配网设备防雷措施分析

配网设备防雷措施分析（精选5篇）

配网设备防雷措施分析 篇1

随着配网建设范围的扩大, 只有做好配网的防雷保护, 才能有效控制雷电对配网的袭击, 保护配网安全供电, 减少供电企业的经济损失, 配网防雷最关键是要掌握科学的措施和方法, 采用先进的技术策略。

一、配网防雷现状分析

1. 防雷措施不完善

配网线路没有实施完善的防雷击断线方法, 避雷设备未能规范接地, 其中存在较大的接地电阻, 无法有效发挥保护功能, 低压台区通常线路太长, 同时, 没有配备避雷设备, 当强雷电出现时, 高强电波自低压端袭击配变, 从而导致了绝缘击穿现象, 一些柱上开关未能全部配设避雷设备, 从而导致雷电袭击, 开关受损, 一些地方性供电所尽在雷击较多的地方安装避雷器, 该避雷器只能发挥局部保护作用, 无法达到全线防雷的效果。

2. 未形成统一的防雷规范

目前来看, 整个配网防雷工作没有形成统一的防雷规范、技术措施, 无法发挥对整个配网线路的防雷优化指导, 而且部分地区的防雷措施也通常以自身经验为参照, 缺少统一规范指导的防雷工作, 势必其中存在风险, 只能做好眼前的防雷, 无法从长远上制定规划和目标。

未形成一个全面覆盖的防雷系统, 防雷覆盖范围较小, 其中也缺少一定的改造型资金, 有限的资金投入使得只有部分线路配设了防雷设备, 防雷覆盖范围较小, 防雷效果有限。遇到高雷电天气, 依然可能出现击穿跳闸等现象。

3. 雷击跳闸率高, 断线故障突出

农村与城郊的雷击跳闸率都高出城市配网, 相关数据显示:某城郊地区10k V配网线路数量一共为3400条, 总长度达到21030.9km, 绝缘率达到49.1%, 电缆化率为:39.1%, 具体的配网线路统计见表1。

在5个月时间范围内, 由于雷击故障所导致的线路跳闸占到总跳闸数的31.3%, 由此可见, 雷击故障已经成为配网跳闸的一大原因。根据调查显示, 城市配网雷击故障通常发生在偏离市中心的市郊环境中, 这是因为该地区多为城市边缘, 存在一定程度的化学污染, 使得线路处于不利的环境中, 容易发生线路受损、断裂等问题。

远离城郊的农村地区也容易出现断线故障, 这是因为该地区线路架设距离较远、运行时间长、而且长期遭受不良因素威胁, 从而出现受损老化等现象。同时, 农村地区的线路绝缘配置也达不到合格指标, 所选绝缘子型号通常偏离正常要求, 配网线路整体上的防雷水平较差, 甚至可能出现击穿故障。

由于农村配网架设范围广、线路长、所处环境也相对较差, 供电半径超出了规定的要求, 且存在众多的分支线路, 一些低矮丘陵山区线路受雷击的威胁更大。根据实践分析得出:农网雷击故障主要源自以下方面:线路断裂、避雷器受损、绝缘子爆炸等。

二、配网防雷治理的措施

1. 配网防雷技术规程的设计

现阶段, 配网防雷尚未形成一致的规程、规范, 实际防雷中未能根据各类防雷设备的具体特征、性能等有针对性地应用, 各类防雷设备的选型、设点等也无统一的规范指导, 也没有根据不同地理环境、地域条件特点来选配防雷措施, 使得配网达不到预期的防雷效果。对此, 则有必要编制一套防雷技术规程性文件, 发挥其科学的指导与规范作用。

参照相关资料, 仿真计算, 并咨询防雷设备生产厂家等来对应设计出配网线路防雷技术规程, 其中要重点指出配网线路的类别、电缆类型、变压器种类、柱上开关等的挑选标准, 以及需要达到的防雷等级等, 明确绝缘线、裸导线等所需的防雷技术等, 并对应绘制出各电压等级的配网雷区布局状况图, 从而为防雷治理提供科学的依据。

2. 编制防雷治理试点计划

选择最容易遭受雷击的线路区段, 进行试点治理, 编制科学的治理计划, 并有规划地开展工作:

(1) 对比各类型带间隙避雷器的作用。一些较为危险的线路区段, 例如:雷电发生时可能出现绝缘子爆炸、变压器烧毁等的线路, 应该试着增设带间隙避雷设备, 同时, 也要更新其上方的绝缘子, 这样才能确保其达到一定的绝缘能力, 有效防范雷电袭击。

(2) 科学选型避雷器、设点。分析避雷设备的保护范围, 重点围绕没有防雷保障的线路, 来逐渐安装避雷器, 按照线路类型来装设与之适应的避雷器, 而且要计算出一条线路中避雷器安装数量同雷击跳闸次数之间的关系, 最终得出最合理的避雷器覆盖率, 再对应明确避雷器的选型, 科学设点。

(3) 差异化防雷。根据配网所处环境的地理条件特点, 地形地貌特征以及线路特点等来针对性地选择避雷措施, 这其中既要参照每年雷击跳闸的具体成因, 以及雷电参数, 又要有效区别各个地区雷害严重程度, 明确各个地区的防雷工作重点, 再结合各个区域雷击之间的不同, 来对应明确防雷区的选配方案和方法。

3. 防雷技术性措施的运用

(1) 安装过电压保护器

一些电力企业为了有效抵御配网遭受雷电袭击, 采取了在配网线路中安装过电压保护的方法, 此设备属于带间隙的避雷设备, 起初可以采用试点试验的方法。

在实际安装过程中, 应该结合线路的走向、配变布局状况等将过电压保护器配置于三基杆塔, 部分线路如果已经设置了避雷器, 则无须再次安装此过电压保护器。同时, 对配置该保护器的杆塔中的绝缘子进行调换, 升级绝缘子类型, 并对应设下接地装置, 接地引线可以选择50mm2以上的裸线, 接地电阻则应小于30Ω。

