合闸的重合成功率。
三是在采用绝缘架空导线的线路上采用并联保护间隙后，可把雷电过电压造成的击穿放电转向防弧线夹，这样可以避免雷电过电压在绝缘导线的绝缘层击穿，并通过较大的工频续流而造成绝缘导线断线，这样可彻底解决绝缘导线的雷击损伤和雷击断线问题。
采用该方法，对于九佛地区配电网经常发生绝缘子雷击爆炸事故有很好的防护效果。通过大量的实验室试验，得到了九佛10 kV佛虎线路不同型号绝缘子加装防弧线夹保护装置所需的间隙距离，见表1。
表1九佛10 kV配电线路绝缘子并联保护装置的间隙距离
绝缘子型号 保护装置的间隙距离 / mm
P－20针式瓷瓶 155
SC－185瓷横担 210
4.2替换原有P20针式瓷瓶，改装防雷支柱绝缘子
防雷支柱绝缘子是新型组合式结构的二合一防雷支柱绝缘子，其防雷绝缘子有很好的绝缘性能和防污秽水平，可适用于10 kV架空电力线路中绝缘和支持导线用，而且还具有防止10 kV架空绝缘导线雷击断线的保护功能。本产品还具有穿刺通电功能，安装施工极为方便可靠，不需剥开绝缘层可避免线芯进水和腐蚀，同时也极大地减轻了操作人员的劳动强度。由于把支柱绝缘子和防弧金具合二为一，不受环网供电负荷侧（背离电源侧）影响，更使线路简洁美观并极大地降低了造价。本产品性能可靠、投资少、收效大，为防止架空绝缘导线雷击断线提供了一条经济有效的途径，本产品分穿刺式和非穿刺式（剥除绝缘层）两种，其主要由绝缘护罩、夹线铝合金金具、复合绝缘子、引弧棒和下钢脚等组成。
5结束语
文章就九佛地区配电网防雷方面的问题进行了研究，提出了针对性的解决方案。在对九佛地区配电网事故的发生进行了规律性的统计后发现影响配电网的雷电过电压主要是感应雷过电压。
参考文献
1 李景禄.现代防雷技术［M］.北京：中国水利水电出版社，2009
2 虞昊.现代防雷技术基础（第二版）［M］.北京：清华大学出版社，2005
3 陈维江等.10 kV架空绝缘导线防雷击断线用防弧金具的试验研究［J］.电网技术，2002
Line Distribution Network Application of Lightning Protection
Wen Shengke
Abstract: Lightning over－voltage power supply interruption is caused by one of the important reasons, though less than the direct lightning stroke lightning over－voltage over－voltage, but its frequency is high, more attention should be given. In combination with Guangzhou Project, the distribution network line lightning protection applications are discussed.
Key words: 10 kV distribution network; lightning; protective measures
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”
关键词：10 kV配电网；感应雷；防护措施
中图分类号：TM862文献标识码：A 文章编号：1000－8136（2011）24－0013－02
随着地区经济的发展，人们对电能的依赖越来越强，对供电可靠性的要求越来越高。配电网是直接向广大电力用户分配电能的网络，因而配电网的安全和供电可靠性越来越受到重视。配电网络由于其网络结构复杂且电网的绝缘水平较低，不但直击雷能造成雷害事故，且感应雷也能造成较大的危害。据统计，在6～35 kV电压等级的电网中，雷击跳闸率居高不下，且经常有绝缘子、柱上开关、刀闸、避雷器、变压器、套管等设备在雷电活动时损坏，有些变电所在雷电活动强烈时，所有10 kV线路全部跳闸。另外，配电网络一般没有避雷线保护，且线路绝缘水平较低，再加上有如蜘蛛网状的网络结构，雷电很容易对其造成较大的危害。
1工程概况
萝岗区九佛镇位于广州市的东北部，位于平原和山区的交错地带；全镇电力供应充足，城乡发展迅速，随着九佛镇经济的高速发展，要求电力工作者必须为各行业提供充分的电力保障；但由于九佛地处平原与山区交错地带，配网线路沿着山路敷设，雷电活动频繁，尤其是配电线路发生故障的现象更为严重。同时，由于九佛镇电网线路的特殊性，为众多重要单位供电的多数是10 kV线路，配电网线路未架设避雷线，线路防雷措施明显薄弱，因此目前的线路防雷措施已不能满足安全可靠运行的要求。据近几年的运行数据表明，因雷击配电网线路造成的电力系统运行事故屡有发生，严重影响九佛镇供电部门的安全生产。为此有必要针对性地分析九佛镇配电网雷害事故频发的原因，找出其配电网在防雷措施和防雷设备上存在的缺陷和不足，并找出改进和完善措施。
