论文部分内容阅读
摘 要：10kV配电线路作为山区电力系统向山区用户输电的直接环节，由于绝缘水平低，对雷击事故和过电压防护能力差，容易发生故障。且山区相对于平原，自然条件恶劣，雷电活动频繁，雷击概率大，致使雷击事故成为了故障的主要因素，保障其供电可靠性就更有难度。一旦遭遇雷击，不仅会影响山区人民的生活用电，还将造成设备损坏等经济损失。所以，针对山区配电网的防雷措施的研究，具有重要的意义。
0 引言
10kV配电线路覆盖供电面积大，总线长度大且暴露在野外，遭遇雷击事故概率大，其防护工作对于电力系统和山区用户显得极为重要。国内外长期的配网防雷工作经验显示，防雷工作的核心思想为阻截和疏通。阻截表示提高线路绝缘水平，改善导线排布及绝缘子参数，降低雷击概率，减少闪络。疏通代表遭遇雷击后，尽快的将雷电流泄放，避免导线损坏。
总体来说，选择雷电防护措施要根据地形条件、雷击概率、工作量和投资成本来考虑。有以下几种常用方式：架设避雷线、提高线路绝缘水平、加装各种型号的避雷器、降低杆塔接地电阻、安装防弧金具及几种方式之间的配合。
1 山区雷害分析
就我国山区配电线路目前大多数的情况来说，都存在线路分支多，总长大，改造不完全等问题，设备也大多存在老化现象。
1.1 绝缘水平低
10kV架空配电线路的绝缘水平较低，防雷措施相对单一，因投资防护配置落后，对直击雷的抵抗力极差。当出现感应雷过电压时，又容易出现绝缘子放电闪络。经过表1-1比较，防雷方面与大电压等级的系统相比，存在很多差异造成问题。因此，绝缘水平低直接造成了雷击跳闸事故多发。解决措施有更换绝缘子（换型号、换数量、换塔头横担等组合）、撤换掉裸导线、采用不平衡配置等。
1.2 接地电阻问题
山区的接地电阻远高于平原地区，通常在1000到2000欧米，甚至有更高能达到3000欧米以上的。由于人为因素（盗偷、破坏等）和腐蚀原因，一旦接地装置损坏，线路的绝缘水平会迅速降低，致使雷击跳闸率大幅上升。
1.3 击杆率高
击杆率为雷击杆塔（包括附近线路）次数和雷击线路总次数的比值，通常用g表示。击杆率受环境地形影响较大，因此山区击杆率远高于平原地区，按照架空地线根数不同，击杆率的数值如下表2-2。
2 线路防雷措施的比较分析
2.1无间隙氧化锌避雷器
无间隙的氧化锌避雷器结构简单，仅由避雷器本身、接线金具和引线组成，与传统的阀型避雷器相比，少了空气间隙，带来许多方便之处。其原理是，电阻阀片和被保护设备的伏安特性配合，正常时，避雷器相当于绝缘体，电流仅有10-50微安，可隔离导线与地，当线路遭遇雷电冲击波，过电压能量会使避雷器先于被保护设备放电，避雷器处于工作状态，释放大量能量，在雷电冲击过去后，电阻片提供残压可防止截波。可将避雷器看作是并联在被保护设备两端的放电器，以无间隙避雷器来说，它具有许多优点：（1）无间隙结构，续流无法继续存在。（2）耐污性能好，运行维护方便。（3）动作负载轻，可重复动作性好。（4）造价低，安装简单，便于大量应用。
2.2 带串联间隙的氧化锌避雷器
带串联间隙的氧化锌避雷器分为两种，一种是外串联间隙，一种是内串联间隙，大多数线路采用前者，后者应用较少。其工作机理为，线路正常工作时，空气间隙隔离导线与地，当冲击波来临动作，间隙击穿放电，氧化锌阀片瞬间变为低阻抗状态导通泄放雷电能量，动作后，工频电压会使阀片恢复高阻抗，工频电流受到有效抑制从而无法继续建弧，间隙的绝缘很快恢复。通常，带外串联间隙的避雷器安装在横担与导线或导线的引线上，即并联在绝缘子两端保护绝缘子不发生雷击闪络和损毁。
2.3 设置独立避雷针
在山区的空旷暴露的雷电多发地带，其他防护措施（如限压器）效果不理想时，可以采用独立避雷针来防止直击雷击中杆塔和线路档距中央。独立避雷针要注意安装的地方，通常工程中把它装设于杆塔顶部的上方，并要为它单独安装接地，保证电阻小于10Ω。避雷针之所以效果明显，是因为它相当于引雷器，能有效预防直击雷，让杆塔和绝缘子不受直接打击。但避雷器也有以下缺点：
（1）要注意避雷针与线路之间的距离，避免避雷针对外界二次放电，引起对线路的反击。
（2）需要单独的接地装置，投资成本高。
（3）对于配电线路来说，保护范围小。
3 雷电防护综合措施
3.1 提高线路绝缘水平