经过过电压保护设备与接地设备等的安装以及绝缘子的升级, 应该大规模的改造后, 该地区配网线路未曾出现故障跳闸问题, 防雷能力得到了极大提升。

(2) 安装防弧金具

对于10k V配网系统实施防雷改造, 一些高危区段, 例如:地域较为宽敞、空旷、山顶等, 应该进行特殊的防雷保护, 可以尝试采用防弧金具来安装于回路, 实际的防雷效果较好, 值得利用。

当配网线路有着较高的绝缘水平时, 适合采用防弧金具, 将其设置于杆塔上方, 能够达到更好的防断线与防雷效果。表2为某地区安装防弧金具前后, 雷击跳闸次数统计。

现实的配网防雷工作中既要注重过电压保护器的应用, 又要积极推广防弧金具, 金具配合接地设备同步使用, 可以选择剥线型线夹类的防弧金具, 以此来增加线夹同导线之间的接触面, 预防断线问题的出现。还要立足于长远, 进行防雷规划, 实际的线路规划过程中应积极回避雷电高危区, 也可以采用避雷设备实施保护, 加大对部分线路的防雷改造力度, 提高线路的防雷水平。

要经常性地进行避雷器巡检工作, 明确不同避雷设备是否存在故障问题, 要积极预测可能出现的问题, 并采取有效措施来防范问题。

结语

配网防雷是一项重要的工作, 它关系到配网整体的安全、状态稳定, 甚至可能影响到配网系统的运转周期, 只有做好防雷保护, 减少雷电的威胁, 加大配网防雷治理力度, 才能为配网创造一个良好的运行氛围, 创造出预期的经济效益。

摘要：随着经济与社会的发展, 电力需求量不断上升, 配网系统建设范围持续拓展, 防雷保护工作也在加快进程, 过多的雷电袭击、雷电干扰等会影响配网自身的运行水平, 要想达到预期的安全目标就要加大防雷保护工作力度。本文分析了当前配网防雷工作现状, 并提出了科学的配网防雷治理措施。

关键词：配网防雷,现状,治理措施

参考文献

[1]DL/T 620-1997, 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S].

[2][日]横山茂, 吴国良.配电线路雷害对策[M].北京:中国电力出版社, 2008.

[3]蒋国文, 张英华, 弥璞, 等.6k V~10k V配电网络雷电防护现状及防雷措施分析[J].电瓷避雷器, 2007 (6) :37-40.

[4]黄伟超, 何俊佳, 陆佳政, 等.实际雷电活动分布下的线路雷击跳闸率计算[J].高电压技术, 2008, 34 (7) :1368-1373.

[5]彭海涛.山区10k V配网架空线路差异化防雷策略研究[D].华南理工大学, 2011.

配网设备防雷措施分析 篇2

关键词：配网线路；防雷技术；措施；雷击

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1006—8937（2012）23—0130—02

从10 kV配网线路的运行数据中我们可以看出，雷击10 kV配网线路的事故频频发生，这不仅严重影响了配电网供电的可靠性和安全性，也影响了人民群众的正常生产生活和用电，造成了巨大的经济损失。因此，探讨10 kV配网线路的防雷技术具有相当大的现实意义。近年来，怎样提高配网线路的防雷技术已经逐渐受到人们越来越多的重视，各国也采取了很多防雷措施，例如采用线路加强绝缘、不平衡绝缘、安装避雷器，以及降低杆塔接地装置等等。这些防雷措施在一定程度上起到了作用，但是现阶段我国10 kV配网线路的防雷技术还存在急需解决的问题，作为供电局的一名技术人员，我们有义务有责任提高10 kV配网线路的防雷水平，争取创建一个安全和谐的电力环境来造福社会，服务人民。

1 我国10 kV配网线路主要采取的防雷技术措施

①现阶段情况下，我国10 kV配网线路防雷技术主要采取的是降低塔体接地电阻这样的方法。这种防雷技术在平原地区或土壤电阻率较低的地区实施起来比较容易，但是在沿海或者是江南一代丘陵地区实施起来就比较困难了。这是因为在这些地区为了保证接地电阻的合格，我们通常情况下要在4个塔脚位置铺设较长接地网或者是打设深井加降阻剂，这样是为了增加土壤和地线之间的接触面积，这样就可以降低电阻。但是在受到雷击时，由于接地线过长会导致附加电感值加大，塔顶电位大幅度提升，容易造成绝缘子串和塔体的闪络，降低线路的耐雷水平。

②在电缆和配变开关等设备的高压侧安装避雷措施，经过这样保护的变压器在运行过程中仍然会出现一些雷害事故。出现这种情况主要是由于一般的配电变电器没有在低压侧安装低压避雷器的原因，这样不仅会导致低压侧的损坏也会导致高压侧的损坏。

③经过研究发现，10 kV配网线路的绝缘水平和它的耐电水平有直接的关系，架空绝缘引发的雷击断线，10 kV配网线路传统的中性点运行方式尚且不能有效解决配网线路的雷击问题，另外我国现行的配电设备的防雷技术措施不完善等等原因都造成了10 kV配网线路的防雷技术较为薄弱。

2 10 kV配网电线防雷技术措施

针对我国10 kV配网电线防雷技术的问题，我们在综合调查研究之后，提出了以下几点建议措施，希望能在技术上为我国电力事业出一份力。

2.1 提高线路的绝缘水平，降低线路闪络频率

配电网线路具有比较低的绝缘水平，因为雷电活动而产生的感应雷电经过配网线路中的电压时，容易导致出现线路绝缘子闪络等事故。并且，现阶段在配网线路中常常为了减少设置线路走廊，我们多采用同塔多回路技术，通常在某些杆塔架上布置的回路有的在4回或以上，这样虽然减少了线路走廊，减低了线路投资和成本，但是由于同塔多回路中的线路和线路之间的电气距离不足，一旦受到雷击后，就会引发各个回路都出现接地事故，若是情况严重，甚至会出现多回线同时跳闸这样的情况发生，这样就大大影响了电网线路供电的可靠性，给人们群众的生命财产安全也带来了隐患。为了避免出现上述问题，我们可以提高配网线路的绝缘：具体做法是用绝缘导线来取代原来的裸导线，或者是增加适量的绝缘子片数，在绝缘子与导线之间增加绝缘皮，以及更换新的绝缘子型号等等方法都可以提高配网线路的绝缘。通过提高线路的绝缘水平，能够降低感应雷经过电压时造成线路闪络的频率，这样就能提高供电的可靠性。

