配电网防雷保护的探究

配电网防雷保护的探究

刘,维

青岛腾远设计事务所有限公司，山东 青岛 266000

摘要：保证配电网安全稳定运行，是电力企业和从业人员的关注要点。文章针对配电网防雷问题进行研究，从配电网雷击事故的原因、配电网防雷保护措施、10 kV配电网常用的防雷技术方案3个方面进行分析，为同业人员提供参考。

关键词：配电网；防雷保护；重要性；技术措施

引言

在电力系统中，配电网因所处的环境条件差，线路布局复杂，而且日常维护工作难度大，容易遭受雷击影响，出现短路、跳闸等事故[1]。针对这一情况，采用防雷保护措施，能提高线路与变电所的供电可靠性，为用户提供稳定的电力能源。值得注意的是，完善防雷系统时，必须结合配电网的地理环境、地形条件，保证防雷保护方案的针对性和有效性，才能最大程度上降低雷击风险。

1．配电网雷击事故的原因

6～10 kV配电网中，因没有避雷线保护、绝缘水平较低，很容易遭受直击雷、感应雷的危害。相关调查显示，在我国浙江、河南、广东等地的配电网故障中，雷击跳闸占比超过80%，会对避雷器、刀闸、柱上开关、变压器等造成严重损坏[2]。总结起来，配电网雷击事故的原因如下：

1.1 线路中间缺少避雷线

在配电网中，避雷器主要位于变电站出线侧、变压器高压侧，如果线路中间缺少避雷线，就容易受到雷击。另外，遇到较大的雷电过电压，即使避雷器动作，也可能击穿绝缘子。在6～10 kV配电网中，避雷器较复杂，额定电压与动作电压的差异大，在雷电过电压作用下，易导致避雷器爆炸。另外，部分避雷器本身质量差，运行受潮可能引起电网接地短路。

1.2 避雷器接地存在问题

避雷器接地方面存在的问题主要有：①受到场地限制，避雷器的接地电阻超标。②引下线使用带有绝缘外皮的铅线，内部线路折断但不易发现，接头处容易锈蚀；埋入土中的线路部分，在电化学腐蚀下可能断裂，导致防雷设备形同虚设。③在刀闸、柱上开关等部位，没有安装避雷器，或仅在开关一侧安装。开关或刀闸断开的线路遭受雷击时，过电压在断开处全反射，对开关或刀闸造成严重损坏。④配电网施工时，为了降低成本采用多回路同杆架设方案，发生雷击后绝缘子对地闪络，产生较大的工频续流，导致其他回路接地短路。⑤在变压器防雷保护中，一般在高压侧安装、低压侧不安装。这种方式在少雷区可行，在山区和多雷区易造成线路接地短路、跳闸等故障。

1.3 自动重合闸投运率低

雷电过电压造成的闪络具有瞬时性，绝缘子闪络后一般能自行恢复绝缘功能，自动重合闸可减少雷击事故，保护供电安全。但是，在环境、技术、设备等因素的影响下，自动重合闸的投运率较低，也是配电网遭受雷击事故的一大原因。

2．配电网防雷保护措施

针对配电网雷击事故的原因，防雷保护主要措施如下：

2.1 完善避雷器保护

第一，选择避雷器时，推荐氧化锌避雷器，碳化硅避雷器因额定电压、荷电率偏低不予选用。第二，在柱上开关、刀闸两侧，均要安装避雷器。第三，在35 kV进线端，使用线路避雷器保护，防止对变电站、开关设备造成损坏。第四，在变压器高、低压侧，均要安装合适的避雷器，预防正、逆变换的过电压带来的损坏。第五，避雷器安装后，进行试验与维护，确保避雷器运行正常，防止电网接地短路。第六，在山区、多雷区，对线路杆塔加装避雷针。

2.2 优化防雷接地设计

在防雷接地设计上，应做到以下几点：第一，35 kV进线端采用架空地线杆塔的，接地电阻应≤10Ω，终端杆的接地电阻应≤4Ω。第二，避雷器、配电变压器的接地电阻应≤10Ω，重要变压器的接地电阻应≤4Ω。第三，避雷器的防雷接地引下线，材质使用圆钢或扁钢，防止连接处产生锈蚀[3]。

2.3 自动跟踪补偿消弧装置

雷电产生的过电压幅值大，但作用时间短，对绝缘子造成的破坏，多是雷电流过后的工频续流造成的。为此，在电容电流＞10 A的电网中，可安装自动跟踪补偿消弧装置，将补偿后的残流控制在5 A以内，实现可靠熄弧，并防止铁磁谐振过电压、弧光接地过电压产生。

