10kV配电线路防雷技术分析及解决方案

10kV配电线路防雷技术分析及解决方案

【摘要】本文介绍了10kV配电线路因雷击造成的故障类型，并就雷击故障的危害进行了说明。通过10kV配电线路防雷工作在技术性及管理性手段进行详细分析，提出有效的综合性的解决方案及建议。可供相关技术人员参考借鉴。

【关键词】10kV配电线路;雷击;平均绝缘水平;雷电释放通道;防雷圈

1.引言

现时乡镇农村地区的10kV配电线路都是以架空线路为主，而发生架空线断线或跳闸的故障原因多种多样，包括外力破坏、设备损坏或烧毁、雷击、误操作等。但因雷击造成的10kV配电线路断线跳闸占主要。根据2009年至2013年的数据统计，江门市新会区司前镇区域内的10kV配电线路断线跳闸故障中因雷击造成的占总数的70%。因此10kV配电线路安全问题，尤其是防雷能力，是电网极为重要的问题。10kV配电线路遭雷击断线跳闸，不但会损坏设备，还会对人身安全造成严重威胁。

2.10kV配电线路雷电故障的类型及危害

（1）架空导线断线。

雷电直接击在架空线上，导致架空线断线。其危害为：第一，直接威胁该架空线下人身安全;第二，线路跳闸，修复时间长，造成较大经济损失;

（2）绝缘子被击穿。

绝缘子因为质量问题或老化等原因，会出现绝缘层的破损，降低了架空导线与铁制横担间的绝缘水平。该问题绝缘子在线路正常使用或遭受雷击期间，会产生工频续流，造成架空线断线或线路接地故障。其危害：线路产生故障后，故障点难以快速查找，造成停电时间过长，经济损失较大。

（3）避雷器被击穿。

避雷器长期承受工频电压，容易老化。而在线路遭受雷击的情况下，避雷器会出现击穿情况，造成线路直接接地故障。但因为其击穿后难以发现，也可能出现雷击期间未出现接地故障而在线路正常运行情况下出现接地故障的情况。其危害：线路产生故障后，故障点难以快速查找，造成停电时间过长，经济损失较大。

（4）线路开关非正常跳闸。

架空线路遭受雷击后，形成很大的雷电流，造成线路开关过流跳闸。其危害：造成线路跳闸，造成间接经济损失。

图1

3.10kV配电线路防雷的技术性手段

3.1 线路防雷产品的选用

（1）阀型避雷器和氧化锌避雷器的选用。10kV配电线路使用的避雷器按途径分两大类型：设备防雷避雷器及专用线路防雷避雷器。这两种避雷器都能限制过电压波的幅值，将雷电流泄放到地中，减少跳闸。但因其寿命有限、查找故障困难，不适宜全线安装，只能根据配电线路的特性进行分段、分区域安装。

（2）防雷绝缘子的选用。防雷绝缘子包含了瓷质绝缘子和复合绝缘子。对比复合绝缘子，瓷质绝缘子虽然运行时间较长，防雷性能稳定，但其防雷技术水平落后，线路环境适用性差、发现故障难以查找，也受制于制作工艺、质量。因此，现时对防雷绝缘子的选用以高绝缘等级的瓷质或玻璃质绝缘子、多功能复合绝缘子为主。

（3）防雷线夹的选用。防雷线夹是固定在横担及导线间，利用两者间的间距进行雷击放电，其安装时的间距是否符合标准决定该防雷线夹的防雷水平的高低。因此，我们建议采用新型节能多功能防雷线夹。

（4）接地极的选用。现时常用的接地方式是：镀锌铁接地网+镀锌铁接地极的组合。虽然造价低，但其导电性能不稳定、防腐能力差、维护工作量大，如维护不当造成配电线路的防雷隐患。根据每个区域内的周边环境、土壤情况等，我们建议采用钢铸铜接地极或等离子接地极，其优点如下：长时间使用（30年），接地电阻较为稳定，便于维护; 安装占地小; 使用地形广泛，可用于山地，持续改善周围土壤的导电性能。

3.2 防雷的技术原则

3.2.1 保持一段线路的平均绝缘水平

雷电的特性是寻找线路最薄弱的点进行释放，如果我们在进行防雷绝缘子更换时一定要保证在某段线路内的较为统一的综合性措施，保证某段线路内的平均绝缘水平，不能“99+1=0”。在没有明显区分的同一线路段内，高绝缘等级的一段线路将会对邻近低绝缘等级的那一段线路产生威胁。

3.2.2 设立适当的雷电释放通道

线路避雷器、大通流量避雷器都是对雷电能量释放的一种方式。线路绝缘水平较高的情况下，这个就显得比较重要，不然雷电强大的电流能量将会传递到开关，造成其他设备故障。

3.2.3 利用开关拆分配电线路

利用开关多段拆分配电线路有利于各个防雷区域的实现。防雷区域的实现可以减少配电线路故障时的停电范围及隔离高故障率区域，也可以对每个防雷区域进行单独的防雷改造方案设计。

3.2.4 优先隔离雷电高故障率的区域

在不能对整条配电线路进行防雷改造的情况，优先隔离那些雷电或其他因素可能触及故障发生几率较高的线段，应规划安装分段开关进行隔离。从2009年至2013年，我们针对此类情况的措施计划表如下：