2.2 防止雷击时架空绝缘导线出现断线情况

在雷雨天气是，架空绝缘导线很容易出现短线的情况，这将会极大地影响电力系统的安全，根据理论结合实际，我们可以从以下几点防止架空绝缘导线在雷击时断线。

2.2.1 提高线路的局部绝缘水平

为了减少线路的造价，我们可以采用加强架空绝缘导线局部绝缘的方式。即在绝缘导线的固定位置加厚绝缘层，通过这样的方法措施，能够让放电从加强绝缘的边沿位置或击穿绝缘之后再击穿导线通过，采用上述的方法能够有效地提高配网线路的冲击放电电压。

2.2.2 安装避雷器对线路进行保护

我们知道，在输电线路中采用线路避雷器能起到良好的防雷效果。同理，我们也可以在配网线路中借鉴这种方法。在配网线路中使用避雷器之后，能够对架空绝缘导线起到良好的保护作用。因为无间隙避雷器在长时间内承受着工频电压，并且还要间歇承受工频续流和雷电经过时的电压，很容易老化，因此，避雷器会出现很多故障，这些故障就极大地影响了配网线路供电的可靠性。在配网线路中，我们要安装免维护的氧化锌避雷器对线路进行保护，并且要注意对配网线路中易击段有选择地进行安装，还要配置相应的配电设备即配电变压器以及柱上开关等，这样就能对配网线路实行全面的保护。

2.2.3 在绝缘子两端的并联放电间隙注意防止绝缘导线

绝缘层被击穿

通过实验表明，把间隙放电电压调整为稍微大于或者是等于绝缘子冲击放电电压，那么配网线路的雷电放电会在保护间隙间发生，从而就能够有效地防止绝缘导线的绝缘层被击穿，这样就能比较彻底地解决了绝缘导线被雷击断线问题。

2.3 采用避雷器和间隙相配合的办法来对10 kV配网

电线进行保护

2.3.1 安装避雷器

避雷器对配网线路中雷电过电压有着很好的防护作用，但是避雷器也有缺陷，它只能保护安装了避雷器的杆塔，对于其他杆塔没有保护作用。因此，如果我们在配网线路的全线都安装避雷器，那么配网线路无疑会得到较好的保护，但是这种措施会消耗大量的财力以及物力，从经济效益上来说是不适合的。并且，对于全线安装避雷器线路的维护工作也是很复杂的，因此我们要在配网线路中有选择有重点地安装避雷器。

2.3.2 对于并联间隙中绝缘子的使用

依据保护间隙的功能，线路绝缘子串和保护间隙的绝缘配合要满足下面两方面的要求。首先保护间隙的距离应该在雷击线路闪络时能够捕捉到电弧的根部，以引导故障电流流向地下，这样就能保护到线路零部件、导线以及绝缘子。其次，在雷击闪络的时候，放电应该起于间隙的一个电极并终止于另一个电极，电弧还要尽量不和绝缘子的表面相接触。

2.4 降低10 kV配网设备接地的电阻

通过实验研究发现，要降低配网线路的接地电阻主要有以下几种方法：

①水平接地体。在配网线路中一般情况下会采取这种方法进行降阻，但是这种方法也有其弊端，它很容易腐蚀使用寿命不长。

②用降阻剂进行降阻，通过实现我们可以发现，使用降阻剂进行降阻能够起到较好的效果。在水平接地体的周围施加高效的膨润土降阻剂是一种较好的方法。

2.5 10 kV配网设备的防雷保护技术

2.5.1 配电变压器的防雷技术

我们要保护好配电变压器就应该在低压侧设置低压避雷器，并且和变压器的外壳以及高压侧变压器、低压侧中性点都要接地，这就是所说的“四点共一地”。还要注意的是接地电阻值最好在100 kVA以上，并且容量配电变压器的接地电阻最好在在4 Ω以下，若是100 kVA以下的配电变压器的接地电阻最好在10 Ω以下。

2.5.2 柱上开关防雷技术

为了保证电网的安全，通常情况下我们在10 kV的电网中会安装柱上开关与刀闸。这样不仅能保证配网线路运行的灵活性，也提高了供电的可靠性。因此我们要加强对柱上开关设备的防雷措施。应该在开关或者是刀闸的两侧分别安装避雷器对其进行保护，避免出现雷击的危险。

2.5.3 电缆分支箱的防雷技术

在10 kV的电缆化环网供电系统中，要采取措施以抑制感应雷通过电压，通常采用的设备是避雷器，它保护的位置要根据具体情况加以考虑。在选择避雷器时，具有防爆脱离功能与免维修无间隙金属氧化锌避雷器是我们的首选，一般情况下，在10 kV配网设备中我们选用HY5WS—12.7/50型号的避雷器。

参考文献：

[1] 张国慧.10kV配网线路防雷技术措施探讨[J].机电信息，2011，（33）：144—145，149.

[2] 刘毅.10kV架空配电线路防雷技术与措施[J].城市建设理论研究，2012，（11）.

