肇庆某地10kV架空线路导线雷击事故分析与综合防护

肇庆某地10kV架空线路导线雷击事故分析与综合防护

钟成杰

（广东电网有限责任公司肇庆供电局广东省肇庆市526000）

摘要：珠三角地区10kV配电线路雷害事故频发，危害了配网的供电可靠性和电网安全。分析了肇庆某地区10kV线路的防雷现状，认为线路接地电阻过高、运行维护不到位、绝缘配合矛盾是导致10kV配电线路雷击跳闸率高的重要原因。结合该地区的实际情况，有针对性地提出了包括降低接地电阻、更换劣质绝缘子、加装可调保护间隙的综合防雷措施，可以大幅度减少雷击跳闸事故。

关键词：10kV线路；接地电阻；避雷器；综合防雷措施

0引言

10kV架空配电线路绝缘水平较低，雷击过电压导致的闪络事故时有发生。研究及运行经验表明，雷击引起的架空配电线路跳闸次数占线路总跳闸次数的50%~80%，尤其是在珠三角地区，雷击事故频发、土壤电阻率高，雷击引起的配电线路跳闸或者断线事故更为频繁，极大得影响了供电可靠性和电网安全性。随着电网的发展，各种防雷措施也跟着涌现出来，为了防止或减少配网雷害事故，需要全面考虑配网线路的地形特点、土壤电阻率高低等情况，进行配网线路防雷工作。本文针对肇庆某地区10kV配电线路的实际情况，提出系统、合理、全面的配网防雷措施。

1雷击配电网事故原因分析

1.1某地10kV绝缘导线基本情况

肇庆位于珠三角地区，属于亚热带季风性气候，年雷暴日数达70d以上，属于传统的多雷区。频繁的雷电活动使肇庆10kV配电线路雷击跳闸事故异常严重，威胁了该地区的供电安全。根据故障统计资料，本文选取了雷害事故频发的某供电所4条线路作为调研对象。

某供电所负责运维10kV配网线路共4条10kV架空线路，全长30km，共计359杆。线路走廊有处于鱼塘、西江边、果园等地形，沿线周围空旷，水路交界，容易落雷。针对该地区的雷击跳闸率高的特点，对该10kV线路的地理环境、绝缘配置和已有防雷保护措施进行了现场勘察，分析了造成该地区10kV配电线路雷击跳闸率高的原因，并提出了治理措施。

1.2该地雷击配电网事故原因分析

1.2.1接地电阻过高

接地电阻值的大小关系到电气设备的耐雷水平，经现场勘查，线路杆塔所处位置土质多为风化岩，土层较薄，因此土壤电阻率高。由现场试验发现，该地区的土壤电阻率在800~1500Ω•m，普遍偏高，附近的杆塔及相邻杆塔雷击事故频发。此外，接地体或接地引下线也一般未作防腐处理，在偏远山区常常出现接地引下线腐蚀甚至断裂的情况，这样直接影响避雷器的保护效果。当遭受雷电侵入波时，由于避雷器的接地电阻过大，导致雷电流无法泄入大地。

采用ZC-8接地测对事故频发的线路杆塔和台变抽样进行了接地电阻的测量测量，如图1所示。测量可知大朱公变接地电阻为25欧姆，严重超出4欧姆的标准；测量主线#60杆塔接地电阻35欧姆，严重超出10欧姆的标准（#60有柱上开关，接地要求10欧姆）。可知，现场杆塔实际接地电阻值严重超标，过高的接地电阻会使雷击杆塔时，杆塔电位升高，造成反击事故的发生。

1.2.2线路存在绝缘弱点

经调查，该地区部分10kV线路杆塔的绝缘子已于1999年起逐步从陶瓷绝缘子更换为复合绝缘子，绝缘子使用已有一定年限，绝缘子老化导致绝缘子绝缘水平下降。合格绝缘子两端出现过电压时，首先引起表面闪络而不会影响其内部的绝缘强度，在瞬态过电压下绝缘子表面闪络后重合闸即可恢复送电。当绝缘子老化的程度到达击穿电压小于表面闪络电压时（即劣质绝缘子），工频续流将在绝缘子串发生闪络后流过绝缘子内部，电弧放电从而造成绝缘子炸裂。

