10KV架空线路防雷技术

10KV架空线路防雷技术

邱大尉

（中国铁路上海局集团公司南京供电段黄山供电车间安徽黄山245000）

摘要：自合福高铁开通以，截止2018年12月12日以来本车间管辖的旌德站10KV配电所、泾县站10KV外电源线已经累计发生5起雷击故障，为提高配电线路的运行可靠性，针对部分片区配电线路架导线雷击断线故障突出的问题，文章有针对性地从架空导线雷击跳闸现场情况、机理、防治技术措施等多方位进行全面科学的诊断分析，实施相应的防雷治理措施，并取得了良好的配电线路防雷技术经济成果。

关键词：架空配电线路；雷害分析；防雷措施

本文对黄山供电车间管辖下合福高铁旌德站10KV配电所、泾县站10KV外电源线进行研究分析，从2015年5月至2018年12月12日旌德站10KV配电所、泾县站10KV配电所外电源线已经累计发生5起雷击故障：（1）2016年6月1日泾县站10KV配电所赤滩外电源线38-39#雷击断线；（2）2016年6月22日泾县站10KV配电所赤滩外电源线95-96#雷击断线（3）2017年8月20日泾县站10KV配电所赤滩外电源线99#-100#杆间A相雷击断线（4）2018年5月18日泾县站10KV配电所赤滩外电源线68#-69#杆间A、B相雷击断线。（5）2018年6月29日旌德站10kV配电所梓山外电源线22#铁塔中相悬式瓷瓶造雷击碎落。

经过统计分析可知雷击故障主要集中在泾县站10KV配电所外电源线，5起雷击故障有4件都在这条电源线上，占比80%；从故障时间发生时间上来分析，泾县赤滩外电源线都是集中在每年的5、6、8月份，以上月份均是处于强对流天气高发时期，雷击故障有明显的季节性特点，旌德站10KV配电所梓山外电源线2015、2016、2017年均无雷击故障，2018年6月却出现了电源线悬式瓷瓶遭受雷击碎落的故障，这就需要引起足够的警觉，注意观察气候以及周围环境的变化，采取有效的措施应对；从遭受雷击设备分布上分析，泾县赤滩外电源线故障全线均有分布，这就是说整条电源线处于雷电频繁的地区；从故障设备所处的地形上来看，所有故障均处于相对空旷的地形（如山坡、山顶、空地），或者植被茂盛的地形。车间管辖的合福高铁外电源线地处皖南山区雷击活动频繁，外部环境恶劣，且主要以架空线为主，主线路耐雷水平低，防雷效果差。经过细致的论证分析过后，10kV架空输电线路采取切实有效的防雷措施，防止雷击跳闸可大大降低输电线路故障。

通过对设备运行经验的总结，辅以理论分析，2017年6月本车间对泾县10KV配电所赤滩外电源线进行了有计划有步骤的整治行动：通过如降低杆塔接地电阻、提高避雷器密度、更换穿刺型间隙避雷器、将绝缘线更换为钢芯铝绞线等。但在采取这些防雷措施时，往往容易忽略如下问题，造成防雷效果不佳。输电线路防雷必须注意这几个问题，研究改进防雷措施，才能获得事半功倍的防雷效果。

一、雷击性质问题

架空输电线路上出现的雷过电压有两种形式：感应雷过电压和直击雷过电压。资料显示，输电线路感应雷过电压最大可达到400kV左右，它对10kV及以下线路绝缘有较大的威胁，我们在采取各种防雷措施时，对雷击性质未能有效地分析，很难准确地区分每次线路雷击故障的闪络类型，是反击还是绕击，在防雷措施上的针对性不强，存在一定的盲目性，造成防雷效果不佳。只有把雷击性质确定了，才能采取相应有效的防雷措施。针对直击雷采用避雷线进行防范，2018年6月29日旌德站10kV配电所梓山外电源线22#铁塔中相悬式瓷瓶造雷击碎落故障就是典型直击雷故障，本车间将根据设备运行情况确定加装避雷线；针对感应雷则通过避雷器进行防范，上述泾县赤滩电源线的4起雷击断线故障则是较为典型的感应雷击故障。