绝缘水平低下是10kV配电架空线路雷击故障的主要原因，提高绝缘水平属一次性投资，可大大提高耐雷水平降低跳闸率。配电线路中常用的绝缘子按结构可分为针式绝缘子、悬式绝缘子、柱式绝缘子、棒式绝缘子等类型，按材料又可分为瓷、玻璃及复合绝缘子。改善绝缘可从各类绝缘子的U50%值、老化性能、耐弧性能等着手。
3.2 装设各种型号的避雷器
通常，要在山区线路的易击区、接地电阻过大且难以改善地区的杆塔、大跨越和高杆塔、配电线路分支处的杆塔和距離大面积水域地区近的地方，装设避雷器进行保护。如本章第一节所述，避雷器有各种结构型号，分别适合不同场合和设备的保护。使用避雷器限制过电压宜配合降低接地电阻来降低未安装相的反击概率。
使用避雷器的优点在于价格便宜节约成本且对感应雷过电压有良好的的限制作用，可大大提高线路的防雷综合性能。
3.3 降低接地电阻
接地电阻决定了雷电冲击能量的泄放，降低接地电阻可减小由单相闪络过渡到多相闪络的可能。同时，由于杆塔接地为零电位，线路是工频电压，在遭受雷击杆塔时，塔顶电位瞬间升高，便可对线路绝缘造成反击，对绝缘子危害極大，此时，如果杆塔接地电阻高，则杆塔与线路的电位差就越高，很容易发生绝缘子的闪络、烧毁甚至爆炸。
3.4 架设架空地线
如果接地电阻很难降低，那么可以考虑架设位于导线下方的耦合地线，进行补救。其原理相当于抬高了地面，增强了导线的耦合。耦合地线同杆塔架设，位于导线下方，于各相导线具有耦合作用，可以明显抑制导线上出现感应能量的幅值，从而使落在绝缘子两端的电压降低，可以有效保护绝缘子，降低闪络概率。
参考文献
[1]陈照曦.山区10kV架空配电线路防雷技术的应用与研究[J].低碳世界，2016（30）：79-80.
[2]黄志球.浅谈10kV配电线路防雷保护措施[J].科技与企业，2012（22）：167-168.
[3]廖水川.探析山区10kV架空配电线路防雷技术的应用[J].中国新技术新产品，2015（11）：185.
[4]龙文华.10kV架空线路防雷措施及应用——以深圳坪山配网为例[J].技术与市场，2014（12）：137-139.
[5]罗大强，唐军，许志荣等.10kV架空配电线路防雷措施配置方案分析[J].电瓷避雷器，2012（5）：113-118.
（作者单位：济宁市化工设计院唐山分院）
0 引言
10kV配电线路覆盖供电面积大，总线长度大且暴露在野外，遭遇雷击事故概率大，其防护工作对于电力系统和山区用户显得极为重要。国内外长期的配网防雷工作经验显示，防雷工作的核心思想为阻截和疏通。阻截表示提高线路绝缘水平，改善导线排布及绝缘子参数，降低雷击概率，减少闪络。疏通代表遭遇雷击后，尽快的将雷电流泄放，避免导线损坏。
总体来说，选择雷电防护措施要根据地形条件、雷击概率、工作量和投资成本来考虑。有以下几种常用方式：架设避雷线、提高线路绝缘水平、加装各种型号的避雷器、降低杆塔接地电阻、安装防弧金具及几种方式之间的配合。
1 山区雷害分析
就我国山区配电线路目前大多数的情况来说，都存在线路分支多，总长大，改造不完全等问题，设备也大多存在老化现象。
1.1 绝缘水平低
10kV架空配电线路的绝缘水平较低，防雷措施相对单一，因投资防护配置落后，对直击雷的抵抗力极差。当出现感应雷过电压时，又容易出现绝缘子放电闪络。经过表1-1比较，防雷方面与大电压等级的系统相比，存在很多差异造成问题。因此，绝缘水平低直接造成了雷击跳闸事故多发。解决措施有更换绝缘子（换型号、换数量、换塔头横担等组合）、撤换掉裸导线、采用不平衡配置等。
1.2 接地电阻问题
山区的接地电阻远高于平原地区，通常在1000到2000欧米，甚至有更高能达到3000欧米以上的。由于人为因素（盗偷、破坏等）和腐蚀原因，一旦接地装置损坏，线路的绝缘水平会迅速降低，致使雷击跳闸率大幅上升。
1.3 击杆率高
击杆率为雷击杆塔（包括附近线路）次数和雷击线路总次数的比值，通常用g表示。击杆率受环境地形影响较大，因此山区击杆率远高于平原地区，按照架空地线根数不同，击杆率的数值如下表2-2。
2 线路防雷措施的比较分析
2.1无间隙氧化锌避雷器