对该地区某条旧线路上拆下来的绝缘子进行了工频耐压测试，测试结果表明该绝缘子在干燥的环境条件下，工频耐受电压为94kV，相对国内一般厂家出厂时检测工频耐受电压110kV，绝缘水平下降了很多；若雷雨天气时，在潮湿的环境下，普通复合绝缘子的绝缘水平还会降低75%左右，出现雷击过电压的情况下，容易造成绝缘子闪络。此外，该地区90%以上的杆塔A、C两相都在同一条铁横担上，容易造成架空线路A、C相之间的相间短路，导致线路跳闸]。因绝缘子老化而引起的雷击事故在配电线路事故中所占的比例较高。

1.2.3线路绝缘配合矛盾

一般情况下，10kV配电线路的绝缘水平都较低，绝缘子雷击闪络概率相比输电线路要高，在雷击频繁的地方配电线路的供电可靠性低；部分供电单位采取提高配电线路的绝缘水平的措施，一定程度上可以有效降低配电线路的雷击闪络概率。但线路绝缘水平提高后，绝缘子的闪络电压将随之升高，造成线路上的雷电流不能得到及时泄放，从而引起侵入到变电站的雷电过电压过高。调查发现该地区台区设备端装有氧化锌避雷器，但氧化锌避雷器损坏严重。变电站10kV出线端的额定雷电冲击耐受电压在75kV左右，经过对运行中的3片玻璃绝缘子进行雷电冲击放电试验，得知其U50%冲击放电电压为223.8kV，其值远远高于75kV。

现有的变电站配电线路出线端保护通常在台区是采用单组避雷器防护，但其通流能力有限，可能会导致侵入变电站的过高的雷电过电压得不到有效的衰减和泄放入地，致使避雷器动作后仍有过高的残压，其值超过变电站主设备的雷电冲击耐受值而造成变电站内设备的损坏，或造成避雷器的损坏。

综上原因，需要针对该地区线路进行综合防雷方案的分析，提出适用的综合防雷整改措施，以降低电网10kV配电线路雷击跳闸率，提高配电线路的供电可靠性。

2防雷治理的基本思想

由于建筑物及树木的屏蔽作用，感应雷过电压是引起10kV架空线路雷击线路跳闸或设备损坏的主要原因。根据资料显示，雷害事故中因感应雷过电压引起的事故占比例超过80%。所以，10kV配电线路的防雷工应主要考虑感应雷的防护。

针对雷害事故行程的各个阶段，目前降低10kV架空线路雷击跳闸率的措施一般遵循以下原则：

（1）防直击雷，即尽量使导线不受雷击；

（2）防闪络，即雷击之后尽量使绝缘不闪络；

（3）防建弧，即绝缘闪络之后尽量不建立稳定的工频电弧；

（4）防停电，即工频电弧建立之后尽量使线路不断电。

基于上述雷害事故的四个阶段性原则，并经过多年防雷工作的摸索，配电网防雷基本形成了一系列行之有效的常规防雷措施，如架设避雷线，降低接地电阻，提高绝缘水平，加装耦合地线，安装自动重合闸装置等[7]。但对一些特殊地理位置的配电线路，如山区、丘陵地区，地形地势复杂，雷电活动频繁，提出的防雷措施时，必须适合地区的特殊地理环境及配电线路的现状，以达到使用较少的资金获得较好的防雷效果的目的。

3综合防雷治理措施

针对以上分析，结合肇庆某地区的雷电情况和可靠性要求，对10kV中压配电网可采用如下差异化防雷措施进行整改和治理，从实际工程上提高线路防雷水平。

3.1降低安装装置杆塔的接地电阻

直接雷和感应雷过电压引起配电线路闪络时，雷电流都要经过杆塔和接地装置流入大地，因此合理设计配电线路杆塔接地装置能够有效改善线路的防雷性能。为了使雷电流在有避雷装置的杆塔处得到更好的泄放，以达到更好的防雷效果，应在安装过电压保护装置的重要路段加以接地降阻的措施。

在实际的接地装置设计中以正常工频电阻值作为考虑依据。在配电线路设计中，如果工频电阻能达到10~15Ω，设计上即被认为优良。对于雷害事故多发地段，应使接地阻抗达到小于10Ω的标准。对于土壤阻抗率较高的地区，降阻较为困难，也应将接地阻抗降至30Ω以下。对于多雷区以外的，沥青路面上的架空线路的钢筋混凝土杆塔和金属杆塔，不需另设人工接地装置。

