电气工程 论１０ＫＶ配电线路防雷措施 郑涛郭辉田 国网辽宁省电力有限公司朝阳供电公司 辽宁朝阳１２２０００ 摘要：为了防止雷电过电压在电气设备的端子之间产生火花放电，提出了降低雷电过电压的措施，以及能限制和断开续电流等 措施。 关键词：低压配；电线路；雷击；防雷措施 中图分类号：ＴＭ８６２ 文献标识码：Ａ 文章编号：１００２—１３８８（２０１５）０２—０００８—０２ 我们国家的低压配电网普遍采用１０ｋＶ变３８０／２２０Ｖ电压 供电系统，但城乡的低压电网由于所处的环境不同其供电方 式存在一定的差异，由此形成的线路防雷保护也不尽相同， ３．２感应雷过电压 作为对象，对有关低压配电线路上发生雷电过电压的情 况的试验进行研究。为了模拟在近处有雷击时的配电线路和 下面就城乡低压配电线路的防雷保护做初步的探讨。 １配电线路的过电压保护 电压在３￣１０ｋＶ的架空配电线路遭受雷击后，往往造成 绝缘子击穿和导线烧断事故，尤其是钢筋混凝土杆铁横担的 线路最为突出，所以必须在绝缘薄弱点增加必要的防雷保护 设备。个别特别高的杆塔、铁横担、带有拉线的部分杆塔和 终端杆等绝缘薄弱点，应装设阀型避雷器或管型避雷器进行 保护。对于两条线路相交叉时，其上下导线间的垂直距离最 小允许值应符合有关规程中规定的数值。一般１０ｋＶ配电线 路相互交叉和与较低电压线路、通讯线、闭路电视线交叉并 在导线温度为４０℃时，交叉距离不得小于２ｍ；如果上下距 离较小，空气间隙可能被雷电所击穿，使两条相互交叉的线 路同时发生故障跳闸，并将引起线路继电保护的非选择性动 作，从而可能扩大为系统事故。 ２低压配电线路发生雷电过电压的频率 在低压配电网络上发生雷电过电压受到该地区的地形、 气象条件雷雨日数、雷云的移动路径、雷击电流峰值的颁高 低压配电线路的架设密度、和对地雷击密度等的影响。为了 获取研究低压配电线的防雷措施的基础资料，在１９８１￣１９８７ 年间的７～１Ｏ月的雷电多发期，对朝阳县等地区的低压配电 线路上装了１ １０多台电涌计数器进行４６０多次雷电过电压的 观测，取得了统计数据等详细资料。 根据这项研究的观测结果，计算出低压配电线路上发生 的概率值。在研究耐雷设计中，从最基本的雷电过电压的频 率分布曲线上看。在这项观测中，从２ｋＶ以上的雷电过电压 中，担心在低压配电设备的端子板或者设备内部会发生火花 放电的雷电过电压假定为１０ｋＶ限值，在超过１０ｋＶ以上所观 测到的累计频率为１０％左右，而在５ｋＶ以下所观测到的累计 频率为７０ 左右。 ３低压配电线路上发生的雷电过电压的情况 从配电线路上所采用的防雷措施进行的研究来看，已考 虑到在低压配电线路上发生雷电过电压的因素有：１直击雷： ２感应雷；３高压侧的雷电过电压是侵入低压侧的雷电过电 压的原因，由于避雷器动作使大地（接地）电位上升，从柱 上变压器的高压侧过渡到低压侧的雷电过电压。 实际上，除了在低压配电线路上发生雷电过电压之外， 还有雷击电流直接侵入配电线路附近的建筑物上设置的避 雷针，使得大地电位上升影响到配电设备的接地系统的场合 应考虑这些是产生雷电过电压的合成原因。 ３．１从高压侧过渡到低压侧的雷电过电压 压配电线路上发生雷电过电压各种情况进行一般的研 究，将高压配电线路上的雷电过电压侵入低压配电线路上发 生雷电过电压所产生的各种情况，进行一些试验性的研究。 这些研究中，应在实际规模的高压配电线路上施加了雷电脉 冲电压。 由于配电用避雷器的放电使大地电位上升，通过柱上变 压器的过渡电压，使低压配电线路上发生雷电过电压。 由于雷电过电压侵入到低压配电线路，在有低压配电线 路的中性线的架空共用地线的接地点，照明线路或电力线路 与架空共用地线之间的线间电压是大的。 ８ 雷电通道，架设一条按现行配电线的１／４比例大小的模型线 路，还从气球上吊下电线。这根电线有脉冲电流渡过，这时， 测定在配电线路的导体上感应的电压波形。 相应的电压波形，就有下列两种情况： （１）抑制低压配电线的架空地线和共用架空地线的雷 电过电压效果，在接地电阻值是小的显著的。 （２）由于高压配电线路的避雷器出现适中动作，高压 配电线处于接地状态，也同时有抑制低压电线的架空地线的 雷电过电压的效果。 ４ １０ｋＶ配电线路防雷保护措施 ４．１提高线路绝缘水平降低１０ｋ＇￣配电线路闪络概率 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。 ４．２安装避雷器进行保护 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。 ４．３有选择性的投运自动重合闸 在配电线路中，线路形式多样，存在架空线路、架空绝 缘线路、电缆线路等，电缆线路中一旦发生故障则为永久性 故障，而自动重合闸如果是合到永久性故障点，会造成事故 扩大，发生使电缆或设备损坏事故，或者发生“火烧连营事 故”。不管配电网的网络结构和线路组成，不适当的强调自 动重合闸的投运率，在某种程度上说是增大了配电网发生事 故的风险。从上述分析中可以看出，自动重合闸应在不同的 线路形式情况下有选择的投运。 （１）由于纯电缆线路一旦发生故障则将发展成为永久性 故障，因此，在纯电缆线路中不适合采用投运自动重合闸的 运行方式。 （２）在纯架空线路条件下，故障多为瞬时性故障，自动 重合闸能有效处理该线路形式中出现的故障，（下转第１Ｏ 页） 电气工程 门负责开关的分析试验。每个小组中一人专门负责运行分析 仪，另外一人负责开关的投切。通常运行仪器和接线过程大 约需要５分钟，每个小组平均完成一个开关试验需要２３分 钟。这样他们每天可以测试２Ｏ多个开关，最多的一天曾经 测试了５Ｏ个。再加上试验数据的初步分析和存储，这两个 小组用了大约两个月的时间对公司的７００个开关进行了测试。 ２．３试验数据分析 试验数据的分析包括三个步骤。第一步首先对开关的一 些参数指标进行评判，看看这些指标是否超过了ＴＸＵ规定的 范围。ＴＸＵ提出的参数指标包括： （１）开关跳闸时间＜５０ｍｓ（三相开关）（２）开关合闸时间 ＜２００ｍｓ。（３）闭锁装置释放时间＜１７ｍｓ（三相开关中第一个释 放的）（４）直流电压下降＜１０％ 第二步将开关第一次跳开的曲线与第二次跳开的曲线 进行对比。该分析可以有效的发现由于润滑问题弓ｌ起的开关 动作迟缓。图３给出了一个开关卡涩的例子。从图中可以看 出，开关第二次跳开的速度明显比第一次快，这是因为开关 经过一次跳闸后，卡涩会有一定的改善。该例子再一次证明 了采集开关第一次跳开数据对于评价开关性能的重要性。这 也解释了为什么在实际运行中，明明有迹象表明开关动作迟 缓，可是等开关停电后再测量，开关动作时间又合格了这一 现象。 第三步将同类型的开关曲线进行对比，确定哪些开关需 械机构润滑老化，跳闸、合闸线圈损坏，辅助结点脏，控制 回路接线松开，变电站直流电源或电源充电器问题，控制电 缆尺寸不正确，执行机构尾部弹簧调整不正确等。下面将给 出几种故障的诊断例子。 结论 通常开关工作好坏主要是通过一系列常规试验来评价 的。这些试验包括测量开关的绝缘状况，接触电阻的大小以 及开关的动作时间。这些试验可以对开关的性能给出一个总 体的评价，对于保证开关的可靠性是必不可少的。但是这些 试验提供的信息过于粗略，无法精确、深入地给出开关工作 的内部信息，难以为开关故障的分析、定位提供有效的支持， 甚至有时还会掩盖故障信息。例如运行中我们怀疑某开关动 作迟缓，开关退出运行后测量其动作时间，结果发现动作时 间在规定范围以内。于是排除了开关本身的问题，转而怀疑 继电器回路出现了问题。实际上尽管试验结果显示开关动作 时间合格，动作迟缓仍然可能是由开关执行机构本身引起的。 这种现象将在后面的应用实例中加以讨论。 开关的动作缓慢、跳合闸失败是影响供电可靠性的主要 因素之一。上世纪八十年代末，英美等国提出了通过在运行 中测量开关控制回路的相关特征参数来评价开关性能的概 念。