电力系统配网设备防雷保护研究 篇3

雷电是一种自然现象, 随意性很大, 是电力系统中的主要灾害之一，其危害也十分严重，它能造成电器设备损坏，电力系统停电，建筑物及；电力设施着火、爆炸；也能造成严重的生产设备事故和人身伤亡事故。在电力系统中。其实据雷电活动规律, 配网防雷还是有一定方式, 一般根据电压等级、负荷性质、系统运行方式、有运行经验、雷电活动强弱、地形地貌的特点土壤电阻率的高低等条件, 通过经济技术比确定。因此，采取有效的防雷措施十分重要。

2 配电变压器的防雷保护

配电变压器的防雷保护接线如图1所示。

2.1．配电变压器3～10KV侧应当用金属氧化物避雷器或阀型逼雷器保护。

个别情况也可用两相阀型避雷器加一相间隙 (同一配电网中, 间隙必须装在同一相导线上) 保护或两相间隙保护, 也可用管型避雷器代替阀型避雷器。为了防止残压损坏变压器绝缘, 保护设备应尽量靠近变压器安装。

为了避免雷电流流过接地电阻及其所产生的压降IR与避雷器的残压叠加作用在变压器绝缘上, 应当将避雷器的接地线和变压器铁壳 (图1中虚线) 连在一起接地, 使作用在变压器高压侧主绝缘上的只有阀型避雷器的残压。但这时接地体和接地引下线上的压降将使变压器铁壳电位大为升高, 可能发生由铁壳向220/380V低压侧逆放电。所以必须将低压侧的中性点也连在变压器的铁壳上。这样"水涨船高", 低压侧电位也被抬高, 铁壳与低压侧之间就不会发生闪络了。这种接法的缺点是高压侧落雷时可能传到低压侧用户中去, 对用户引起危险, 因此应加强用户设备的防雷, 以弥补之。

2.2．由于下述两方面的原因, 变压器高压侧的损坏可能是由低压侧引起的:

当3～10KV侧落雷时, 阀型逼雷器动作, 在接地电阻上产生压降IR, 以5KA和7Ω计, 则IR=35KV。这一压降的绝大部分都加在低压绕组上。经过电磁感应, 在高压绕组上将按变压比出现高电压。例如10/0.38KV变压器的变压比为26, 故10KV绕组两端冲击电压将达26*35=910 (KV) 。由于高压绕组出线端的电位受避雷器固定, 所以这个910KV高电位沿高压绕组分布, 在中性点上达最大值, 可将中性点附近的绝缘击穿;同时匝间电压很大, 也可能将高压绕组的层间或匝间绝缘击穿。

如低压侧线路落雷, 作用在低压侧的冲击波按变压比感应到高压侧。由于低压侧绝缘裕度比高压侧大, 所以有可能在高压侧先引起绝缘击穿。

综上所述, 无论高压侧落雷, 还是低压侧落雷, 高压绕组绝缘都有可能被击穿。所以, 按图1在低压侧装设保护装置, 限制在低压绕组上可能出现的过电压, 从而也就保护了高压绕组。

35/0.4KV配电变压器, 其高、低压侧均应用避雷器作保护。

低压中性点不接地的配电变压器, 应在变压器低压侧中性点与变压器铁壳间加一个击穿保险器 (即小型空气间隙) 。

为了减小避雷器残压损坏变压器绝缘, 无论高压或低压避雷器的接地点到铁壳间的连线越短越好。

3. 柱上开关和负荷开关的防雷保护

3～10KV柱上油开关和负荷开关, 应用避雷器保护, 也可用间隙保护。经常断路运行而又带电的柱上油开关、负荷开关或隔离开关, 应在带电侧装设避雷器或保护间隙, 其接地线应与柱上油开关等的金属外壳连接, 且接地电阻不应超过10Ω。这是因为经常开路运行并且带有电压的柱上油开关或隔离开关, 当任何一侧线路上落雷时, 由于雷电波的反作用而使电压升高1倍, 引起绝缘闪络击穿的事故。

4. 配电线路的防雷保护

4.1.35KV及以下的线路, 因绝缘薄弱, 装避雷线的效果不大;而且大多成网状供电, 这对保证安全供电是有利的, 所以一般不沿全线装设避雷线。只是由于变电站进线保护的需要, 才在进线段装设1～2km的避雷线作进线保护。

对3～10KV的架空配电线路, 它们的绝缘通常只有一个针式绝缘子, 比35KV线路要低得多, 如果装设避雷线反而容易造成反击, 不如不装避雷线。

4.2.35KV及以下的线路的防雷, 是利用钢筋混泥土杆的自然接地作用和中性点非直接接地作用。同时, 自动重合闸的作用也很重要, 重合闸的成功率为50%～80%。

4.3. 对35KV及以下的线路适当加强绝缘对防雷是有好处的, 因此, 在某些不能满足安全供电要求的情况下, 可因地制宜采用高一等级的绝缘子。在机械强度许可的条件下, 利用瓷横担以提高绝缘是一个很好的办法。在个别木材较多的地区, 也可因地制宜采用木横担, 充分利用木材本身的冲击强度来加强绝缘。

4.4. 运行经验证明, 消弧线圈能使单相接地电弧全部熄灭。由于110KV以下的铁塔线路绝缘较弱, 所以单纯采用架设避雷线的方法收效不很明显, 还必须配合采用消弧线圈。

4.5. 在线路的个别绝缘弱点, 以及变电所进线段加装管型避雷器, 当雷击线路时, 管型避雷器间隙被击穿, 使雷电流泄入大地, 工频续流被裁断, 从而避免了线路跳闸事故。

5. 架空线路绝缘子铁脚接地问题

低压架空线路的绝缘子铁脚宜接地, 其接地电阻不已超过30Ω。土壤电阻率在200ΩM以下的铁横担钢筋混泥土杆线路, 由于连续多杆自然接地的作用, 可不另设接地装置。屋内有电力设备接地装置的建筑物, 可在入口处将绝缘子铁脚与该接地装置相连, 就不必另设接地装置。人员密集的公共场所, 如剧院和娱乐场、教室等的接户线, 以及由木杆或木横担引下的接户线, 其绝缘子铁脚应装设专用的接地装置。而钢筋混泥土电杆的自然接地电阻不超过30Ω的除外。年平均雷暴日不超过30的地区、低压线被建筑物等屏蔽的地区以及接户线距低压线路地点不超过50m的地方, 接户线绝缘子铁脚可不接地。

6 电能表的防雷保护

在多雷区或易击地段, 直接与架空线相连的电能表, 宜装金属氧化物避雷器防雷。

结束语

雷雨时, 配网运行管理过程中, 经常遇到雷害, 造成线路开关跳闸, 给用户及配网管理带来不必要的经济损失, 使供电可靠性指标受到影响, 供电优质服务工作比较被动。但是, 雷电活动有一定选择性, 个别地方经常受到雷击, 通常称为雷电活动的易击点, 一般每个地区都有一些易击点, 只要认真分析历史记录, 对照雷电活动规律, 总是可以拿捏的。

参考文献

[1]《工业与民用电力装置的过电压保护设计规范》 (GBJ64一S3) .

