粤东山区10kV线路防雷技术研究与应用张祖华

粤东山区10kV线路防雷技术研究与应用张祖华

张祖华

广东先达电业股份有限公司广东梅州514011

摘要：10kV线路是农村配电网的骨干线路，其输送的电能通过变压系统转换到低压配电网后，再把电能分配至每个用电客户。山区农村10kV线路的安全、稳定运行，对电网的安全可靠、经济运行，及提高农村用户的用电质量具有极大的意义。文中首先对粤东山区配电网的现状和客观的地理环境进行了详细的介绍，进一步阐述了山区供电所在实际工作中遇到的一些困难，然后对这些实际困难进行深入分析；通过分析可知，雷电对自动化改造后配电网的安全、稳定运行存在较大的“杀伤力”，如何最大限度地减少雷电对电网的伤害，文中提出了应对方案并付诸于实际，通过在10kV丙村线546防雷改造工程中的实际应用，从改造效果来看，该防雷方案是一个行之有效的技术方案。最后文中统计了10kV丙村线546防雷改造后一年多的运行情况，统计结果表明：对处于特殊地理环境中运行的10kV丙村线546防雷改造是成功的。

关键词：山区防雷技术；研究与应用；10kV线路

一、背景

因梅州地处粤东北山区，多高山峻岭，树木繁茂，且自然村分布零星，许多山区小村偏远，交通不便或根本无法通行车辆。随着国家对农村配电线路的重视，特别是2008年“抗冰”结束后，各电网公司加大了对农村10kV及以下配电线路的投资，改变以往因资金缺乏和整体规划的缺失，造成网架薄弱、线径小；一条主线不分段带十几条支线运行；供电半径过大；线损严重；电能质量差的现状。以梅州供电局丙村线546配电网为例（见图1－110kV丙村线546负荷分布示意图）：该线路由于缺少资金、无整体规划等原因，配电设备普遍陈旧，开关以机械式为主，故障处理以“人工”为主，故障定位、恢复供电时间长主，供电可靠性极低。

图1－110kV丙村线546负荷分布示意图

Fig1-110kVBingCun546lineLoaddistributiondiagram

因此，从2010年开始，广东电网公司加大资金投入，用于改造山区农村配电网，并将馈线自动化技术推广应用于山区配电线路，以提高线路的自动化率，减轻山区供电所人员的工作压力。但是在智能开关、智能监测终端等智能设备大量应用于山区配电线路后，又出现了个新的问题，就是这些“娇贵”的智能设备因设备内部有较多集成线路板，“天生”抗雷性能较差，特别是在粤东北山区，农村配电线路多处在高山峻岭中，有些线路70%是处于雷区。每当7月至10月雷雨季节来临时，是各乡镇供电所人员最繁忙的时候，基本就是雷声响了后，值班室电话跟着响，然后就是运行人员巡线、查线、排查故障、送电。基于以上现状，如何提高10kV线路的防雷、耐雷能力将是一个新的研究课题。下面本文将重点对山区10kV线路如何防雷进行研究。

二、10kV线路的防雷技术的研究

1、雷电对山区农村10kV线路的危害

雷电作为一种人力无法或难于抑制的强大自然力，爆发时不仅仅威胁人类的生命安全，也会严重破坏电力输电线路和电气设备。雷电作用于配电线路的形式主要是直击雷和感应雷，两者均会在配电线路上产生过电压，但产生的直击雷过电压和感应雷过电压又有所不同。直击雷过电压是指雷云击中杆塔、电力设备等物体时，强大的雷电流流过该物体泻入大地，作用在该物体上形成电压差。感应雷过电压是雷电击在线路附近的大地时，在导线上由于电磁感应产生的过电压。研究表明，10kV架空配电线路由雷击引起线路闪络或故障的主要因素不是直击雷过电压而是感应雷过电压，配电线路遭受直接雷过电压的概率较小，约占雷害事故的25%，感应雷过电压导致的故障比例超过75%[6]。

对于经过自动化改造后的山区农村10kV配电线路，雷电对配电线路的主要危害是：当雷电作用于线路时，对线路上的一些智能自动化开关、配电变压器等电气设备的损坏。特别是智能开关，因智能开关本体、控制器内有较多集成电子线路板，相比于其它隔离开关等设备，抗雷电能力更差。因此，智能开关能否经受住雷电的考验，将直接关系到自动化改造的成败，基于此原因，我们必须给这些智能设备戴上“防雷罩”，同时提高线路的防雷能力，以保证线路全天候正常运行。

