架空配电线路雷击问题与防治措施

架空配电线路雷击问题与防治措施

刘勇

杭州特有电力工程有限公司 浙江省杭州市 310000

摘要：雷电是一种常见的自然现象，不可避免但可以防护，架空配电线路在雷电看来是“软柿子”，被集中后，后续被雷击的概率就会不断上升，成为雷电巢穴，如果防护措施不当，将引起严重后果，因此本文中针对福建中部山区某段架空配电线路的雷击问题进行了分析，提炼了针对雷击问题的防护措施，仅供参考。

关键词：架空配电线路；雷击问题；防雷保护

配电线路是电网向用户输送电能的主要通道，当线路遭受雷击时，雷击电流形成的线路过电压、过电流，向线路两端移动，将导致配电室设备、用户侧设备遭到致命打击。由于10kV架空线路分布范围广，线路周边环境复杂，其防雷措施往往不能起到理想的防雷效果，雷击事故依然有所发生，对配电网可靠运行造成影响。因此针对性地分析架空配电线路雷击问题及其防雷措施具有重要现实意义。

关于雷电灾害概述

对近些年雷击事故的统计分析，雷击事故多发生在供电、通信、计算机网络、监控等强弱电电气设备上。这些设备是当前的主要雷电巢穴，所谓雷电巢穴，即特别容易被雷击的位置，在相关研究中指出，当雷电击中某个地点，此后该地点被雷击的概率会不断增大，架空配电线路是非常典型的雷电巢穴。

目前随着防雷体系的不断完善，主要采取综合防雷减灾技术，包括直击雷防护（接闪器+引下线+接地体）、浪涌防护、等电位连接等等，这一套体系在保护对象中能够起到巨大作用，降低雷击灾害造成的损失。

其中的配电网因连接众多用户以及变电站，分布广、沿线环境复杂、绝缘化程度差别大等特点，成为雷击灾害重灾区。综合统计配电网发生的故障类型，总故障跳闸次数七成左右是因雷击事故引起的。在雷暴天数多，地形复杂，土壤电阻率高，架空线路档距大的山地地区，雷击事故发生概率更高。

架空配电线路雷击问题分析

配电网经过多年的防雷减灾治理，架空线路的防雷能力已提升了不少。但依然存在一些雷击事故导致配电网出现故障，很显然在防雷措施上并不是特别完善，因此此处基于福建中部山区架空配电线路的雷击问题进行讨论分析，仅供参考。

架空配电线路情况

1.某段架空配电线路基本情况

福建中部山区年均雷暴日67.4D，特别是夏季，雷电活动比较集中，极大的考验配电线路的防雷能力。该地区某10kV架空线路主干线全长8.35km，15条支线全长9.6km，其中线路绝缘导线10.8km，裸导线7.15km。其中主干线35#~46#杆塔沿山脊架设，跨越山坳、河流，平均档距132m，最大档距达到186m。除10kV线路主干线外，有多条支线存在沿山脊架设，存在大档距、大跨越的情况。

2.雷击问题表现

进入夏季以来线路所在地区雷电活动频繁，配网监控系统报告线路出现接地故障信号。检修人员巡线后发现位于39#杆上B相瓷瓶损坏，导线掉落在横担上，造成单相接地故障。该段线路因“雷击巢穴”效应，常受雷击引起线路分段开关跳闸、避雷器损坏等情况。除10kV线路部分外，在雷电活动频繁的时节，0.4kV台区低压侧也常出现因雷击引起熔断器保护熔丝熔断造成的停电情况。

3.基于雷击问题的现场调查

根据对该段线路的具体调查分析发现，该线路走廊分布地形为丘陵。对典型的现场环境土壤进行测试，土壤电阻率介于26.3~105.2Ω.m。线路70%杆塔处在山地中，主要布置在山顶、山脊和山脚，沿线山上多以松树、竹林为主，林木密集引雷能力强。

此段线路防雷措施包括10kV线路避雷器、柱上变压器接闪器和接地装置。10kV线路大档距部分线路，每基杆上设置带间隙避雷器。对于0.4kV台区主要通过不带间隙避雷器和熔断器熔丝动作来实现对变压器的保护。由于变压器基本都在居民点附近，土壤电阻率比较低，测试发现基本符合接地电阻要求。部分原有引下线和接地体存在锈蚀情况，甚至部分被锈蚀断裂，影响防雷效果，需对此部分接地装置进行更换。

