10kV配网雷击事故分析及防雷改进措施

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摘要：本文主要针对10kv配网雷击故进行分析，讨论了防雷保护中存在的问题，特别是线路绝缘水平低、防直击雷措施少、避雷器使用不当和接地不事良、雷电过电压与内过电压联合作用，这些都是目前配电网雷击跳闸率居高不下的主要原因，并相应地提出了改进措施。包括规范避雷器的安装维护、改善避雷器和杆塔接地、使用塔顶避雷针、使用自动消弧装置降低配电网建弧率、限制雷电流过后的弧光接地过电压和铁磁谐振过电压等，以提高配电网耐雷水平和供电可靠性。

关键词：配电网；防雷装置；防雷措施

中图分类号：U665.12文献标识码： A 文章编号：

引言

我国的主要配电网络6～10 kV电网最易发生雷害事故。虽然经城乡电网改造后状况有所好转，但在雷电活动频繁地区防止雷害特别是雷击跳闸事故方面并未根本好转，危及中压电网的安全可靠稳定运行。因此应认真分析和研究配电网的防护现状、雷害原因、防雷缺陷和改进措施。

1 配电网防雷现状及原因分析

6～10 kV 配电网无避雷线保护、绝缘水平低，易受直击雷和感应雷的危害，调查发现河源、茂名、佛山等地配电网总故障率中雷击跳闸率大于80%，柱上开关、刀闸、避雷器、变压器、套管等设备常遭雷击损坏，甚至有些变电所10kV线路在雷电活动强烈时全部跳闸，极大地影响了供电可靠性和电网安全。配电网雷害事故的原因分析如下：

1.1 绝缘导线雷击断线事故

为提高供电可靠性，应实施绝缘化改造城市架空配电网，但雷击断线问题非常突出，几乎是绝缘导线一旦遭受雷击必然断线。主要原因为绝缘架空线路遭雷击并击穿绝缘层时， 数千A工频续流流过针孔状击穿点，其电弧受周围绝缘的阻隔，弧根集中在击穿点燃烧导致导线烧断。而对于架空裸导线，工频短路电流电弧在电磁力的作用下沿导线滑动，不易烧断。绝缘导线断线部位多在绝缘导线固定处，但绝缘导线档距中间处也有( 如某一同杆共架的3回绝缘导线 ，一次雷击就断线5根且断线点均在档距中间)，其原因可能是雷击闪络引起相间工频短路，保护动作不及导致闪络点烧断。

1.2配电变压器雷击事故

主要是避雷器安装不规范所致。有的城乡结合部的配电变压器仅高压侧安装避雷器且其连接线过长，有的变压器虽然高低压侧均安装避雷器，但其接地端与低压绕组中性点及变压器的外壳未连接在一起后再接地。

1.3 配电设施的薄弱环节

多为防雷措施不够和避雷器的选型、接地不当。如有的柱上开关未装避雷器，有的联络开关和主干线上的分段开关仅一侧装避雷器，开关或刀闸断开的线路遭雷击时，雷电压将不沿线路传播而是在断开处经全反射后升高1 倍，危害开关或刀闸的绝缘甚至击穿。10 kV 配电网接地电阻超标，接地引下线施工不规范，有的多个公用设施共用一个螺栓与同一接地体连接，导致连接不牢靠等。

1.4避雷器受雷击

电网一般靠变电所出线侧和配电变压器高压侧的避雷器保护，线路中间多缺少避雷线保护而易受雷击，即使这些避雷器动作，较高的雷电过电压也会使线路绝缘子击穿放电。目前6～10 kV 电网所用避雷器( 包括新型氧化锌或老式碳化硅的、带或不带间隙的) 较杂，其额定电压、动作电压及其残压差异较大。而配电网又极易由雷电过电压引发弧光接地过电压( 可达315 p. u. ) 和铁磁谐振过电压( 可达310 p. u. ) , 经常导致避雷器爆炸。如2010年某变电所10 kV 配电网就曾因雷击引发这两种内过电压造成多起配电设事故。另外还有些避雷器因质量差而在运行中受潮，或间隙动作后不能可靠熄弧而爆炸，造成电网接地短路事故。

1.5电网中避雷器接地受场所限制

相当多( 如广东某县供电局统计约30%) 配电型避雷器接地电阻超标，接地引下线损坏。引下线有些用带绝缘外皮的铅线，内部折断不易发现，两边连接头易锈蚀；还有些在埋入土中与接地体连接处产生电化学腐蚀甚至断裂( 这在县级供电局配电网中相当严重) ，使避雷器等防雷设备形同虚设，如佛山某变电所多次发生雷害事故即是该所母线避雷器与地网腐蚀断裂所致。