2、10kV线路防雷技术的改造与应用

为更好地研究10kV线路防雷技术，本文以梅州供电局10kV丙村线546自动化改造工程为案例，联系实践与理论，详细研究改造后的防雷技术在实践中应用的情况。

由于10kV丙村线546有50%的线路是处于雷区，上述已说明，10kV架空配电线路由雷击引起线路闪络或故障的主要因素不是直击雷过电压而是感应雷过电压，配电线路遭受直接雷过电压的概率较小，约占雷害事故的25%，感应雷过电压导致的故障比例超过75%。为防范上述的直击雷过电压和感应雷过电压，我们采取如下措施。

（1）加强处于雷区部分线路的绝缘水平

将线路上的P－10型针式绝缘子更换为FPQW-10型复合绝缘子（转角杆处更换为P－15型针式绝缘子），能提高线路的抗雷电冲击闪络电压，可由75kV提高到110kV[6]。

表2-1绝缘子串冲击闪络电压

增加绝缘子片数，可提高线路的抗雷电冲击闪络电压，由表2-1分析可知：随着绝缘子片数的成倍增加，抗雷电冲击闪络电压也成倍增加。线路的抗雷水平也成倍地增加。

（2）安装硅橡胶氧化锌避雷器

避雷器是专门用以限制雷电过电压或操作过电压以保护电气设备的一种装置。其中高压避雷器分为阀型避雷器、管型避雷器和氧化锌避雷器，前两种统称为碳化硅避雷器。而硅橡胶氧化锌避雷器属于氧化锌避雷器改进类型，该种避雷器具用绝缘性能良好，耐污性能强优点，与线路绝缘子配合使用，能有效提高线路的防雷和绝缘水平。

为了更好的提高10kV丙村线546的防雷和绝缘水平，以确保线路馈线自动化改造后，智能化设备能全天侯正常运行，将线路原有的普通氧化锌避雷器全部更换成硅橡胶氧化锌避雷器，同时在绝缘薄弱点，如个别金属杆塔、特别高的杆塔、终端杆加装硅橡胶氧化锌避雷器。

智能开关设备是此次馈线自动化改造的重点，其安装后能否正常运行直接关系到此次馈线自动化改造的成败，所以智能开关的防雷的线路防雷的重中之重。根据多年的运维经验，不管是直击雷过电压还是感应雷过电压，最终过电压都是导线传递到开关。因此，我们改变以往只在电源侧安装避雷器的传统做法，在开关两侧都安装避雷器，如下图（图2-1避雷器安装示意图）所示。这样做的好处是能将开关两边限制雷电过电压，能很好地起到防护智能开关的作用。

图2-1避雷器安装示意图

Figure2-1Lightningarresterinstallationschematicdiagram

（3）降低杆塔的雷电保护接地电阻值

接地电阻，指电流通过接地装置流向大地受到的阻碍作用。在数值上，接地电阻是电气设备的接地体对接地体无穷远处的电压与接地电流之比，即：

R＝Uj/Ij（2.1）

式中Uj为接地体对接地体无穷远处的电压，Ij为接地电流）。

降低杆塔的接地电阻可以减小雷击杆塔时的电位升高，并将故障电流快速泄入大地。根据电力规程规定（见表5-6），当接地电阻小于5Ω时，线路的的耐雷水电压能达到18.39kV。所以此次对10kV丙村线546接地电阻改造的目标是小于或等于5欧姆。

表2-2线路耐雷水平与接地电阻关系

影响接地电阻的主要原因有土壤电阻率，接地体的尺寸、形状、材料及埋入深度，接地体与接地体的连接等。目前降低杆塔接地电阻的方法主要有：

（a）加大接地体与土壤的接触面积，因为接触面积越大，接地体的电流泄漏得越快，能更好地起到防雷作用。为达到以上目的，可通过增加接地极的尺寸和增大接地体的水平延伸距离来实现。如有一些地方土壤电阻率比较低，可将接地体的水平引线敷设至湿地或河边，与湿地或河边垂直地地极相连，能有效地降低接地电阻，提高线路的绝缘。