福建中部山区某架空配电线路雷击问题研究

基于前述内容，对福建中部山区某段架空线路发生的雷击问题进行分析。

由前述现场调查情况来看，线路多经过山地，海拔虽然不是很高，但相较于山坳则高差较大，山林里地形条件复杂，土质差异大，当架空线路档距较大时，这部分线路以及杆塔遭遇雷击的概率就比较高。由于福建中部地区山上林木覆盖率高，虽然对于架空线路直击雷的威胁下降，但感应过电压威胁上升，特别是感应过电压。20m高的树木可使线路直击雷闪络次数下降35%，但是感应过电压闪络次数则提高10倍以上。好在杆塔周围高大树木少，即便有距离也比较远。

该线路主要为本地一个化工园区提供电能，有着比较大的污染问题，主要污染源来自园区粉尘。粉尘对周边线路电气设备的绝缘强度有严重影响。

从调查发现，主要防雷措施保护的是变压器，几乎可以说没有防雷措施，如果山地上的杆塔遭遇雷击，雷电流可通过杆塔的自然接地而进行泄流，但当雷击绝缘导线时，却因为雷电流泄流通道不畅，当出现雷电流过电压出现闪络，并通过横担发展出异相之间接地，造成绝缘子被击穿，持续工频短路电流电弧由于被绝缘所阻隔，弧根只能在针孔处（绝缘子被击穿后呈针孔状）燃烧，如此可在极短时间内导致导线烧断。

变压器低压侧防雷保护措施缺乏，引起正、反变换过电压，由于变压器与用户之间存在一段距离，低压侧出现与高压线路同杆，如果雷电在低压侧感应出电压，在高压侧就会产生较高过电压，易烧毁高压绕组。低压侧缺乏过压保护、欠压保护、缺相保护、接地保护，极大影响供电可靠性和安全性。

参考现有雷电灾害风险评估体系，依据气象灾害防御条例、防雷减灾管理办法、防雷装置设计审核与竣工验收规定、雷电防护风险管理、雷电灾害风险评估技术规范等对X市某段架空线路进行雷电灾害风险评估分析，显然其雷电灾害风险高，因此需要针对性地对雷电灾害的特性、线路的性质、雷电活动规律等进行综合分析，进而形成对雷击问题的综合认识，并对所要保护的对象所采取的雷电防护措施进行评判，确保防护措施有效，将雷电灾害风险降到最低。

架空配电线路雷击综合防治措施

针对福建中部山区某架空线路的防雷措施进行完善的方法

由于福建中部山区某段架空线路变压器低压侧缺乏必要的防雷保护措施，因此需要在低压侧安装低压氧化锌接闪，并且与高压侧接闪、变压器壳、低压侧中性点接地，低压侧接闪应当安装在低压熔断器前。对于新安装变压器，使用低压配电柜（集成漏电保护、电能计量、过压保护、过流保护等），可有效控制正反变化过电压保护，提高供电可靠性，对于已经被腐蚀的引下线，应当更换并做好防腐，可用PVC管或涂刷沥青进行保护。

该线路绝缘导线的使用率超过50%，而且导线绝大部分处在雷电活动频繁的地区，且由于绝缘导线先天不足，一旦遭遇雷击事故，很容易出严重问题，因此需要对原有线路进行充分的调查分析，统计易遭遇雷击的节点，并安装穿刺型可调试保护间隙，调整保护间隙放电电压为绝缘子的50%和冲击放电电压的90%，确保间隙可以先于绝缘子放电，这种方式实现了先堵塞后疏导，限制过电压，防治闪络后的工频持续起弧。注意间隙不应当保持与地面垂直的一条线上，应当确保上下两个间隙有50mm左右的偏移，避免雨天造成线路出现间隙闪络，对于间隙接地的保护，可采取耦合地线相当的接地方式。

线路杆塔的高度并不是特别高，加上山地树木的影响，直击雷的威胁不大，但感应过电压问题严重，因此在防雷要侧重过电压防护，一般可对本段线路进行耦合地线改造，耦合地线可以降低导线上的过电压，对于静电感应，可以通过增加导体对地电容来减小接地位置。对于电磁感应，影响类似于导线与地之间的回路附近的地线与地之间的短路，抵消了部分导线上的电磁感应电势。当然由于线路所在地部分地段的杆塔自然接地电阻不能满足耦合地线的要求，因此需要增加一根扁钢作为接地体，扁钢长度20m，埋深0.6m，经过计算后最大的接地电阻为22.5Ω，满足要求。