2现场调研
广州地处南亚热带，气候属南亚热带典型的季风海洋性气候，年雷暴日达87 d，属强雷区，而萝岗九龙地处广州郊外山区，九龙供电所F12佛虎线大都分布在山坡或水田边，周围很空旷，该线路系电力系统中公里数较长且与用户关联最为密切的电压等级线路。目前九佛10 kV输电线路主要采用架空裸导线方式，不设避雷线，沿线地形复杂，土壤电阻率变化大，很容易受雷，输电线路受雷击后，会产生冲击波沿输电线路传输，在输电线路周围产生瞬变高电场，由于电场的作用使电介质中的某些带电质点积聚的数量和移动的速度达到一定程度时，使电介质（瓷瓶）失去了绝缘的性能，形成导电通道。瓷瓶所遭受的雷电击穿又可分为直接击穿和间接击穿。直接击穿是指瓷瓶在受到雷电流作用后，形成导电通道，完全失去绝缘的性能；间接击穿是指在受到雷电流作用后，电介质中的某些质点的排列结构受到一定的破坏，但终究还没有形成导电通道。直接击穿和间接击穿的危害都是相当大的：直接击穿会使10 kV线路短路跳闸或单相接地；间接击穿会使瓷瓶受到一定的伤害，但不是立即令瓷瓶完全击穿、使线路跳闸，而是留下事故隐患，引发闪烙事故。
3九佛F12佛虎配网线路防雷分析
3.1部分绝缘子存在缺陷
该线路有部分绝缘子使用P－20型针式绝缘子，而配电线路中绝缘子是决定配电线路绝缘水平的主要设备，但是由于配电线路对运行状态的绝缘子往往没有采用任何监测措施；也没有制订相应的轮修、轮检和轮换制度。且线路投运时间长，从而暴露出来的另一个问题就是线路缺少维护，线路中将会出现大量劣质绝缘子。劣化绝缘子是由于电热老化机理引起的，同瓷绝缘子挂网时间长短有关，在平时正常天气状况下能保持正常运行，但是在出现过电压情况下，就会造成绝缘子内部击穿，从而产生低值或是零值绝缘子，雷击产生的瞬时短路电流严重时可能会引起低值或零值绝缘子的过热爆炸。在临颍地区配电线路的事故中，因绝缘子闪络或爆炸造成的事故占了很大一部分，给当地电网的安全稳定运行造成了不良的影响。
3.210 kV线路中配变、开关的防雷保护措施不完善
通过现场调研，发现其不足之处主要体现在以下几个方面：
3.2.1配电变压器的低压侧防雷保护措施不足
根据我们对F12线路配电变压器的调研情况来看，配电变压器的防雷保护主要集中在高压侧安装避雷器；同时仍存在一部分配电变压器高压侧采用老式阀型避雷器进行保护，有的甚至未采取任何防雷措施。而且高压侧避雷器也缺少相应的运行维护措施，有一部分避雷器出现了老化的情况，根本无法对配电变压器进行有效的保护。
当配电变压器高压侧侵入雷电波，引起避雷器动作时，在接地电阻上流过大量的冲击电流，产生压降，这个压降作用在低压绕组的中性点上，使中性点电位升高，当低压线路比较长时，低压线路相当于波阻抗接地。因此，在中性点电位作用下，低压绕组流过较大的冲击电流，三相绕组中流过的冲击电流方向相同、大小相等，它们产生的磁通在高压绕组中按变压器匝数比感应出数值极高的脉冲电势。三相脉冲电势方向相同、大小相等。由于高压绕组接成星形，且中性点不接地，因此在高压绕组中，虽有脉冲电势，但无冲击电流。冲击电流只在低压组中流通，高压绕组中没有对应的冲击电流来平衡。因此，低压绕组中的冲击电流全部成为激磁电流，产生很大的零序磁通，使高压侧感应很高的电势。由于高压绕组出线端电位受避雷器残压固定，这个感应电势就沿着绕组分布，在中性点幅值最大。因此，中性点绝缘容易击穿。同时，层间和匝间的电位梯度也相应增大，可能在其他部位发生层间和匝间绝缘击穿。这种过电压首先是由高压进波引起的，再由低压电磁感应至高压绕组，通常称之为逆变换。
低压电网主要指0.4 kV电网，根据对九佛地区的调研情况显示，这部分电网没有任何的防雷保护措施，且大部分采用架空线路形式，分布范围广，极易受到感应雷过电压的影响，而且在临颍地区配电变压器的低压侧均未都安装低压避雷器进行保护。当低压线路上产生感应雷过电压时，雷电波沿线路传播遇到配电变压器变压器的线圈电感，因电感中的电流不能突变，雷电波就会产生反射。雷电过电压通过配电变压器低压侧影响到高压侧的过程称为正变化过程。
3.2.2柱上开关的防雷保护措施不完善
随着配电网的发展，为了电网运行方面的需要，线路分段开关和联络开关大量投运，这对保证电网运行方式的灵活性，提高供电的可靠性起了很大的作用，但是由于对柱上开关等设备的防雷保护措施不足，从运行记录中可以看出，当发生雷击故障时，经常有柱上开关、刀闸、避雷器等设备在雷电活动时损坏。
随着线路分段开关和联络开关大量投运，特别是联络开关一般处于断开状态，当断路器一侧线路遭受雷击，雷电波沿线路传播，到开关或刀闸开断处，将发生雷电波的全反射。雷电波在开断的断路器处由于全反射作用幅值形成2倍的过电压，该电压会危及开关或刀闸的绝缘，会使开关内部或外部绝缘发生击穿或闪络。可能造成开关损坏，因此，开关两侧都必须安装避雷器。
3.2.3接地引下线问题较为突出
