10kV配电线路防雷保护措施

古济雄

(广东电网公司 茂名高州供电局，广东 高州525200)

随着我国城市电力系统的不断发展，各种电压级别的配电站数量日益增加，对配电线路的运行安全也提出了新的要求。10kv 配电线路是确保城市工农业及生活用电的重要基础设施，在促进经济发展、改善人们生活方面发挥着至关重要的作用。但由于10kv 配电线路结构复杂、绝缘水平较低，在雷电活动频繁的地区时常会发生配电线路雷击事故，这不仅影响到配电线路的运行，给工农业的发展带来损失，而且还可能导致配电设备和用户设备的损坏，造成大面积的停电。因此，加强10kv 配电线路的防雷研究力度就显得十分重要了。本文结以某地区为例，深入阐述了感应雷对配电线路的危害，希望对类似研究有所帮助。

1 雷害事故分析

1.1 感应雷过电压产生机理

当线路附近发生雷击时，雷击通道的周围将发生空间电磁场的剧烈变化，这样会使输电导线上产生过电压，这种过电压叫感应雷过电压。感应雷过电压由静电分量和电磁分量构成。静电分量是由先导通道中雷电荷所产生的静电场突然消失而引起的感应电压，其值很高。电磁分量是由先导通道中雷电流所产生的磁场变化所引起的感应电压，由于放电通道和导线互相垂直，即电磁感应不大，电磁分量要比静电分量小得多。在感应雷过电压幅值的构成上，静电分量起主要作用。

1.2 配电线路雷击跳闸率高的原因

结合现场调研的情况，分析配电线路雷击跳闸率高的原因有:

1)线路所处地区落雷较多；

2)线路绝缘水平不高；

3)10kV 线路经过的地区大多为高山和丘陵，容易遭受直接雷击；

4)线路没有装设避雷器进行有效保护。

2 感应雷过电压计算

2.1 装设避雷器对于感应雷过电压的限制

为了限制感应雷过电压，通常可在线路的每一个档距或者隔几个档距设置一组氧化锌避雷器雷击点距离避雷器越近，导线上的感应电压越低，反之越高，因此，感应电压的最大值将出现在两个避雷器所连接导线的中间位置，如图1 所示。

图1 避雷器布置及分析电路

为了简化计算，假定雷击点不位于两个氧化锌避雷器之间的区间的感应电压分布与雷击点所在的这个区间的分布相同，即图1 中的AA′区间和BB′区间内的感应电压的分布与区间AB 感应电压的分布相同(这个假设的结果是计算结果偏大，偏向于安全侧)。再根据对称性和相关电路知识，可以把O 点和O′点断开然后并联在一起，最后得到简化电路如图2 所示。用图2 来分析输电导线末端接氧化锌避雷器时的感应电压分布。

图2 简化分析电路

我国电力规程给出的经验公式说明，雷击输电导线周围是大地时，导线上感应过电压的幅值与雷电流的幅值以及导线的平均高度成正比，与雷击点离导线的距离成反比。可采用下面的方法对施感电压函数进行简化，施感电压幅值的计算式为：

式中:Um 为施感电压的幅值，I 为雷电流幅值，h 为输电导线的平均高度，S 为雷击点与导线的最近距离。施感电压的波形则取为双指数波，波形参数为2.6/40μs。

2.2 10kV 线路计算结果

10kV 配电线路导线的平均高度取10m，发生雷击时雷击点距离输电导线的最短距离S 取65m，根据施感电压幅值计算公式(3)，要使施感电压达到Um=100kV，需要的雷电流幅值为26kA，雷电流幅值超过I 的概率为：

由此可以计算得到，雷电流幅值超过26kA 的概率为P=50.65%。输电线路两侧附近地面遭受雷击时，线路总闪络次数的计算公式为：

式中:N 为线路每100km·y (标准雷暴日40d) 遭受雷击闪络的次数，λ 为地面落雷密度，取为0.07，P 为雷电流幅值超过I 的概率，S 为雷击点与导线的最近距离。

当Um=100kV，10kV 配电杆塔高度h=10m 时，计算得到线路总闪络次数为N=27.09。

当线路末端装设有氧化锌避雷器MOA 后，由于其对感应过电压的限制，此时要使输电导线上的最大感应电压达到能够引起绝缘闪络的100kV，施感电压需要更大，也就是要有更大的雷电流才能造成线路绝缘发生闪络。表明避雷器的存在，使线路的耐雷水平提高了。施感电压和感应雷耐雷水平的具体大小则跟避雷器的具体布置方式有关。表1 给出了不同的避雷器布置间距下，感应雷耐雷水平以及线路总闪络次数的变化情况。

表1 感应雷耐雷水平及线路总的闪络次数变化情况

2.3 不同线路绝缘水平下感应雷耐雷性能计算

配电线路容易遭受感应雷危害的一个重要原因就是线路的绝缘水平低。因此，加强线路的绝缘水平，是提高线路耐雷水平、降低雷击闪络次数的重要措施。

表2、 表3 和图3 给出了10kV 配电线路分别取80kV，100kV，120kV 的线路绝缘水平时，感应雷线路耐雷水平和总闪络次数随避雷器安装间距的变化情况。

图3 10kV 线路不同绝缘水平下线路总闪络次数变化情况

表2 10kV 线路不同绝缘水平下感应雷耐雷水平变化情况kV

表3 10kV 线路不同绝缘水平下线路总闪络次数变化情况次

3 结论

通过探讨10kv 配电线路的防雷措施，笔者总结出以下两点结论：①感应雷过电压是影响10kv 配电线路安全运行的最主要原因，建议对于10kV 配电线路每隔300m 装设一组避雷器，可将线路闪络次数降低90%以上；②线路感应雷耐雷水平的提高有助于降低线路总闪络次数，这也表明增强线路的绝缘水平是提高感应雷耐雷水平和降低线路闪络次数的有效措施。

［1］秦粟.10kv 配电线路雷击故障特性分析及防雷策略[J].电子测试，2013（13）.

［2］梁耀升，梁喜标.10kv 配电线路防雷措施分析[J].科技创新与应用，2012（11）.