10kV线路雷击过电压分析及防雷措施研究阮灿华

10kV线路雷击过电压分析及防雷措施研究阮灿华

发布时间：2022-02-24T00:56:01.581Z 来源：《基层建设》2021年31期作者：阮灿华

[导读] 10kV线路属于配电网中比较关键的组成部分

广东电网有限责任公司清远佛冈供电局广东清远 511600

摘要：10kV线路属于配电网中比较关键的组成部分，其将会直接决定配电网的运行效率，决定用户的用电体验。然而在10kV线路工作过程中，不可变会出现雷击过电压现象，进而影响其运行效率。本文将会对10kV线路雷击过电压进行全面、系统的分析，然后在此基础上制定一套系统、完善的防雷措施，有效避免10kV线路雷击过电压的产生，提高10kV线路运行效率。

关键词：10kV线路；雷击过电压；防雷措施

引言

通常情况下，10kV线路具有复杂的网络结构，加之绝缘水平偏低，极易受到雷害影响，从而导致10kV线路出现故障跳闸或接地，造成线路停电，不仅降低了10kV线路供电的可靠性，而且还对用户的工作、生活和学习产生不利影响。大量的调查与统计发现，在10kV配电线路运行阶段，在总跳闸次数中，因为雷击产生的跳闸次数占比达到了70%～80%，尤其是在土壤电阻率高、多雷、档距大、地形复杂的地区，由于雷击10kV线路将会产生更高的故障率。因此，做好10kV线路雷击过电压探究，并由此制定防雷措施尤为重要。

1.10kV电网规划的模型和方案

1.1架空线区域网架模型

10kV架空线最好选择双电源单联络接线，并结合区域内负荷发展要求和供电可靠性来确定架空线区域网架模型，以此来实现向N供一备方式或网格式过渡。在10kV架空线区域网架模型中，双电源单联络接线模型在负荷密度较低区域（负荷率低于50％）得到广泛应用，如负荷增长未到位新建城区及农村区域。网格式结构在负荷密度比较高（负荷率超过50％）、供电可靠性要求高的区域得到广泛应用。

1.2电缆区域网络模型

对于10kV电缆区域而言，最好结合供电可靠性要求、负荷密度，来对单环或双射接线方案进行合理选择。单环网及双射接线在负荷密度较低区域（负荷率低于50％）得到广泛应用，双环网模式在在负荷密度比较高（负荷率超过50％）、供电可靠性要求高的区域得到广泛应用。

2.10kV线路雷击过电压形式

10kV线路雷击过电压主要包括了感应雷过电压和直击雷过电压两种形式，具体如下：（1）感应雷过电压。这里所提及到的感应雷过电压一般是指雷电击10kV线路附近的大地时，在电磁感应作用下，将会在导线上产生过电压。静电分量和电磁分量组成了感应雷过电压，因为导线和主放电通道是相互垂直，因此在两者间不会产生比较大的互感，即不会产生比较大的电磁感应；（2）直击雷过电压。这里所提及到的直击雷过电压一般是指雷云击中电力装置、杆塔等物体时,将会产生强大的雷电流，并通过上述物体泄入大地，该过程将会在物体上产生比较高的电压降。

3.10kV线路雷击过电压机理

绝大多数的10kV线路闪络或雷击故障均是因为感应雷过电压导致，其在雷害事故中占比达到了75%，下面将会以感应雷过电压为例进行分析。

以负极性雷云为例，来对感应雷过电压产生的过程进行绘制（如图1所示）。对于雷云放电初始阶段而言，在进行先导放电时，一般会沿导线方向在雷云与先导通道间产生一个的电场，导线两端的正电荷在场强Ex作用下将会产生较大的吸引力，并在靠近先导通道的导线上进行束缚。同时，场强Ex还会排斥导线上的负电荷，并产生一定的排斥力，这样就可以将负电荷转移到导线两端，随后借助泄漏电导传输至大地。先导通道缓慢扩展后将会使导线上电荷产生比较缓慢的转移，同时产生的电流也不明显，此时远离雷云处的导线将会与导线具有相同的电位。

实际上，在雷云放电瞬间，将会对先导通道中的负电荷进行中和处理，大大降低了电场强度Ex，这样一来导线上的束缚电荷将会在短时间内沿导线两侧被释放出来，进而产生感应雷过电压。对于雷电通道中所存在的雷电流，一般会通道周围空间产生相对比较强大的电磁场，且随着电磁场的变化将会诱发导线感应产生比较高的电压。在先导通道中，由电荷运行所出现的静电场突然消失后，将会产生一定的感应电压，即所谓的感应雷过电压的静电分量，具有比较高的电压幅值。而此时在先导通道中由于雷电流的存在而产生的磁场变化也会产

生感应电压，即所谓的感应雷过电压的电磁分量，其远小于静电分量。因此，静电分量在总的感应雷过电压幅值上发挥着至关重要的作用。

图1 感应雷过电压形成示意图

4.10kV线路防雷措施研究

雷击将会对10kV线路产生比较大的影响，并且对设备和线路产生比较严重的干扰，甚至有可能导致整个设备和线路出现炭火，进而对电力行业的日常工作产生不利影响，在给人们用电产生诸多不便的同时，也会影响电力行业的可持续发展[1]。为了使上述问题得到有效预防和解决，需要结合实际情况做好10kV线路防雷工作，具体防雷措施如下：

