配電網(wǎng)綜合防雷措施分析

1、配電網(wǎng)綜合防雷措施分析 配電網(wǎng)綜合防雷措施分析 摘要：配電網(wǎng)是供配電系統(tǒng)的重要組成局部，雷電過電壓會使配電線路跳閘進而導致供電中斷，這會給企業(yè)的平安生產(chǎn)和人們正常的生活帶來嚴重危害。為確保配電網(wǎng)的平安可靠運行并有效地降低線路雷擊跳閘率，本文針對配電網(wǎng)的幾種典型雷電災(zāi)害特征，從多個方面對防止雷電過電壓的綜合性措施進行了分析，從而為設(shè)計和運行維護人員提供一定的參考。 關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；綜合措施；防雷 中圖分類號：TM862文獻標識碼：A Analysis of Integrated Lightning Protection Measures for Distribution Network WNAG

2、 Lin1, XU Guimin2 1. Shaanxi Modern Architecture Design and Research Institute, Xian 710048, China 2. State Key Laboratory of Electrical Insulation and Power Equipment, Xian Jiaotong University, Xian, Shaanxi, 710049, China Abstract: The distribution network is an important part of supply and distri

3、bution system. Distribution line trip and even power interruption, which were caused by lightning over-voltage, would bring serious harms for safety process in production and peoples normal life. To ensure the safe and reliable operation of distribution line and reduce lightning trip-out rate of tra

4、nsmission line, according to the typical lightning characteristics, some measures used to prevent lightning over-voltage were introduced in this paper, and which could provide reference for the design and maintenance workers. Key words: Distribution Network; Integrated measures; Lightning protection

5、 0 引言 配電網(wǎng)是電力系統(tǒng)的重要組成局部，尤其是以架空線路為主的6-10kV配電線路在城市近郊供電網(wǎng)中占有相當重要的地位。6-10kV配電線路作為連接各降壓變電站與用戶負荷間的線路，一般為網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)且電網(wǎng)的絕緣水平較底，所以雷電所產(chǎn)生的過電壓是該系統(tǒng)面臨的嚴重危害之一，它所導致的線路雷擊跳閘進而導致的供電中斷事件往往給企業(yè)的平安生產(chǎn)和人們的正常生活帶來不利影響，甚至造成嚴重的人員傷害、經(jīng)濟損失以及社會影響1-2。據(jù)統(tǒng)計,在南方電網(wǎng)大局部配電網(wǎng)總故障率中,雷擊跳閘率大于80%,且經(jīng)常有柱上斷路器、隔離開關(guān)、避雷器、變壓器和套管等設(shè)備在雷電活動時遭到損壞,有時甚至6-10kV線路全部跳閘,嚴重影響

6、了配電網(wǎng)的平安穩(wěn)定運行【3】。 因此為確保配電網(wǎng)平安、可靠運行并有效的降低線路雷擊跳閘率，需采取綜合性措施以防止雷電過電壓的危害，提高供電的可靠性。 1 配電網(wǎng)防雷現(xiàn)狀及原因分析 研究說明，目前運行的6-10kV配電網(wǎng)所采取的防雷措施和發(fā)生雷害的原因主要表達在以下幾個方面4-6： 雷電引起的高壓電力線路的故障次數(shù)通常隨著線路遭受直擊雷次數(shù)的減少而降低。然而，當線路絕緣降低時，線路故障次數(shù)增加，使得故障次數(shù)遠遠超過直擊雷所引起的故障次數(shù)。故障次數(shù)的增加是由非直擊雷的過電壓引起的，而這種過電壓是雷擊線路鄰近時在線路上感應(yīng)的。配電系統(tǒng)的絕緣水平往往低于輸電系統(tǒng)，因而，配電系統(tǒng)中大氣過電壓的幅值、出現(xiàn)

7、的頻率以及防雷保護問題主要取決于由非直擊雷引起的過電壓。有研究指出，6-10kV配電線路由雷擊引起線路閃絡(luò)或故障中，直擊雷過電壓導致的故障所占比例不超過10%，感應(yīng)雷過電壓才是造成配電網(wǎng)雷害事故的主要原因。 架空配電線路的特點是供電半徑長、大部份為放射式樹枝型供電線路，線路間無聯(lián)絡(luò)，線路分段開關(guān)數(shù)量少，線路保護設(shè)備比擬簡陋。配電線路通過的位置情況復(fù)雜，線路易遭受雷擊、外力破壞等故障，致使線路發(fā)生跳閘。此外，線路經(jīng)過土質(zhì)枯燥、土壤電阻率高的地區(qū)時，桿頂電位隨著接地電阻的增大而增高，易于造成還擊。 由于配電線路上的絕緣子常年暴露在室外空氣中，外表和瓷裙內(nèi)積污穢，或者制造質(zhì)量不良，降低了絕緣子的絕緣