1.6多回路线路受雷击

为节约线路走廊用地和投资，常用多回路( 大多3～4回, 也有6～8 回) 同杆架设。而一旦雷击线路，绝缘子对地闪络并产生较大工频续流，则持续的接地电弧会波及同杆架设的其他回路而同时接地短路。

1.7电网直接向用户供电

用户多无备用电源，线路和防雷设备长期无法正常检修维护，绝缘弱点不能及时消除，耐雷水平下降，雷击跳闸率上升。

1.8雷电过电压造成的闪络多具瞬时性

绝缘子闪络后一般都能自行恢复绝缘，自动重合闸是减少雷害事故、保证供电可靠性的主要手段，但种种原因使6～10 kV 电网自动重合闸投运率不高，这也是中压电网雷害事故偏高的主要原因。

2 10kV 配电线路防雷保护措施

2.1 安装避雷器进行保护

防雷避雷器实质上就是一个自动开关。平时电压正常时开关处于断开状态不影响电器设备的使用运行。当高电压来临时，开关就会自动打开接通接地通路，让雷电流沿着接地通路进入地下进行释放中和，从而起到保护电气设备安全的作用。

2.2 等电位和接地在概念上的差异

等电位和接地是两种保证电气安全的措施。我国国家标准过去较多关注的是接地，但是国际电工委员会强调的是等电位连接。等电位连接近几年被我国引入了国家标准之中，两者都同时受到重视强调。但两者有着很大的不同：等电位连接是设备和装置可导电部分的电位基本相等的电气连接，接地是防止接触电压触电的一种防护技术措施。在防雷实践中通常所做的安全接地其实就是等电位连接，它是以地电位作为基准电位，在等电位连接的概念引入后原来模糊的空间就清晰起来。现在国家标准在建筑上比较强调等电位连接，从实施效果看令人满意。等电位和接地所用的测试仪器、测试方法、测试数值都不相同，所以二者显然不同。一般接地的规定较为明确，在施行上不容易出现争议，但等电位连接有争议的地方还比较多。在建筑行业安装施工有效的等电位连接方法，强电施工方法不能用在弱电施工上。强电和弱电保护的对象不同，采用的器件和方法不同，原理和指标参数也不同。太多的不同必然造成设计、施工上的不同。所以在10KV 配电设备上要根据不同的防雷保护要求进行不同的设计施工。

2.3 并联间隙绝缘子的使用

用于10kV 配电线路的防雷保护间隙的设计应该考虑以下几个方面的要求：首先，雷击线路时，保护间隙应当能够先于绝缘子串放电，捕捉放电电弧根部引导雷电流入地，从而保护绝缘子串和线路不被烧毁，这是保护间隙的首要作用。其次，保护间隙与线路的绝缘配合也应当保证在线路最大操作过电压下不击穿，不降低线路绝缘水平。这是因为整个配电线路是按照耐受系统预测的操作过电压设计的，如果间隙不能耐受操作过电压，就等于降低了整个配电线路的绝缘水平，这是不允许的。

2.4电容电流大于10 A 的电网安装自动跟踪补偿

消弧装置，可有效降低线路建弧率，提高供电可靠性。雷电过电压虽幅值很高，但作用时间很短。绝缘子的热破坏多由雷电流过后的工频续流即电网的电容电流引起。而某些型号的自动跟踪补偿消弧装置能把补偿后的残流控制在5 A 以下，为雷电流过后的可靠熄弧创造条件。如广东某铝箔厂四路电源2000 年加装ZXB 系列自动跟踪补偿消弧装置后彻底解决其频遭雷害的问题，还有效防止了弧光接地过电压和铁磁谐振过电压。

2.5提高自动重合闸的投运率，加强中压电网的运行维护，及时排除绝缘缺陷，提高电网耐雷水平，以减少雷击跳闸率，保证电网安全。

结束语

10 kV 配电设施防雷保护是一个系统工程，应因地制宜采取可靠的防雷措施，不断提高管理水平，雷雨季节调整好配网运行方式、保护定值以及重合闸装置；同时，要不断借鉴国内外先进的防雷理论和方法灵活运用到工程实践中。只有全方位采取综合治理措施，才能有效防止雷害事故, 提高电网安全运行水平。