肇庆位于珠江三角洲西北部山区地带，属于高土壤电阻率的地区，用一般方法难于降低接地电阻时，需要采用人工接地极与杆塔相连，与钢筋混凝土共同构成杆塔接地装置。

3.2全面检测绝缘子，更换劣质绝缘子，维护消除绝缘弱点

劣质绝缘子的存在无疑增加了线路发生污闪事故的可能，绝缘子两端的电压超过绝缘子串U50%的可能性相当高。以调研情况来看，国内由于配网没有得到重视，大部分供电部门没有制定绝缘子的运行维护规程，绝缘子一般在发生爆裂事故之后才会进行更换。部分地区绝缘子长期运行在线路中，绝缘子的绝缘电阻值小于0.5MΩ，使得配电线路中存在绝缘弱点，耐雷水平降低从而引发雷击跳闸事故。

当长期运行的绝缘子老化，雷击引起绝缘子闪络后的工频续流会流过绝缘子内部，导致电弧持续放电从而使绝缘子炸裂。根据实验和长期的运行维护经验，可以把泄漏电流超过40mA的绝缘子初步判为不良绝缘子。对于该地区线路，应全面检测劣质绝缘子并及时更换，消除线路绝缘弱点。

3.3采用可调保护间隙与避雷器联合保护

大多数配网线路为了降低雷击闪络概率，通常都采用了提高配电线路绝缘水平。由于线路绝缘水平过高造成配电绝缘配合不当，使得雷电流沿着10kV线路传播时，不能在线路上得到泄放从而侵入台区变压器。10kV电压等级的配变耐雷冲击电压为75kV，而雷电侵入引起高达75kV～200kV左右的雷电冲击电压作用于配电变压器，将会导致变压器损坏。

为了解决多雷区配电变压器与线路绝缘配合矛盾，可采用可调保护间隙与避雷器联合。保护间隙和线路绝缘子的绝缘配合应满足以下要求：首先，保护间隙的距离应在雷击线路闪络时，可以捕捉电弧根部且引导故障电流入地，从而保护绝缘子。其次保护间隙的距离设计在正常系统运行的操作过电压下不会被击穿，保护间隙不能降低整个配电线路的绝缘水平。

对于该地区10kV配网，可在配电变压器或开关设备的前三级（设备位于线路终端），或者在左、右各两级T接可调过电压保护间隙对保护绝缘子，并逐步降低可调试保护间隙的雷电冲击动作值。

根据配电线路安装的绝缘子类型，工作人员可对防雷保护间隙的保护间隙距离进行相应调节。由于其他形状的保护间隙易于出现电晕损耗，因此将保护间隙制作为两个球头间隙。球型间隙的优点是，雷击闪络放电时，电弧可以沿负荷方向迅速移动而被拉长，从而容易自行灭弧，间隙不会严重烧伤。

使用可调保护间隙与避雷器联合保护解决与线路绝缘配合矛盾，可以在提高线路的耐雷水平的同时减少绕击跳闸率。

4结束语

10kV配网线路绝缘水平低、无架空地线、防雷性能较差，珠三角地区雷击引起。针对肇庆某地区10kV配网线路的雷害状况进行调研，基于防雷治理的目的，提出了有针对性的防雷治理措施。运行表明提出的综合防雷措施能够有效的减少雷击引起的线路跳闸和绝缘子爆裂现象。

参考文献：

[1]何建林，张电，刘渝根，等.避雷器提高10kV架空绝缘线路耐雷性能研究[J].陕西电力，2010，38（11）：1-5.

[2]张东，曾晓荣，廖志华.重庆某10kV线路综合防雷措施研究[J].电气技术，2012（5）：37-40.

[3]高新智，仇炜，韩爱芝，等.针对某35kV配电线路防雷问题的探讨[J].高压电器，2010，46（4）：69-73.

[4]徐鹏，梁少华.可调间隙防雷装置在35kV变电站防雷中的应用研究[J].高压电器，2012，48（9）：7-15.

[5]徐鹏，李世元，甘鹏，等.雷击配电变压器事故分析及防雷措施研究[J].电瓷避雷器，2011（4）：57-62.