（1）从设计角度对防雷给予综合考虑，并结合实际情况合理选择防雷设备。为了有效降低雷电对10kV线路产生的危害，一般要求在设计、施工方面给予重视，并对设备和器材给予合理选择，而且严格按照相关规范和标准来进行施工。在具体施工阶段，还需要做好对线路的绝缘保护，以此来降低10kV线路的闪络概率。通常情况下，当10kV线路具有比较低层次的绝缘水平时，一旦遭受雷击的影响，或者产生过雷电时，均有可能诱发10kV线路的绝缘子闪络，进而不同程度上损坏设备和线路。因此，在进行10kV 线路设计过程中，对于雷电区，可以通过加大悬式绝缘子片数的方式来使整个10kV线路的绝缘水平得到有效提升。

（2）加装避雷针避雷。如果10kV线路的设备经常遭受雷击损坏，则需要按照要求为其增设避雷针，因为避雷针属于比较常见，且效果明显的线路避雷方法，但是在加装避雷针过程中，需要配备良好的接地网，以免由于接地网达不到要求而对设备产生比较严重的损坏[2]。

（3）加装线路避雷器。如今，对于新架设的10kV线路，在具体设计阶段，一般会结合当地实际情况来对线路避雷器进行安装，然而以前所设计的旧线路并未安装有线路避雷器，此时为了安全起见可以考虑为了安装线路避雷器，以达到预期的防雷效果。在加装线路避雷器过程中，安装地点的选择如下：一是山坡地势相对比较突出的线路点；二是以往雷击损坏设备比较频繁的线路点；三是周围不存在比10kV 线路高出物体的线路点。

（4）做好配电设备防雷保护工作。在进行10kV线路配电设备保护过程中，最好将低压避雷器安装在低压一侧，这样可以实现外壳与接地处的有效连接，从而实现对雷击的有效防护。同时，还需要做好柱上开关的防雷保护工作，一般会选择将开关和刀闸安装在10kV配网线路中，以此来有效提高运行的可靠性与灵活性。在刀闸上同样需要开展相应的防雷保护，以免对设备产生不同程度的损坏。开关属于10kV 线路防雷保护的关键部分，在对其进行防雷保护时，需要将避雷器安装在开关两侧。此外，按照要求做好电站所的保护工作，以免雷雨天气遭受雷击影响，该过程一般会选择将过电压保护器或间隙避雷器安装在变配电站所的开关位置。

（5）间隙和避雷器的配合。在10kV线路防雷工作中，避雷设备取得了比较好的应用效果。但是，由于无间隙的避雷器一般会受到工频电压的影响，而且还有可能承受过电压的影响，进一步加剧了避雷器的老化，致使各种安全事故频发，大大降低了供电的可靠性。基于此，最好采用免维护的氧化锌避雷器。如今，对10kV线路运行情况进行分析可以发现，对避雷器进行大范围地安装是不现实的，不计安装成本高，而且也会增加后期维护的难度。此时可以通过10kV线路间隙和避雷器的有效配合来达到预期的防雷效果[3]。

（6）做好避雷器的管理。在10kV线路运行阶段，为了更好的发挥避雷器的作用，则需要做好避雷器的管理工作。大多数避雷器使用年限为5年，如果超过使用年限后，将会加剧避雷器老化现象，进而导致其失去避雷效果，甚至有可能成为10kV线路的负担，增加了雷击的可能性。因此，为了避免上述问题的发生，则需要将避雷器纳入日常设备管理之中，并对避雷器定期开展实验，对老化失效避雷器给予及时更换，以此来充分发挥避雷器的作用，进而达到预期的防雷效果。

（7）降低配电设备接地电阻。采取相关措施来降低配电设备接地电阻，能够提高雷电防护效果。此时，一般会选择对10kV线路安装水平接地体，并将防腐剂施加在接地体周围，该过程中对10kV线路的深埋和焊接提出了比较高的要求，一旦材料遭受腐蚀，将会导致接地电阻无法满足规定，影响了雷击电流向地下的有效释放，进而增加了设备损坏的可能性。此时，要采取措施来确保10kV线路的深埋和焊接质量，进而保证雷电可以顺利的向地下释放。

（8）过电压保护器。在10kV线路防雷保护过程中，过电压保护器具有MOA 保护特性好和保护间隙低成本的优点，一般会选择羊角金具间隙串联避雷器，然而其具有比较小的保护范围，且安装工艺会对防雷效果产生比较大的影响。如今，部分厂家开始加大了对无工频续流放电间隙装置的研发力度，其通过工频限流器和放电间隙的有效配合，可以通过间隙和限流元件将瞬间雷击能量进行平稳释放，避免工频续流的产生，实现对10kV线路和相关设备的有效保护。当10kV线路遭遇过电压或雷击时，过电压可以通过无工频续流放电间隙装置来实现对电流的有效引流，从而通过工频限流器和固定空气间隙使过电压产生的大电流流入大地，有效释放了过电压能量。同时，工频限流器还可以及时截断放电间隙下电极和放电间隙板间所产生的工频续流，进而确保10kV线路顺利恢复正常运行。此外，在10kV线路正常运行阶