接地引下线作为设备与接地体之间的连接体，对配电设备的接地起到了重要的作用。但是在对临颍地区的调研中发现，在接地引下线方面存在着以下两方面的问题：①接地引下线规格不统一，在调研过程中发现多种样式的接地引下线，有圆钢、扁铁、钢绞线等。且很多设备的接地引下线连接不规范，存在松散、冗长等缺陷。②接地引下线锈蚀、断裂现象严重，且缺少相应的维护。临颍地区除少数新增设备接地引下线符合标准外，大部分接地引下线受到了严重的腐蚀，甚至有一部分已经断裂，根本无法起到与接地体有效连接的作用。
4九佛10 kV佛虎线配电线路防雷保护措施
4.1在易击杆塔的绝缘子上加装防弧线夹保护装置
配电线路距离长，经过地形复杂，易于遭受雷击。因雷击引起的感应雷过电压，常会造成绝缘子串闪络烧毁，线路跳闸停电、架空绝缘导线断线等事故。据统计，近十年来国内外运行经验表明，配电线路50%以上的事故是由雷害引起的，因此目前大气过电压引起的绝缘闪络已成为线路故障的主要原因。
4.1.1用于配电线路的防雷保护间隙的设计应考虑的问题
首先，雷击线路时，防弧线夹应当能够先于绝缘子串放电，捕捉放电电弧根部引导雷电流入地，从而保护绝缘子串和线路不被烧毁，这是防弧线夹的首要作用。其次，防弧线夹与线路的绝缘配合也应当保证在线路最大操作过电压下不击穿，不降低线路绝缘水平。
4.1.2配电网安装防弧线夹的优点
一是通过防弧线夹的引弧作用把本来沿绝缘子表面燃烧的电弧引到绝缘子旁边的空气燃烧，这样可避免绝缘子长时间爬弧导致绝缘子烧伤。
二是空气间隙的去游离能力强有利于电弧的熄灭，这样可以避免一些瞬时性故障因电弧把绝缘子烧伤而转变为永久性故障，同时有利于架空绝缘导线线路投运重合闸，并可提高重合闸的重合成功率。
三是在采用绝缘架空导线的线路上采用并联保护间隙后，可把雷电过电压造成的击穿放电转向防弧线夹，这样可以避免雷电过电压在绝缘导线的绝缘层击穿，并通过较大的工频续流而造成绝缘导线断线，这样可彻底解决绝缘导线的雷击损伤和雷击断线问题。
采用该方法，对于九佛地区配电网经常发生绝缘子雷击爆炸事故有很好的防护效果。通过大量的实验室试验，得到了九佛10 kV佛虎线路不同型号绝缘子加装防弧线夹保护装置所需的间隙距离，见表1。
表1九佛10 kV配电线路绝缘子并联保护装置的间隙距离
绝缘子型号 保护装置的间隙距离 / mm
P－20针式瓷瓶 155
SC－185瓷横担 210
4.2替换原有P20针式瓷瓶，改装防雷支柱绝缘子
防雷支柱绝缘子是新型组合式结构的二合一防雷支柱绝缘子，其防雷绝缘子有很好的绝缘性能和防污秽水平，可适用于10 kV架空电力线路中绝缘和支持导线用，而且还具有防止10 kV架空绝缘导线雷击断线的保护功能。本产品还具有穿刺通电功能，安装施工极为方便可靠，不需剥开绝缘层可避免线芯进水和腐蚀，同时也极大地减轻了操作人员的劳动强度。由于把支柱绝缘子和防弧金具合二为一，不受环网供电负荷侧（背离电源侧）影响，更使线路简洁美观并极大地降低了造价。本产品性能可靠、投资少、收效大，为防止架空绝缘导线雷击断线提供了一条经济有效的途径，本产品分穿刺式和非穿刺式（剥除绝缘层）两种，其主要由绝缘护罩、夹线铝合金金具、复合绝缘子、引弧棒和下钢脚等组成。
5结束语
文章就九佛地区配电网防雷方面的问题进行了研究，提出了针对性的解决方案。在对九佛地区配电网事故的发生进行了规律性的统计后发现影响配电网的雷电过电压主要是感应雷过电压。
参考文献
1 李景禄.现代防雷技术［M］.北京：中国水利水电出版社，2009
2 虞昊.现代防雷技术基础（第二版）［M］.北京：清华大学出版社，2005
3 陈维江等.10 kV架空绝缘导线防雷击断线用防弧金具的试验研究［J］.电网技术，2002
Line Distribution Network Application of Lightning Protection
Wen Shengke
Abstract: Lightning over－voltage power supply interruption is caused by one of the important reasons, though less than the direct lightning stroke lightning over－voltage over－voltage, but its frequency is high, more attention should be given. In combination with Guangzhou Project, the distribution network line lightning protection applications are discussed.
Key words: 10 kV distribution network; lightning; protective measures
“本文中所涉及到的图表、公式、注解等请以PDF格式阅读”