对于被粉尘污染的导线，应当先做绝缘电阻测量试验，以及50%冲击闪络试验，所有经过试验的绝缘子为出现零值，但50%冲击闪络试验发现被污染严重的线路其闪络电压平均132kV,而污染较小的线路则为195kV,运行管理中也未发现出现过污闪，因此主要通过调整绝缘子来提高绝缘水平，对于耐张塔可加一套绝缘子，对于直线塔则将原有的绝缘子更换为更新型号的即可。

针对本文所分析的线路来讲，利用树木带来对线路进行保护也是一种方法，也比较容易实现，对于本文线路来讲，可参考如下参数来对树木带进行设置，树木带中的树木最高不宜超过15m，可安排在线路两侧20m范围内，当然具体效果如何可采取仿真分析方法，利用更多的实际数据来探索这种方式的效用。

针对架空配电线路雷击综合防治的思考

事实上从防雷的角度来讲，最基本的就是接、引和泄，接就是利用接闪器接闪，引就是利用引下线引导雷电流，泄就是通过引下线引导下来的雷电流直接向大地释放。虽然电力线路的防雷措施与建筑防雷差别很大，但本质上也遵循上述流程。上述针对福建中部山区架空线路的防雷措施，基本也体现出了这一点，在此处，重点将其中需要注意的细节提炼出来，进行综合归纳，以明确架空配电线路雷击的防治要点。

柱上断路器应当架设防雷装置，一般而言经常开路运行并且又带电的柱上断路器或者隔离开关的两侧，均需要设置防雷装置，防雷装置的接地线以及断路器等金属外壳需要统一连接并且接地，接地电阻应当满足相应要求，一般为10Ω。

配电线路中的变压器必须安装防雷装置，其安装位置，应当尽可能靠近变压器，接地线和二次侧中性点以及外壳均需要连接并接地。应注意高压侧和低压侧两侧的防雷装置安装，避免出现疏漏。总容量在100kVA以上的变压器，节点装置的接地电阻应当在4Ω以下，每一个重复的接地装置其接地电阻都需要控制在相应范围内，容量在100kVA以下，接地电阻应当满足10Ω以下的要求，重复接地装置的接地电阻不宜大于30Ω，重复接地不宜超过3处。

架空配电线路主线进变压器后，调压向用户供电，为了防止雷电波沿低压配电线路侵入建筑物，应当在接户线绝缘子的铁脚位置安置接地措施，接地电阻应当小于30Ω。

中性点直接接地的1kV及以下配电线路中的零线，在接地时应当将接地点安置在电源点，干线和分干线终端位置应当重复接地，引入大型建筑物的线路，若距离接地点超过50m，应当将零线重复接地。绝缘线路中应注意悬挂线两端必须要接地，接地电阻应当在30Ω以内。绝缘导线干线和分支线交界位置、干线分段线路位置应当安装接地线挂环和故障显示装置。如果线路经过耕地，注意接地体必须要埋设在耕作深度以下，且至少0.6m。

接地体一般采用角钢、圆钢、扁钢或钢管，采取垂直埋设的方式，水平埋设一般采用圆钢和扁钢。接地体和埋入土壤内的接地线的最小规格应当满足：圆钢地上至少8mm，地下至少10mm，扁钢地上和地下截面积至少满足48mm²,厚度至少满足4mm.角钢则应满足4mm，钢管则应满足3.5mm壁厚要求，镀锌钢绞线则应当满足地上25mm²的截面积，地下则为50mm²。

无避雷线的线路，居民区钢筋混凝土杆塔需要接地，金属管杆接地，接地电阻应当在30Ω以内，中性点直接接地的1kV以下线路和10kV及以下工杆线路，杆塔铁横担或金属杆应当与零线连接，钢筋混凝土内部钢筋宜与零线连接。非直接接地的线路，钢筋混凝土杆要接地，金属杆要接地，接地电阻宜保证50Ω以内。

结束语

综上所述，经过分析得出如下结论，架空配电线路是典型的雷电巢穴，一旦遭遇雷击将严重影响供电可靠性，造成巨大损失。因此需要完善的防雷保护措施来对架空线路进行保护，避免雷击事故造成损失，在现有防雷保护体系之下，科学地对架空配电线路的防雷措施进行设计落实，基本上能够保证架空线路的安全运行，如果存在防护漏洞，将引起巨大影响。

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作者简介：

刘勇（出生年月-1987.3.11），

性别：男，

民族：汉，

籍贯：福建省三明市尤溪县，

职称：助理工程师，

学历：本科，

研究方向：防雷问题与防治措施，