8、強度，同時針式絕緣子由于存在爬距較小等自身的缺陷，絕緣子外表潮濕后產(chǎn)生閃絡(luò)放電。當發(fā)生雷擊絕緣子時，在大電流的作用下由于絕緣子瓷件與鋼帽等膨脹系數(shù)的不同，常發(fā)生絕緣子爆裂事故，引起線路接地或相間短路。 配電網(wǎng)采用的防雷技術(shù)措施缺乏，有些配電線路設(shè)備未能按設(shè)計標準要求裝設(shè)相應(yīng)的防雷裝置或未根據(jù)地區(qū)特點采取相應(yīng)的防雷平安技術(shù)措施。例如有些避雷器和弱電設(shè)備共用接地系統(tǒng)，防雷接地引下線截面過小、殘舊、銹蝕，多組地極的接地電阻大于標準要求等等，這使得配電網(wǎng)更易受遭受雷害。 2 配電網(wǎng)防雷綜合改造措施 雷電過電壓防護系統(tǒng)是一個綜合的系統(tǒng)工程。通常由假設(shè)干個子系統(tǒng)構(gòu)成一個完整的防護系統(tǒng)。其中，防直擊雷系統(tǒng)主

9、要由避雷針組成【7】；防感應(yīng)雷系統(tǒng)由分流、均壓、等電位和限幅組成。本文從以下幾個方面對10kV配電網(wǎng)的防雷措施方案進行系統(tǒng)地分析。 由于主要受到感應(yīng)雷的威脅，配電線路的防雷措施不能等同于高壓輸電線路。 對于超高壓輸電線路，直擊雷過電壓對線路絕緣的威脅最為嚴重，其防護措施的重點就是防止雷電直擊于輸電線路，400kV左右的感應(yīng)雷過電壓一般不會對110kV及以上的輸電線路的絕緣水平構(gòu)成威脅，故對110kV以上的輸電線路的防雷措施主要是架設(shè)避雷線；但是35kV及以下配電線路的防雷措施有其特殊性。這是因為配電線路的絕緣水平相對于110kV及以上輸電線路的絕緣水平低得多。例如：110kV的線路絕緣子長為1

10、m，臨界閃絡(luò)電壓為700kV，而10kV配電線路的絕緣子長僅為0.1m，臨界閃絡(luò)電壓僅為75kV，35kV配電線路的臨界閃絡(luò)電壓為也只有350kV，而感應(yīng)雷過電壓幅值可達400kV，比擬容易超過配電線路絕緣子的雷電沖擊耐壓而發(fā)生閃絡(luò)事故。 2.1 架空避雷線 架空避雷線是高壓輸電線路最根本的防雷措施，其主要作用是： 接閃作用，防止雷電直擊于導線； 雷擊塔頂時，分流雷電流，降低塔頂電位； 對導線的耦合作用，降低雷擊桿塔時塔頭絕緣(絕緣子串和空氣間隙)上的電壓； 對導線的屏蔽作用，降低導線上的感應(yīng)過電壓。 但是，架設(shè)避雷線的方法費用較高，可行性難度較大，對于防雷效果不明顯，所以配電網(wǎng)全線架設(shè)避雷線

11、的可行性不大。建議35kV及以下線路，只在按規(guī)程的發(fā)電廠、變電站的進出線段12km處和局部雷暴區(qū)架設(shè)避雷線。 2.2 安裝避雷針 當遇有以下情況時，可考慮使用避雷針： 在雷害情況特別嚴重而又不能架設(shè)避雷線的線路段上，像桿塔機械強度不夠等； 變電站進線段未設(shè)置避雷保護線，而該段線路經(jīng)過地區(qū)的土壤電阻率又不高時； 旋轉(zhuǎn)電機的直配線路。 雖然獨立避雷針可防止線路遭受直擊雷，但避雷針的引雷作用卻增大了感應(yīng)雷過電壓使線路閃絡(luò)的概率。同時，當避雷針被雷擊或在附近落雷時，避雷針保護的場所內(nèi)某些較大的未閉合的金屬框架會出現(xiàn)較高的電磁感應(yīng)電壓，在未閉合的間隙處產(chǎn)生電火花，從而可能釀成火災(zāi)、爆炸等重大事故。因此，