[2]雷电波侵害配电变压器的机理及防雷措施《供用电》2004年.

[3]郭捷, 刘春生, 配电变压器雷害事故分析与防雷保护措施探讨.长安电力学院学报, 2005.

配网设备防雷措施分析 篇4

在架空配电线路的设计中,防雷设计是决定10 k V配电线路可靠性的一个重要因素。随着电力系统的发展,因雷击配电线路而引起的事故也日益增多,例如,瑞典1986年公布的电网故障分类表明,由于雷击而引起的事故占所有事故的51%;日本50%以上的电力系统是由雷击配电线路引起的。在我国一些线路跳闸率比较高的地区,高压配电的总跳闸次数中,由雷击引起的约占40%~70%,尤其在雷电活动强烈、土壤电阻高、地形复杂的地区,雷击配电线路而引起的事故率更高,将给社会带来巨大的经济损失。

多年来,如何提高配电线路的耐雷水平已受到人们的日益重视,各国采取了许多措施,如采用不平衡绝缘、线路加强绝缘、降低杆塔接地装置、线路上安装避雷器等。配电线路杆塔接地装置通过杆塔或引下线与避雷器并联,其作用是将直击于配电线路上的雷电流引入大地,以减少雷击杆塔引起线路停电和人身事故。无疑,降低杆塔接地装置的接地电阻是提高线路耐雷水平的一项十分重要的措施。以本所多年的运行管理经验和有关的统计结果表明,改善接地是最有效的防雷改进措施。

1 雷电产生的物理条件,直击雷和雷电感应的形成及危害

要研究10 k V配网线路防雷技术措施,首先要明白以下问题:(1)雷电是什么;(2)雷电的形成;(3)雷电的特性;(4)雷电危害的方式。

雷电是一种司空见惯的自然现象,然而对它的成因,直到今日仍然处于假说阶段,当今被人们所接受的假说是:大气中的饱和水蒸气遇冷成水滴,该水滴在强烈的上升气流冲击下被分解成带有不同电荷的水滴,一般来说,小水滴多带有负电,大的水滴带有正电,而小水滴又容易被气流带走,于是形成带有不同电荷的两种水气团,这就是雷云。

当不同的电荷的雷云把空气间隙击穿放电时,即发生所谓的雷电。如果大气中的雷云接近地面时,则在地面上会感应出与雷云相反的异性电荷,若雷云再继续接近地面以至把空气间隙击穿时,便是雷云对地放电。

1.1 雷云放电的特征

(1)主放电时雷电流的幅值可达几十至几百千安。(2)放电时间极其短促,一般主放电时间约为30~50μs。(3)主放电的温度可达20 000℃,使周围空气急剧膨胀,因而产生耀眼的闪光和巨大的声响。(4)放电的雷电流伴随有电磁效应、热效应和机械效应,因此对电气设备及建筑设施有很大的危害。雷云放电时,主放电引起的电磁场在雷击点附近的金属机构和导线上产生感应电压,其幅值有时高达几十万伏,它会使电气设备绝缘击穿,甚至引起爆炸和火灾。雷电流通过导体时,会产生很大的热量,使金属导体熔化。雷云对地放电时,产生强大机械力,损坏电气设备。这种机械效应是由于雷电流通过时残留在介质中的电荷之间产生的静电力引起的。

1.2 直击雷和雷电感应是怎么形成的

(1)直击雷。在大气中带有电荷的雷云对地电压高达几十亿伏。当雷云对地面上突出物的电场强度达到空气的击穿强度时所产生的放电现象称为直击雷。任何遭到直击雷侵袭的设施或设备,很少能免遭其害。(2)雷电感应。雷电感应通称为感应雷,由于产生的机理不同又分静电感应和电磁感应。1)静电感应,是雷云接近地面时,在地面突出的机构物顶部被感应出大量的异性电荷,一旦雷云与其他异性雷云放电后,聚集在该构筑物顶部的感应电荷就失去束缚,以雷电波的形式高速传播形成的。2)电磁感应,是发生雷击时,雷电流在周围空间产生迅速变化的磁场,在附近的金属导体上感应出很高的电压。上述两种雷电感应,均能影响或导致电气设备的绝缘击穿。

2 雷击配电线路的主要原因

(1)由于部分线路铁塔、开关、配变等的接地线被盗严重,使设备失去保护,被盗的接地线未能及时接上而造成雷击线路、避雷器等情况。(2)由于10 k V线路一般上方都有多处110 k V以上线路交叉跨越,高电压等级的线路从远处带来雷电,加上10 k V线路本身的防雷设计比高电压等级的线路要低,当同样都位于多雷区时,由于10 k V线路的先天不足,防御雷电的能力,当然会显得较为脆弱,经常遭受雷害也不足为奇。(3)由于设计上的原因部分10 k V线路使用针式绝缘子。显然针式绝缘子在线路档距跨度大、抵御强风、台风、雷电等恶劣环境上使用,效果明显优于瓷横担,但是如果针式绝缘子发生内部击穿时,故障不易被发现,而且我们现在使用的针式绝缘子都是耐压35 k V的绝缘子,在强雷电时被击穿、击破,由于绝缘子本身的耐压高,有可能还可以继续正常工作,这种情况巡视是很难发现问题的。若这些隐患和薄弱环节不排除,线路仍会遭受雷害影响。(4)由于线路杆塔、开关、配变地网安装不规范、不合格,例如接地圆铁与接地角桩焊接不良、接地网年久失修,地网腐蚀、遭到周围基建施工破坏,甚至挖断等都是造成配电线路容易遭雷击的原因。(5)避雷器质量不良或长期经受雷电冲击失效等原因,使避雷器形同虚设也是造成配电线路容易遭雷击的原因。(6)测试接地电阻方法不规范、仪器不准确导致误判断留有隐患也是造成配电线路容易遭雷击的原因。

