「导线过电压」浅析10kV配电网如何防范和有效避免雷击故障

今天，山东创新网分享「导线过电压」浅析10kV配电网如何防范和有效避免雷击故障。

电力生产具有“发、输、变、配、用”同时进行的特点，一旦发生意外或人为停电事故，将对人身安全及社会经济建设和人民群众的生产、生活产生不同程度的负面影响。因此，供电部门应积极开展形式多样的安全生产活动，努力搞好供电安全工作，提高安全生产管理水平、清除设备隐患、强化安全意识，全力保证社会生产、生活用电。从安全角度讲，人为原因造成的用电安全隐患可防可控可以避免，但诸如雷击等自然灾害造成的用电故障在一定程度上具有不可预知性，防范难度较大。从大面上看，全国各地每年都有配电网因遭雷击而造成的用电安全事故发生，这给所辖区域人民群众的生命安全和生产、生活带来很大损失。有统计资料显示：南方某省电网10kV馈线有年上半年由雷击引起的故障占配电网总故障的33.3%，特别是进入雷雨季节之后，5月份、6月份雷击引起的故障分别占到了43.4%和50.6%，雷击已经成为造成配电网故障的主要原因，严重影响了配电网的安全稳定运行。另有报道称，我国北方地区夏季也常有雷雨天气，一些省份的配电网故障中，雷击引起的故障次数也相当惊人。因此，科学分析配电网雷击故障原理，制定并严格实施有效的防范措施，降低此类故障发生率可谓迫在眉睫。

1.雷击故障的分类
通常，雷击故障分直击雷危害和感应雷危害两种情况，对于配电网，由直击雷过电压导致的电网故障所占比例很小（不超过10％），从统计的情况看，绝大部分雷害事故是由感应雷过电压造成的。由于10kV配电网设备绝缘水平较低，而据测量感应雷过电压的幅值可达500kV左右，对配电线路绝缘造成很大的威胁，因此，10kV配电网防雷的重点应主要放在预防感应雷击过电压。

2.配电网雷击故障原理分析
2.1架空绝缘导线遭雷击断线
在10kV配电网中，雷击断线问题是非常突出的。我国不少省份，尤其南方一些地区的电网10kV公用馈线，一般采用架空绝缘线、架空裸导线和电缆。架空绝缘导线虽然只占了其中的10%，但由于其一旦遭受雷击必然断线，因此雷击断线问题主要集中在架空绝缘导线上。
雷击断线原理分析：与绝缘线相比，架空裸导线遭雷击引起闪络事故时，在工频续流的电磁力作用下，电弧会沿着导线（导体）滑移，电弧在滑动中释放能量，且在工频续流烧断导线或损坏绝缘子之前，断路器自动跳闸切断电弧，不会严重烧伤导线；而绝缘导线则不同，当雷电过电压引起绝缘子闪络并击穿导线绝缘层时，被击穿的绝缘层呈针孔状，接续的工频短路电流电弧受周围绝缘层的阻隔，不能在其表面滑移，电荷集中在击穿点放电，弧根只能在绝缘击穿点燃烧，在断路器动作之前的极短时间内整齐地烧断导线。特别是在耐张杆和终端杆导线的破口处，工频续流更加容易建弧，形成相间金属性短路，造成断线。
2.2其他电力设备遭雷击故障
除绝缘导线外，其他电力设备遭雷击故障的原理如下：（1）对于配电变压器，雷击故障往往是由于感应雷过电压通过线路传送过来，击穿绝缘所致。（2）对于开关，雷击故障是由线路传送来的雷电波在其断开处的全反射使电压上升一倍，将其绝缘击穿；同样开闭所、环网柜、 箱式变压器的进出线为电缆加架空线路时，在电缆与架空线路的连接处雷电波反射产生的过电压也会危及电缆绝缘和开关安全。

3.配电网防雷的措施
3.1防止绝缘导线雷击断线的措施
3.1.1安装避雷器
众所周知，避雷线虽然能够有效防止雷电过电压，但大多数用于输电线路。对于配电线路，由于其一般较低，周围的高物体可以形成一定的保护，另外配电网线路分布很广，广泛采用避雷线不经济，因此配电网线路很少采用避雷线来防止雷电过电压。但对于那些位于空旷地区、雷击故障较多的配电网线路，可考虑加装避雷线。
对于配电网线路最有效、最经济的防止雷击故障的办法就是安装线路避雷器。避雷器能够有效地截断工频续流，限制雷电过电压。
3.1.2在架空绝缘导线上安装防弧金具
对于辐射型线路，将导线的绝缘层由绝缘子轴线起向负荷侧剥离 100至150mm，在剥离段负荷侧端部加装一个厚重的铝合金线夹，当雷击引起绝缘子闪络后，工频续流电弧在电动力的作用下迅速沿着被剥离的导线段向防弧线夹处移动，且弧根固定在防弧线夹上燃烧。对于环网线路将绝缘子两侧的导线绝缘层分别剥离100至150mm，剥离段的两侧端部都加装防弧线夹，当雷击引起绝缘子闪烙后，工频续流电弧在电动力的作用下迅速沿着剥离导线段向背离电源方向的防弧线夹处移动，且弧根固定在防弧线夹上燃烧。此方法可以有效地防止雷击断线故障，但会引起水分从剥离绝缘层处浸入，导致铝导线的腐蚀。据国外经验，腐蚀引起的故障在安装20年左右才会出现。
3.1.3适当增加线路的绝缘水平
将直线杆采用玻璃钢绝缘横担取代原有的铁横担，将耐张杆采用钢化玻璃绝缘子代替原有的悬式绝缘子，都可以显著增加闪络路径，从而大幅度提高线路的耐雷水平，降低线路的建弧率而避免雷击断线事故的发生。另外，钢化玻璃绝缘子闪络后在玻璃面留有明显放电痕迹或爆裂，便于运行维护人员发现隐患。
3.2其他电力设备的防雷措施
对于其他电力设备，加装避雷器即可有效地防止雷击故障：（1）在配电变压器高、低压两侧均加装避雷器，使两侧避雷器接地线与变压器外壳连在一起，形成三点共同接地线。（2）开关类设备两侧均要加装线路避雷器，变电所出线开关线路侧要加装线路避雷器。
在实际中多次发现雷击故障是由于避雷器选型不当、产品质量不合格或者接地电阻不合格引起的。因此在安装避雷器时，必须精确核算线路和设备的绝缘配置，并且保证避雷器质量合格，另外也要加强对接地线和接地网的巡视、检查和试验。
综上所述，雷击这种自然灾害严重危及用电安全，一旦发生给人们的生产、生活带来不同程度的损害。从实践中获悉，雷击故障大多是由于避雷器选型不当、产品质量不合格或者接地电阻不合格引起的，这些原因基本都是可防可控的。日常工作中，只要我们电力专业人员认真分析，科学对待，合理安装设备，落实防范措施，就一定能够将雷击造成的损失降到最低。