2.4 提高自动重合闸投运率

针对中压电网还要做好运行维护工作，及时排查绝缘隐患，保证防雷装置正常运行，提高自动重合闸投运率，从而降低雷击跳闸率。

3．10 kV配电网常用的防雷技术方案

以10 kV配电网为例，常用的防雷技术方案有线路防雷、变压器防雷、柱上开关防雷、电缆分支箱防雷、安装防电弧金具等，具体技术方法介绍如下。

3.1 线路防雷

线路防雷是10 kV配电网优先采取的防雷技术方案，例如降低杆塔接地电阻，架设耦合地线、采用新型绝缘子、安装线路避雷器等。

第一，降低杆塔接地电阻。杆塔接地电阻降低后，发生雷击现象时，塔顶电位的上升速度减慢，绝缘子承受的电压减小，耐雷能力提高。实际作业时，工作人员应结合实际情况，采用物理法或化学法降低杆塔的接地电阻，如加深接地体的埋地深度，在接地体周围使用降阻剂等[4]。

第二，架设耦合地线。在雷击事故多发地区，在导线下设置接地线，等同于架设一条耦合地线，起到分流效果。发生雷击时，电流迅速进入大地，塔顶电位的降低速度加快。实际作业时，应合理确定耦合地线的架设位置，除了在导线下方架设，也可平行架设在线路两侧的耦合地线上。

第三，采用新型绝缘子。瓷质绝缘子出现零值、但没有明显的特征，工作人员难以及时发现，会影响耐压水平，发生雷击易造成闪络现象。使用玻璃钢绝缘子，失效后工作人员更容易发现，能避免出现闪络现象。

第四，安装线路避雷器。在线路杆塔上安装避雷器，将线路绝缘子与避雷器串联起来，可增强抗雷击水平，避免出现跳闸事故。这是因为：线路遭受雷击后，避雷器控制过电压，始终低于绝缘子串的闪络电压，且工频电流很低，工频电弧及时熄灭，从而避免两侧断路器跳闸。

3.2 变压器防雷

变压器遭受雷击，主要原因有两个：一是工作人员仅在高压侧设置避雷器和连接线；二是虽然高、低压侧均有避雷器，但接地端、中性点、变压器外壳连接失效。对此，变压器防雷保护时，既要在高压侧、低压侧设置防雷器，又要确保接地端、中性点、变压器外壳有效接地，按照规范要求控制接地电阻值。

3.3 柱上开关防雷

为了进一步保证10 kV配电网的运行性能，在不影响线路灵活性的前提下，可以安装柱上开关与刀闸，同时采取防雷保护措施，例如：在柱上开关、刀闸两侧均安装避雷器，且避雷器引下接地线与开关外壳连接。如此，能避免柱上开关或刀闸受到雷击，提高线路的防雷能力。

3.4 电缆分支箱防雷

对电缆分支箱进行防雷保护，阻止感应雷电压通过，要求工作人员合理选择避雷器设备，根据实际情况确定保护位置。在避雷器的选择上，要具有无间隙、免维修、防爆脱离功能，例如HY5WS-12.7/50型号。

3.5 安装防电弧金具

防电弧金具的使用，能使配电网线路承受一定雷击电压，将电弧及时疏导至金具上，避免损坏线路和其他设备[5]。在我国江浙地区，防电弧金具的使用普遍，具有结构简单、成本低廉的优点。但是，对安装工艺的要求高，而且容易出现进水、腐蚀、断线等情况，提示工作人员谨慎使用。

4．结语

综上所述，配电网雷击事故的发生原因，主要是线路中间缺少避雷线，避雷器接地存在问题，自动重合闸投运率低。文章以10 kV配电网为例，从线路防雷、变压器防雷、柱上开关防雷、电缆分支箱防雷、安装防电弧金具等方面介绍了常用的防雷技术方案，希望为实际应用提供借鉴，促使配电网安全稳定运行。

参考文献：

[1] 刘起钟,张剑平,杨万波,等.采用带间隙避雷器降低10kV架空线路跳闸率的应用[J].四川电力技术,2019,42(1):72-74.

[2] 李正.10 kV配电网防雷技术研究[J].通信电源技术,2020,37(6):101-102.

[3] 刘镜新.配电网线路防雷系统的保护研究[J].科技创新与应用,2019(15):66-67.

[4] 孙鹏,蔡轫.山区配电网防雷水平的提升措施[J].大众用电,2018,32(8):35-36.

[5] 孙晓东,李瑞芳,曹晓斌,等.金属氧化物避雷器对地铁高架桥段接触轨线路防雷的影响[J].高压电器,2019(3):127-133.