3 现阶段10 k V配网常用的防雷技术和措施

(1)现阶段配电线路防雷主要采用降低塔体接地电阻的方法。这在平原地区和土壤电阻率比较低的地方实施起来应该相对较容易,但是对于广东江门这样的丘陵地区,特别是部分山区杆塔,要保证接地电阻合格则往往在4个塔脚部位采用敷设较长的接地网或打深井加降阻剂,以增加地线与土壤的接触面积降低电阻率,在工频状态下接地电阻会有所下降。但遭受雷击时,因接地线过长会有较大的附加电感值,雷电过电压的暂态分量Ldi/dt会加在塔体电位上,使塔顶电位大大提高,更容易造成塔体与绝缘子串的闪络,反而使线路的耐雷水平下降。

(2)在配变开关、电缆等设备高压侧安装避雷器,这样保护的变压器在运行中还会有一些雷害事故。这是由于一般配电变压器未在低压侧装设低压避雷器的缘故,这时不仅会发生低压侧的损坏,也会发生高压侧的损坏。其损坏机理为:1)雷直击低压线路或低压线路遭受感应雷,使低压侧绝缘损坏。2)低压侧受雷击使高压侧绝缘损坏,这是因为此时通过电磁耦合,在高压侧绕组也会出现与变压器变比成正比的过电压(正变换过程),由于高压侧绝缘的裕度比低压侧小,所以可能造成高压侧绝缘损坏。3)雷直击高压线路或高压线路遭受感应雷,此时避雷器动作,在接地电阻上产生压降。由此产生的电压降,作用在配变低压侧的中性接地点上,使配变低压侧出线相当于经导线波阻接地。因此在配变的接地线上产生了高电位,并且大部分都加在配变低压侧出线上,造成配变损坏,所以要在配变低压侧安装低压避雷器。

(3)延长闪烁路径,使电弧容易熄灭,局部增加绝缘强度,如在导线与绝缘子相连处加强绝缘,以及采用长闪烁路径避雷器等。

(4)采用比线路电压高一级的绝缘,最好采用陶瓷横担、悬式绝缘子,以提高线路绝缘水平。

(5)在线路或设备上人为地制造绝缘薄弱点即间隙装置,间隙的击穿电压比线路或设备的雷电冲击绝缘水平低,在正常运行电压下间隙处于隔离绝缘状态,雷电过电压下间隙击穿接地,放电降压而起到保护线路或设备绝缘的作用。

(6)在干燥的时间段如春节前1个月进行地网接地电阻测试,以保证测试的准确性。

(7)定期进行地网接地电阻测试,及时对不合格的地网进行改造。

(8)加强线路的巡视和保护宣传工作,保证配电线路的防雷设施不受侵害和破坏。

(9)如果条件许可尽量使用地下电缆线路代替架空线路。

(10)定期进行避雷器的周期轮换工作,淘汰旧式防雷设备。

4 线路避雷器防雷的工作原理

在线路未装避雷器时,雷电流完全通过杆塔或引下线接地装置倒泄流入大地,但是,由于存在接地电阻,塔顶电位会迅速升高,特别是对于接地电阻较高的杆塔,当塔顶电位与导线感应电位的差值超过绝缘子串临界闪络电压U50%时,就会出现绝缘子串闪络,并可能产生工频电弧直到线路断路器跳闸。对于某些地处土壤电阻率较大地区的杆塔,由于接地电阻难以降低,使得常规的防雷遇到了难题。

在线路中装设线路避雷器,将避雷器的伏-秒特性与绝缘子串的伏-秒特性相配合,当线路遭受雷击(或绕击、反击等)时,线路避雷器可靠动作,以保护绝缘子串不发生闪络。具体过程是:当塔顶电位超过避雷器的导通电压时,避雷器动作,此时杆塔上的雷电流分流发生变化,一部分仍旧沿杆塔或引下线、接地电阻泄入大地,另一部分则经避雷器流入导线,于是导线和避雷线上都有雷电流流过。由于电磁感应作用,雷电流分别在导线和避雷线中产生耦合分量,导线上较大的雷电流耦合分量使得其电位迅速升高,使杆塔对导线放电得到了有效的控制,从而达到防雷效果。因此,线路避雷器就是利用其很好的钳电位作用来遏制绝缘子串上放电电压的出现,从而达到防雷效果的。

以下是具体的理论分析:配电线路杆塔接地装置的冲击阻抗与配电线路的跳闸率直接有关,线路杆塔接地装置冲击接地电阻严重影响线路的防雷水平。关于防雷设计,除了采用架空地线减少雷电直击导线外,同时还要限制塔顶电位,降低塔顶与导线之间的电位差,以防止反击。当雷击配电线路杆塔时,雷电流i经塔顶和接地装置而流入地下。

式中,RI为杆塔接地装置的冲击接地电阻;L为杆塔的电感,一般与其高度成正比;β为避雷线对雷电流的分流系数。

铁塔电位升高主要是因为杆塔和接地装置的综合效应。雷击塔顶时塔顶电位为:当塔顶电位Vt与配电线路相导线上由于感应和耦合的电位之差超过绝缘子串的放电电压时,绝缘子串发生闪络,可能导致线路的跳闸或停电事故,影响电力系统的正常运行。加装避雷器以后,当配电线路遭受雷击时,雷电流的分流将发生变化,一部分雷电流从导线传入相临杆塔,一部分经塔体入地,当雷电流超过一定值后,避雷器动作加入分流。大部分的雷电流从引流线流入,通过避雷器进入地网。雷电流在流经导线时,由于导线间的电磁感应作用,将分别在导线上产生耦合分量。因为避雷器的分流远远大于从导线中分流的雷电流,这种分流的耦合作用将使导线电位提高,使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压,绝缘子不会发生闪络,因此,线路避雷器具有很好的钳电位作用,这也是线路避雷器进行防雷的明显特点。从图1中不难发现,加装线路避雷器对防雷效果是十分明显的。