（b）使用降阻剂：实践证明，在敷设线路的水平接地体时，在其周围添加降阻剂，能大大降低此处的土壤电阻率。

（c）深埋接地极：指避开地表电阻层，将接地极埋在地下土壤电阻率小的更深处，可用坚井式或深埋式接地极。选择埋设地点时应选择地下水丰富或地下水位较高的地方。若杆塔附近有金属矿体，可将接地体插入矿体上，利用矿体来延长或增大接地体尺寸。

（d）换土：土壤电阻率的高低直接影响接地电阻，如采用其他方法降阻有因难，可用电阻率低的土壤来代替电阻率高的土壤，即换土，以获得较低的接地电阻[48]。

根据多年工作经验，在实施此项目的接地工程时，采用了上述传统方法的同时并进行了技术性改造，具体方法如下：

（a）接地极全部采用Φ12×1440mm电铸铜接地棒代替角铁接地极

由角铁制成的接地极深埋一段时间后容易腐蚀，特别是焊接处，容易因腐蚀造成接地体彼此之间断开连接，最终因接地体与土壤接触面不够而电阻率变大，在线路或设备遭受雷击后，雷电流无法泄入大地，使线路与设备失去接地保护。

电铸铜接地棒是采用将含量为99.9%的电解铜分子均匀覆盖到低碳钢芯上，使铜与钢芯完全分子结合。它具有铜层厚，一般为0.25毫米以上；它的优点是抗拉强度大，高达600牛顿/平方毫米；耐腐蚀性强，可保证使用寿命在50年以上。

图2-2电铸铜接地棒及熔焊工具

Figure2-2Electroformingcoppergroundrodandweldingtool

电铸铜接地棒，深埋地下后无论是自然腐蚀还是电化学反应，都有极强的保护性，用电铸铜接地棒代替角铁接地极，可避免因角铁腐蚀后与大地接触不够充分。接地棒与接地网线采用化学焊剂焊接，使接地装置完全处在铜的保护之下，成为真正的免维护接地装置。

（b）深埋接地极并覆盖降阻剂

降阻剂由多种成份组成，主要成分包括电解质、固化剂、润滑剂及填充材料等。一般为灰黑色。它是一种良好的导电体，将它使用于接地体和土壤之间，一方面能够与金属接地体紧密接触，形成足够大的电流流通面；另一方面它能向周围土壤渗透，降低周围土壤电阻率，在接地体周围形成一个变化平缓的低电阻区域[5]。下面是我们采用的地极安装示意图：

图2-3地极安装示意图

Figure2-3Theendsoftheearthinstallationschematicdiagram

采用此种方法安装后，10kV丙村线546全线接地电阻都在1Ω以下，一劳永逸地解决了因接地体腐蚀、虚焊造成电阻率变大等问题，使线路接地电阻能在长时间内保持稳定合格的电阻值。

（4）10kV丙村线546防雷技术改造后运行情况

10kV丙村线546防雷技术改造后于2014年5月开始投入运行，截止至2016年5月，共运行24个月。统计2014年6月至2015年2月的数据，10kV丙村线546全线共发生有记录雷击26次，造成线路故障13起，馈线自动化设备共实现故障定位和隔离13次（平均正确率100%），期间未发生自动化开关设备故障。

表3-1自动化改造后故障统计表

实践证明，经过防雷技术改造后，自动化开关和线路运行稳定，故障率低；维护工作量小；能准确、及时；可靠定位、隔离发生在10kV线路上的故障，提高了供电可靠性和配网运行管理水平。

三、结论

配电网防雷技术改造的重点应放在感应雷过电压上。感应雷过电压主要是针对架空线路作用，本文经过对广东梅州配电网进行整体调研与分析后，发现广东梅州山区配电网防雷存在问题，并提出相关解决措施以提高10kV配电线路耐雷水平。同时在建设过程中，在技术路线、设备选型、设计施工、运行管理等方面取得了许多宝贵经验。

参考文献：

[1]王玲.论电网企业的资产全寿命周期管理「J」.中国总会计师，2008（11）.

[2]龚静.配电网综合自动化技术「J」.机械工业出版社，2008.7.

[3]张艳霞；姜惠兰（著）.电力系统保护与应用「D」.科学出版社，2015.

[4]谭琼.山区电网防雷技术「M」.中国水利水电出版社，2011.11

[5]李珞新.用电管理「M」.北京：中国电力出版社，2007.

[6]谭湘海.输电线路的防雷设计「D」.湖南大学，2004.