无间隙的氧化锌避雷器结构简单，仅由避雷器本身、接线金具和引线组成，与传统的阀型避雷器相比，少了空气间隙，带来许多方便之处。其原理是，电阻阀片和被保护设备的伏安特性配合，正常时，避雷器相当于绝缘体，电流仅有10-50微安，可隔离导线与地，当线路遭遇雷电冲击波，过电压能量会使避雷器先于被保护设备放电，避雷器处于工作状态，释放大量能量，在雷电冲击过去后，电阻片提供残压可防止截波。可将避雷器看作是并联在被保护设备两端的放电器，以无间隙避雷器来说，它具有许多优点：（1）无间隙结构，续流无法继续存在。（2）耐污性能好，运行维护方便。（3）动作负载轻，可重复动作性好。（4）造价低，安装简单，便于大量应用。
2.2 带串联间隙的氧化锌避雷器
带串联间隙的氧化锌避雷器分为两种，一种是外串联间隙，一种是内串联间隙，大多数线路采用前者，后者应用较少。其工作机理为，线路正常工作时，空气间隙隔离导线与地，当冲击波来临动作，间隙击穿放电，氧化锌阀片瞬间变为低阻抗状态导通泄放雷电能量，动作后，工频电压会使阀片恢复高阻抗，工频电流受到有效抑制从而无法继续建弧，间隙的绝缘很快恢复。通常，带外串联间隙的避雷器安装在横担与导线或导线的引线上，即并联在绝缘子两端保护绝缘子不发生雷击闪络和损毁。
2.3 设置独立避雷针
在山区的空旷暴露的雷电多发地带，其他防护措施（如限压器）效果不理想时，可以采用独立避雷针来防止直击雷击中杆塔和线路档距中央。独立避雷针要注意安装的地方，通常工程中把它装设于杆塔顶部的上方，并要为它单独安装接地，保证电阻小于10Ω。避雷针之所以效果明显，是因为它相当于引雷器，能有效预防直击雷，让杆塔和绝缘子不受直接打击。但避雷器也有以下缺点：
（1）要注意避雷针与线路之间的距离，避免避雷针对外界二次放电，引起对线路的反击。
（2）需要单独的接地装置，投资成本高。
（3）对于配电线路来说，保护范围小。
3 雷电防护综合措施
3.1 提高线路绝缘水平
绝缘水平低下是10kV配电架空线路雷击故障的主要原因，提高绝缘水平属一次性投资，可大大提高耐雷水平降低跳闸率。配电线路中常用的绝缘子按结构可分为针式绝缘子、悬式绝缘子、柱式绝缘子、棒式绝缘子等类型，按材料又可分为瓷、玻璃及复合绝缘子。改善绝缘可从各类绝缘子的U50%值、老化性能、耐弧性能等着手。
3.2 装设各种型号的避雷器
通常，要在山区线路的易击区、接地电阻过大且难以改善地区的杆塔、大跨越和高杆塔、配电线路分支处的杆塔和距離大面积水域地区近的地方，装设避雷器进行保护。如本章第一节所述，避雷器有各种结构型号，分别适合不同场合和设备的保护。使用避雷器限制过电压宜配合降低接地电阻来降低未安装相的反击概率。
使用避雷器的优点在于价格便宜节约成本且对感应雷过电压有良好的的限制作用，可大大提高线路的防雷综合性能。
3.3 降低接地电阻
接地电阻决定了雷电冲击能量的泄放，降低接地电阻可减小由单相闪络过渡到多相闪络的可能。同时，由于杆塔接地为零电位，线路是工频电压，在遭受雷击杆塔时，塔顶电位瞬间升高，便可对线路绝缘造成反击，对绝缘子危害極大，此时，如果杆塔接地电阻高，则杆塔与线路的电位差就越高，很容易发生绝缘子的闪络、烧毁甚至爆炸。
3.4 架设架空地线
如果接地电阻很难降低，那么可以考虑架设位于导线下方的耦合地线，进行补救。其原理相当于抬高了地面，增强了导线的耦合。耦合地线同杆塔架设，位于导线下方，于各相导线具有耦合作用，可以明显抑制导线上出现感应能量的幅值，从而使落在绝缘子两端的电压降低，可以有效保护绝缘子，降低闪络概率。
参考文献
[1]陈照曦.山区10kV架空配电线路防雷技术的应用与研究[J].低碳世界，2016（30）：79-80.
[2]黄志球.浅谈10kV配电线路防雷保护措施[J].科技与企业，2012（22）：167-168.
[3]廖水川.探析山区10kV架空配电线路防雷技术的应用[J].中国新技术新产品，2015（11）：185.
[4]龙文华.10kV架空线路防雷措施及应用——以深圳坪山配网为例[J].技术与市场，2014（12）：137-139.
[5]罗大强，唐军，许志荣等.10kV架空配电线路防雷措施配置方案分析[J].电瓷避雷器，2012（5）：113-118.
（作者单位：济宁市化工设计院唐山分院）