5 10 k V配网采用加装线路避雷器进行防雷的优势

因为线路避雷器具有钳电位作用,对接地电阻要求不太严格,对山区线路防雷比较容易实现,因而加装线路避雷器对防雷效果是十分明显的。

从式(1)可以看出,塔顶电位与杆塔接地装置冲击接地电阻的密切关系,因此,对接地装置进行正确的设计能够有效地提高配电线路运行的可靠性。从式(1)可知,冲击接地电阻值越低,雷击时加在绝缘子串上的电压就越低,发生闪络的概率就越小。所以在配电线路接地设计时,冲击接地电阻是一个相当重要的参数。在冲击电流作用下,接地装置的冲击接地电阻一般低于工频接地电阻,但是冲击接地电阻因土壤性质、冲击电流峰值及接地装置的几何形状不同而相差很大。因此在实际的接地装置设计中仍以正常工频电阻值作为考虑的依据,同时考虑一定的降低裕度。为此在配电线路设计中,如果工频接地能达到10~15Ω,设计上即被认为优良。但是通过降低接地电阻来完成防止反击事故是比较困难的。为了降低反击闪络率就必须将接地电阻值降到所要求的电阻值,事实上在一些本来土壤电阻率就偏高的地方是很难做到的,从技术经济比较的角度来看也不是上策,必须综合考虑其他防雷措施。

6 我所雷区线路加装线路避雷器后的效果

共和供电所管辖的10 k V平岭线位于丘陵和山地,线路长(主干线供电距离约15 km),多年来经常发生雷击跳闸故障,据统计,10 k V平岭线在2007年1—10月共发生16次雷击跳闸,虽然采取了各种措施,效果均不明显。2008年1月,在易遭雷击的10 k V平岭线雷击比较集中的#136塔、#148塔、#164塔分别装设了3组共9只线路型氧化物避雷器,安装方式是在10 k V平岭线#136塔、#148塔、#164塔按照如图2~图4所示安装线路避雷器,新敷设线路避雷器地网使线路避雷器地网阻值为10Ω以下,为了方便更换损坏的避雷器,我们用GWR-10/630隔离开关来控制线路避雷器,避雷器采用深圳银星生产的带脱离式瓷外套避雷器HY5S-17/50FT,3组线路避雷器经过2个雷雨季节的考验,发现避雷器能正确动作,安装10 k V平岭线路未发生因雷击故障及跳闸事故。

7 线路避雷器的安装和注意事项

(1)选择多雷区且易遭雷击的配电线路杆塔,最好在铁塔上安装。(2)安装时尽量不使避雷器受力,并注意保持足够的安全距离。(3)避雷器应单独敷设接地线,其截面不小于25 mm2,尽量减小接地电阻的影响。(4)线路避雷器的地网要另外敷设,不能采用原铁塔的地网,建议做成10Ω以下。(5)安装牢固,排列整齐,高低一致。(6)引下线应短而直,连接紧密,采用铜芯绝缘线,其截面应不小于上引线:16 mm2,下引线:25 mm2。(7)与电气部分连接,不应使避雷器产生外加应力。(8)引下线应可靠接地,接地电阻值应符合规定。(9)投运后进行必要的维护:1)结合停电定期测量绝缘电阻,历年结果不应明显变化;2)检查并记录计数器的动作情况;3)对其紧固件进行拧紧,防止松动;4)定期测量线路避雷器的接地电阻,对不合格的地网及时进行改造;5)更换质量不良的避雷器组件。

8 关于线路避雷器的选型问题

无间隙的氧化锌避雷器响应快,放电稳定,但通流容量要大些,残压也高些,且长期承受电压,老化快,试验不便。而带间隙的避雷器存在放电时延、放电电压不稳定,正负极性下的放电电压相差大,环性间隙可达100 k V以上,但平时不承受电压,老化慢,试验周期可延长,残压可以选低些,至于通流容量是否可小些,还有待论证。因而选用时,可根据位置和安装条件灵活选用。

9 结语

10 kV配电线路防雷应当引起足够重视,现阶段最好的办法还是采用装设避雷器,既泄放了雷电荷,又不引起跳闸,其他的方法可根据实际情况选择,对减少雷击故障引起的损失具有重要的作用。共和供电所尝试应用线路氧化物避雷器防止10 k V配电线路雷害故障取得了初步效果,是鹤山配电历史上的一个尝试,装设线路避雷器的线路均未发生雷击跳闸,在此基础上,我所2008年开始在新建的10 k V线路上安装线路避雷器,以进一步探讨积累应用线路避雷器防雷工作的运行经验,降低雷电的损失,但线路避雷器在电力设备中毕竟是新事物。避雷器是过电压保护电器,线路防雷用金属氧化物、氧化锌避雷器可以防止雷击塔顶和雷绕击导线后绝缘子的冲击闪络,但是其防雷效果主要取决于氧化锌、金属氧化物避雷器本身的稳定性能。线路各种防雷措施都有其针对性,在选择线路的防雷方式时必须先找出线路遭雷击跳闸的原因,然后采取相应的防雷措施,只有这样才能在防雷保护上取得真正的实效。

参考文献

[1]周泽存,沈其工,方瑜,王大忠.高电压技术[M].第3版.北京:中国电力出版社,2007

[2]何金良,曾嵘.电力系统接地技术[M].北京:科学出版社,2007

配网设备防雷措施分析 篇5

近年来, 提升10k V配网线路防雷技术得到了各国的重视, 各类防雷措施应运而生, 如避雷器的安装, 杆塔接地装置的降低, 不平衡绝缘、采用线路加强绝缘等各种防雷措施。这些防雷措施虽在某种程度上对10k V配网线路起到了作用, 但仍存在很多问题亟待解决。为提高10k V配网线路防雷技术水平, 改善我国的电力环境, 探讨其改进措施成为一项非常重要的工作。

2 对10k V配网线路进行防雷的必要性

为探讨出10k V配网线路的防雷技术措施, 首先应了解雷电的产生原因及产生过程, 从最根本上防止雷击事件的发生。雷电的产生是一个非常复杂的过程, 存在于大气中的水蒸气在遭遇冷空气后, 会在一定程度上受到上升气流的冲击, 会使形成的水滴带上不同的电荷, 带有负电离子的水滴会随着气流形成雷云, 这些雷云在大气中发生相互碰撞后会放电, 从而形成雷电。雷电放出的电流值很高, 可高达上百千安, 温度能达到大约两万摄氏度, 而放电的时间却很短, 只有30至50微秒, 那么在很多的时间内放出的电流使空气迅速膨胀, 并发出强光及巨大的响声。雷云放电产生的危害极大, 这是因为在放电过程中有感应电压产生, 导致金属设备上的绝缘体很容易被击穿, 电气设备和建筑设施受其影响也有可能遭到严重损坏, 不仅造成巨大的财产损失, 严重的甚至会威胁到人们的生命安全。