12、不能盲目地安裝避雷針，一定要根據(jù)上述情況決定是否安裝。 2.3 改善線路絕緣子 更換耐壓水平更高的絕緣子、增加絕緣子串片數(shù)以提高絕緣子的50%放電電壓、增加爬電比距、裝設(shè)增爬裙和涂RTV防污涂料，這些都可以提高架空輸變電線路的防雷性能。而具體采用何種方法，需要看經(jīng)濟指標和方案對于運行線路的可行性。以下是幾種供選方案的實施方法8-10： 更換耐壓水平更高的絕緣子 絕緣子類型已由瓷質(zhì)絕緣子開展到玻璃絕緣子，近些年來又推出了新型的復(fù)合絕緣子。相對于瓷質(zhì)和玻璃絕緣子，復(fù)合絕緣子由于其外表憎水性而具備良好抗污閃性能，但是投運新型復(fù)合絕緣子的本錢過高，因為更換復(fù)合絕緣外套的變電設(shè)備要將設(shè)備一起更換，耗資巨

13、大，所以不建議在已建變配電系統(tǒng)的防污改造中采用，但在新建的變配電系統(tǒng)中可以考慮。 增加絕緣子片數(shù) 絕緣子片數(shù)越多，其耐雷擊的能力也越強。但是，絕緣子片數(shù)的增加受桿塔的塔頭結(jié)構(gòu)及投資的限制，一般桿塔只可以增加23片。另外，增加絕緣子片數(shù)對改善線路整體的防雷效果不十清楚顯。 建議雷電活動十分活潑的地區(qū)可適當增加1至2片絕緣子，但在提高線路的耐雷水平時，應(yīng)考慮與變電站設(shè)備的絕緣配合，防止因線路提高絕緣水平而不被雷擊，反而使雷電波侵入變電站，擊壞變電站設(shè)備。 涂RTV防污涂料 涂覆RTV防污涂料具有良好的防污性能，其污性能優(yōu)于增爬裙，并且比采用增爬裙經(jīng)濟。增加增爬裙后，絕緣子的電勢電場分布從趨勢上看改

14、變不大。RTV防污涂料已能在技術(shù)上滿足防污改造的要求。 裝設(shè)增爬裙 如果由于客觀原因需要裝設(shè)增爬裙，那么支柱絕緣子安裝增爬裙后具有良好的防污性能，效果好于更換防污型支柱絕緣子；安裝相同片數(shù)增爬裙的污閃電壓與增爬裙的安裝布置方式關(guān)系不大，但增爬裙的布置不宜過密，否那么易引起橋接或飛弧。 2.4 安裝線路型避雷器 國內(nèi)外運行結(jié)果說明，安裝線路避雷器在防止線路無論是雷電繞擊導線以及雷擊塔頂或避雷線時的還擊方面都是非常有效的。因此，對于雷電活動強烈、土壤電阻率高、地形復(fù)雜的地區(qū)，采用一般防雷保護措施收效甚微時，可以考慮采用安裝線路型避雷器來降低雷擊跳閘率。 2.5 降低接地電阻 對于一般的桿塔，改善其

15、接地方式、降低其接地電阻，是架空輸電線路抗雷電、防止跳閘事故的最經(jīng)濟有效的措施，因接地不良而形成的較高接地電阻，會使雷電流泄放通道受阻，提升了桿塔的電位。因此，必須加強接地網(wǎng)的改造工作，處理好接地系統(tǒng)中的薄弱環(huán)節(jié)，使避雷線與接地體有可靠的電氣連接。 3 結(jié)束語 配電系統(tǒng)的防雷措施應(yīng)該從工程設(shè)計階段就要認真加以考慮，針對不同的情況，找到雷害的薄弱環(huán)節(jié)，分別從避雷線、避雷針、線路絕緣子、線路避雷器和接地電阻等多方面采取切實可行的綜合防雷措施，選用可靠性高的防雷設(shè)備，從根本上減少配電網(wǎng)雷擊閃絡(luò)以及雷擊絕緣導線斷線的概率，從而大大提高10kV配電網(wǎng)的平安運行水平。 【參考文獻】 【1】蔣國文，張英華，彌璞等.610kV配電網(wǎng)絡(luò)雷電防護現(xiàn)狀及防雷措施分析J.電瓷避雷器，2007：37-44. 【2】喇元，胡賢德，彭發(fā)東，程文鋒，周浩. 10kV配電網(wǎng)防雷技術(shù)研究J，能源工程，2021年第4期：16-19. 【3】王巨豐，馮文昕. 配電網(wǎng)防雷的難點及對策研究J，廣東電力，2021，23：80-83. 【4】王敬春，羅軍，呂詩月等.降低配電線路雷擊斷線和跳閘率的防護措施J.高電壓技術(shù)，2021：84-88. 【5】黃清社，徐奔，彭利強等.10kV架空絕緣導線防雷保護的措施研究J.高壓電器，202137-