序号 位置 是否雷区 历年故障次数 计划措施

1 中和甲线#33塔-#72杆 是 4 更换绝缘子、安装线路避雷器

2 中和乙线#21杆-#46杆 是 3 更换绝缘子、安装线路避雷器、安装分段开关

3 鸣乔线#1-#58塔 是 4 更换绝缘子、安装线路避雷器、安装分段开关、安装防雷线夹

4 司益线#22-#98塔 是 4 安装分段开关、安装防雷线夹、更换绝缘子、更换避雷器

5 司石线#11杆-#25塔 是 5 拆除#11杆后段T接，安装线路避雷器、更换绝缘子

4.10kV配电线路防雷的管理性手段

4.1 10kV配电线路防雷圈的规划

我们根据所在地区的10kV配电线路的走向、长度、负荷密度、历史故障程度等因素进行防雷圈的层次划分：（1）10kV配电线路的走向。乡镇地区常见的线路走向为单向放射式及曲折放射式。单向放射式走向的线路可以根据一定的长度、负荷密度分布进行防雷圈划分;曲折放射式的线路走向可以根据包围圈的面积大小、负荷密度进行防雷圈划分。

（2）10kV配电线路的长度。根据一定的长度进行防雷圈的划分。其长度是根据该线路长度内的防雷设备状态、线路分段开关位置等因数进行确定的;

（3）10kV配电线路的负荷密度。一般在负荷密集的区域进行防雷圈划分，每一个负荷密集区域区分一个防雷圈或防雷区域;

（4）10kV配电线路的历史故障。查找出每条线路因雷电造成的故障情况，分析这些故障类型是否经常出现在线路的某些区域;找出这些区域后就要根据上述其他要素进行防雷圈划分，并进行该特殊区域的重点关注及隔离。

根据以上所述，我们将司前镇的配电线路分成三级防雷圈，如图1所示。

4.2 第一级防雷圈的定义及措施

（1）范围为变电站开关至配电线路第一个分段开关处，分段开关位置根据各条线路的走向、长度、负荷密度等确定。

（2）范围圈内的防雷泄放通道的密度约为200米-300米/组。

（3）必须安装专用线路避雷器做后备通道。

（4）防雷绝缘子需全部更换为57-2、FC-70P类绝缘子及应用复合性质的多功能绝缘子。

（5）配变户外引落避雷器应90%更换为大通流量瓷质避雷器，具备明显的故障显示功能。

（6）接地极的测量利用各类快捷测量设备进行不定期抽查测量，应用新技术的接地组合。

（7）变电站出线第一基杆塔至第十基杆塔间隔安装过电压保护器。

4.3 第二级防雷圈的定义及措施

（1）范围为第一个开关至线路第二个分段开关处，分段开关位置根据各条线路的走向、长度、负荷密度等确定。

（2）范围圈内的防雷泄放通道的密度约为300米-600米/组。

（3）每10基杆塔必须安装1组专用线路避雷器。

（4）绝缘子根据每次检修登杆检查更换绝缘子，雷区需整段更换为57-2、FC-70P类绝缘子及应用复合性质的多功能绝缘子。

（5）接地极的测量按缩短年限测量（2年）。

（6）在雷区范围内间隔安装过电压保护器。

4.4 第三级防雷圈的定义及措施

（1）范围为第二开关至末端或需要隔离的高故障率线路段，分段开关位置根据各条线路的故障几率确定。

（2）范围圈内的防雷泄放通道的密度约为800米-1000米/组。

（3）专用线路避雷器根据区域的故障几率进行选择。

（4）防雷绝缘子按运行年限或损坏情况选择性更换为57-2、FC-70P类绝缘子。

（5）接地极的测量常规周期测量（3年）。

5.技术性与管理性手段相结合的实施效果

按照上述防雷的技术性及管理性手段，我们在每次10kV配电线路进行检修时，都会实施线路的防雷作业。2009年至2013年的防雷作业数据统计如下：

年份 更换57-2绝缘子（只） 更换FC-70P悬式绝缘子（片） 整改接地极及引落线（组） 安装专用线路避雷器（组） 更换大通流量避雷器（只） 安装防雷线夹（套）

2009 214 256 42 7 30 167

2010 230 320 171 20 516 0

2011 800 660 30 14 21 0

2012 945 1965 83 0 180 0

2013 270 500 12 0 60 0

总计 2459 3701 338 41 807 167

覆盖率 70% 80% 90% 80% 95%

现时，新型绝缘子的覆盖率达70%-80%;改造的接地装置达90%;安装的专用线路避雷器覆盖率达80%;新型避雷器覆盖率达95%;对应的2010年-2013年的雷电故障数据如图2所示。

从上表可知，防雷的技术性及管理性手段的相结合方案效果明显。

6.建议

该方案只是针对某个区域内的防雷特性进行设计的，并不是完整完美通用方

案。但一般来说，我们在进行配电线路的防雷工作时应注意以下问题：

（1）新技术的防雷产品可以解决防雷工作的一些问题，但不是全部。

（2）防雷工作的必须分层次、分区域，整条线路可以是一个区域，某段线路也可以是一个区域。

（3）每条配电线路都具备防雷特殊性，没有完整完美的通用方案。

（4）1年或2年的雷电故障次数下降并不代表防雷方案有效，需要多几年的数据观察分析。

（5）应用新的信息技术跟踪雷电更能解决线路的防雷问题，如雷电信息系统。

图2

7.结束语

在我们讨论如何进行10kV配电线路的防雷工作时，要从多方面进行考虑。单方面依靠新技术的防雷产品或依靠管理手段进行线路的防雷工作都是不行的，必须在管理性的思维上去使用新技术防雷产品，也要针对各类型的防雷产品去改变防雷工作管理性思维。两者相互结合，相互改变才可以使得10kV配电线路的防雷工作落到实处。