3 雷击配电线路的原因分析

3.1 外界因素的影响

1) 因为出现10k V的线路、杆塔以及开关等设备的接地线被盗走的现象, 在被盗走的接地线没有及时补接上的情况下, 不能很好的保护线路, 设备裸露在外面, 就很容易遭到雷电的袭击。2) 配变接地网、线路杆塔以及开关的安装不规范, 以及接地网的使用时间比较久, 非常容易受到腐蚀;配网线路造到周围施工的破坏或挖断等等。3) 避雷器由于长期受到雷电冲击再加上本身质量并不好, 就会容易导致失效。

3.2 内在因素的影响

1) 在10k V线路的上方一般都会有很多交叉穿过的线路, 而高电压级别的线路则非常容易招致雷电, 同样的条件下, 当位于雷电区的时候, 10k V的线路本来防雷水平就低, 当遭遇雷电时, 雷电会首先选择袭击10k V的线路。2) 在10k V线路中, 针式绝缘子的使用比较广泛, 能明显抵御雷电的袭击, 但是针式绝缘体在被击穿后不好发现故障点, 会导致延迟线路恢复的时间。

4 10k V配电设备防雷技术提高的措施

4.1 我国10k V配网线路在防雷方面所采取的一些措施

1) 目前, 为了做好10k V配网线路的防雷工作, 我国主要采取降低塔体接地电阻的方法。该方法比较适合用在电阻率小的地带及平原地区, 对于江南的一些地区比如丘陵之类的应用起来就会比较麻烦, 原因是因为为了确保能够合格地使用接地电阻, 通常需要将比较长的接地网铺设在四个塔脚处, 因为这样不仅增大了地线与土壤的接触面积, 而且使电阻值显著降低。但是在遇到雷击现象时, 由于接地线比较长, 导致附加的电感值得到一定程度的增大, 进而使塔顶电位得到提升, 很容易造成塔体和绝缘子串的闪络, 导致线路承受雷击的能力下降了。

2) 在高压设备的一侧安装避雷系统。即便这样变压器在运行的过程中仍有可能出现雷击事故, 这种情况出现的原因就是一般的配电变电器的低压一侧没有安装低压避雷装置。这样会导致低压一侧和高压一侧都遭到一定程度的损坏。

3) 根据研究表明, 10k V的配网线路的耐电水平会对它的绝缘水平造成很大程度上的影响, 正如大家了解的架空绝缘会引发雷击断线, 而10k V配电线路所采取的中性点运行方式现在还没能很好地解决配网线路的雷击问题。此外, 据我们调查了解, 现在我国的10k V配网线路的防雷能力还不是很好, 这也正是现有配电设备的防雷技术措施还不完善以及其他种种问题造成的。

4.2 10k V配网电线的防雷的主要措施

1) 将线路的绝缘能力提高, 减少线路闪络情况的出现。一般情况配电网线路的绝缘水平都比较低, 雷电活动所产生的雷电感应在经过配网线路时, 比较容易出现绝缘子闪络等事故的发生。目前为了减少设置线路走廊, 常采用多塔多回路的技术措施, 这样会降低线路的投资和成本, 但也有不利的方面, 因为回路中线路之间的电气距离达不到要求, 一旦遇到雷电袭击, 各个回路就容易出现接地事故, 情况严重的还会引发跳闸现象的发生。这样很大程度的影响了电网线路供电的安全性和可靠性, 威胁着人们的生命财产安全。为避免这种现象的产生, 我们可以提高配网线路的绝缘能力, 比如用绝缘导线代替原来的裸导线, 还可以适量增加绝缘子的片数, 还可以在导线与绝缘子之间增加绝缘皮等等, 这些都能在某种程度上提高配网线路的绝缘能力。大大降低感应雷经过电压时造成线路闪络的频率, 从而保证了供电的安全性和可靠性。

2) 防止雷电发生时架空绝缘导线发生断线。当遇到雷雨天气时, 架空绝缘导线很容易出现断线的情况, 这样在很大程度上影响了电力系统的稳定性和安全性。为了杜绝这种现象的发生, 一方面可以提高线路的局部绝缘水平, 采用局部绝缘可以降低线路的投资成本, 通过这种方式, 可以让放电从加强绝缘的边沿部分或者在击穿绝缘之后再穿过导线, 这种方法能够非常有效地提高冲击放电电压。另一方面为了保护线路, 可以安装避雷器, 安装避雷器在输电线路中有很好的防雷效果, 在配网线路中安装避雷器后, 能够很好地保护架空绝缘导线。因为无间隙避雷器长时间承受某些电压, 功能很容易老化, 如此下去, 避雷器会出现很多故障, 影响配网线路供电的可靠性, 所以需要安装不用维护的氧化锌避雷器来保护线路, 还要注意选择安装在易击段, 配置相应的配电变压器以及一些开关等。这样就能够全面保护配网线路。

5 结语

总而言之, 由于受到外部因素和自身设备以及线路的影响, 10k V配网线路很容易遭到雷电的袭击, 很大程度上损坏了设备, 影响整个线路, 导致整个供电系统工作不稳定, 对人们的正常生活产生了巨大的影响。因此, 对10k V配电装备的防雷工作要引起高度的重视, 合理对各种设备和线路进行保护, 避免雷电袭击的损坏, 安装合适的避雷器, 在不会引起跳闸的情况下, 降低雷击事故产生的频率。各部门应该采取适当措施加强对防雷技术的研究, 提高供电系统的安全性和可靠性, 使人们的生命财产安全得到有力的保障。

参考文献

[1]陈卫华.刍议10k V配网线路防雷技术措施[J].城市建设理论研究 (电子版) , 2013.