二、冲击电阻问题

从水平接地体的工频接地电阻计算公式：

Rg：水平接地极的工频接地电阻（Ω）；

ρ：土壤电阻率（Ω.m）；

L：水平接地体总长度（m）；

d：水平接地体的直径或等效直径（m）；

h：水平接地体的埋设深度（m）

k：与接地装置型式有关的系数（见表1）

表1、系数k与接地体型式的关系

根据计算书可知工频接地电阻与接地体长度有关，接地体越长，工频接地电阻越小。但在防雷接地中主要考虑雷电冲击接地电阻，冲击接地电阻与工频接地电阻有以下两点主要区别：一是由于雷电流相当于高频，接地体的电感效应将使延伸接地体在雷电流的作用下呈现较大的阻抗；另一方面，由于雷电流幅值很大（数十千安），接地体的电位很高，其周围土壤中的电场强度将大大超过土壤的耐压强度（8.5kV/cm左右），在接地体周围的封识会产生强烈的火花放电。实验表明，单根水平接地体的电位为1000kV时，火花放电区域的直径可达70cm。这种在土壤中形成的强烈放电可使土壤的等值电阻率ρ大为减少。所以，这种火花效应将使接地体的冲击接地电阻Rc比工频接地电阻R大大减少。通常把冲击接地电阻Rc与工频接地电阻R的比值叫做接地体的冲击系数α，其值小于1。

水平接地体的冲击系数与接地体长度、雷电流幅值、土壤电阻率等因素有关，当单射线的长度l上升时，冲击系数α上升很快，当采用伸长接地体时，有可能因电感影响更加显著而出现冲击系数大于1的情况。冲击电阻一般要求不大于10Ω。

三、避雷器的安装问题

目前，国内外已广泛采用线路合成绝缘氧化物避雷器用于输电线路防雷，并取得明显的效果。实践表明，金属氧化物避雷器无论在防止雷直击导线方面，还是在雷击塔顶或避雷线时的反击方面都非常有效的。特别是位于高土壤电阻率的容易绕击的山区线路，采用传统的防雷措施往往收效甚微，只有采取安装线路避雷器的防雷措施，才能有效防止雷击闪络故障。

有关试验分析表明：1）杆塔的接地电阻对线路的耐雷水平影响很大。不论避雷器安装方式如何，线路的耐雷水平基本上随接地电阻的增加而减少；2）避雷器能承受较大的雷电流所产生的放电能量，从通流容量来说有较大裕度，可以保证避雷器和线路安全。

因此，对于杆塔接地电阻较小的，只要在两边相安装避雷器，即可有效地提高线路的耐雷水平，可以满足防雷的需要。而当杆塔接地电阻较大时（大于60Ω），若只在边相安装2支避雷器，虽然也可明显地提高线路的耐雷水平，但耐雷水平只为109kA。此时，若在中间再多装设1支避雷器，则可使线路的耐雷水平更进一步提高。

由于电线路避雷器的投资较大，因此易击段和易击点的确定是非常重要的，必须进行技术经济比较和分析。线路避雷器安装地点的确定应根据线路的具体运行情况，如历年跳闸率、易击段、易击杆塔，结合线路杆塔的各种参数，包括地形、线路运行最高电压以及绝缘配合等因素来综合考虑。

电线路避雷器安装时应注意：1）水平排列、垂直排列的线路可只装上下两相，三角形排列的线路安装上相；2）易击点析杆塔安装了避雷器，如相临杆塔接地电阻偏高，最好在两侧相临杆塔上同时安装；3）安装时尽量不让避雷器受力，并保持足够的安全距离；4）避雷器应顺杆塔单独敷设接地线，其截面不得小于25mm2，尽量减小接地电阻。

电线路避雷器的应用仍有很多技术性问题尚需解决，需积极积累线路运行经验，做好线路防雷基础统计工作，解决易击段、易击杆和安装相别的选择，杆塔接地电阻、地形等因素对防雷效果的影响关系等问题。同时采用理论计算分析和校核以达到较好的运行效果，及时跟踪和总结线路避雷器运行经验，使这项线路防雷新技术得以有效应用。