实践证明，该技术可以全面地评价开关状态，减少非计 划停电时间，便于开展开关的状态检修。 参考文献 要立刻加以警惕，从而确定各开关的检修优先顺序。在这一 阶段ＴＸＵ采用了一个非常好的方法。他们先是测量一个刚刚 经过大修的开关，从而确定这一类开关可能达到的最好性能， 并以该曲线为基准来评价其他开关的性能。另外随着开关试 验数据的积累，通过与同一开关过去试验数据的对比，还可 以有效的监督开关性能的下降。 通过大量的试验分析，ＴＸＵ诊断出的故障包括：开关机 （上接第８页） 因此，在纯架空线路条件下建议采用投运自动重合闸的方式 提高线路的供电可靠率。 （３）架空线路与电缆混合网属于在实际应用中比较多的 线路形式，在这种线路形式下，是否投运自动重合闸应该按 ［１］王林，鲁治淮．高压断路器状态在线监测系统［Ｊ］．吉 林电力，２００５，（５）：２７—２９． ［２］高天云．西方工业国家设备维修技术的现状［Ｊ］．国际 电力，２００２，６（２）：３５—３７． 作者简介：黑学贵（１９８３．６），男，宁夏固原人，西安科技大 学控制理论与控制工程硕士，单位：国网固原供电公司，研究 方向：继保及自控装置 照耐受系统预测的操作过电压设计的，如果间隙不能耐受操 作过电压，就等于降低了整个配电线路的绝缘水平，这是不 允许的。 ４．５降低接地电阻的措施 施加降阻剂进行降阻，实践证明，在水平接地体周围施 照各种线路形式所占比例决定是否投运。 ①在架空裸线与电缆混合线路中，当电缆长度占到线路 加高效膨润土降阻防腐剂，对降低杆塔的接地电阻效果明显。ＧＰＦ一９４高效膨润土降阻防腐剂具有较低的电阻率，加水 长度的４０％以上时，应慎投自动重合闸，当电缆线路长度占 ３￣５倍），施加在接地体周围相当于增 到线路长度的５０％以上时，则不采取投运自动重合闸的运行 后有较大的膨胀倍数（方式。 大了接地体的有效截面，消除了接地体与周围土壤的接触电 具有较强的吸水性和保水性以及随时间推移不断向土壤 ②在架空绝缘导线与电缆混合线路中，当电缆线路长度 阻：中渗透和扩散，降低了接地体周围的土壤电阻率，因而具有 占到整条线路长度的３０％以上时，应慎投自动重合闸，而当 电缆长度占整条线路长度的４０％以上时，则不采取投运自动 较好的降阻性能，特别是对高土壤电阻率地区以及干旱地区 的降阻效果最为明显。 重合闸的运行方式。当架空绝缘导线线路部分采用保护间隙 ５结论 保护时，可按①中所述情况对待。 配电网防雷的重点应放在感应雷过电压上。感应雷过电 ４．４并联间隙绝缘子的使用 压主要是针对架空线路作用，而对电缆线路的影响比较小， 用于ｌＯｋＶ配电线路的防雷保护间隙的设计应该考虑以 但是在城市配电网由于有高层建筑物对配电线路起到了屏 下几个方面的要求：首先，雷击线路时，保护间隙应当能够 先于绝缘子串放电，捕捉放电电弧根部引导雷电流入地，从 蔽作用，所以在城市配电网遭受感应雷过电压的影响比较小， 而保护绝缘子串和线路不被烧毁，这是保护间隙的首要作用。 因此，对配电网的防雷保护应放在城乡结合部的架空配电线 其次，保护间隙与线路的绝缘配合也应当保证在线路最大操 路上。 参考文献 作过电压下不击穿，不降低线路绝缘水平。 ［１］王首坚．浅谈１ＯｋＶ配电线路防雷措施［Ｊ］．中国高新技 保护间隙和线路绝缘子串的绝缘配合应该满足以下两 术企业旬刊，２０１２，（７）：１１５—１１７． 个方面的设计要求：首先，保护间隙距离的设计应当在雷击 ［２］催锦．１ＯｋＶ配电线路防雷措施与整治［Ｊ］．大科技，２０１３， 线路闪络时可以捕捉电弧的根部，并引导故障电流入地，以 便保护绝缘子、线路零部件和导线。雷击闪络时，放电应当 （２１）：１４５—１４６． ［３］邵学俭，周浩．１ＯｋＹ架空绝缘导线防雷击技术研究．浙江 起始于间隙的一个电极，终止于另一个电极，电弧应尽量不 接触绝缘子表面。其次，我们所设计的间隙对于正常的系统 电力。２００６（４）：２２—２５ 预测的操作过电压则不应击穿。这是因为整个配电线路是按 １０
