10kV配电线路防雷保护措施研究

　　【摘要】结合地区10kV配电线路实际情况提出增强线路绝缘水平以降低线路闪络概率，架空绝缘导线雷击断线的防护措施，采用合适的中性点运行方式降低配电线路雷击建弧率，采用带并联间隙绝缘子与避雷器联合对10kV配电线路进行保护，制定了在不同线路形式与网络结构下中性点运行方式和自动重合闸的投运准则，完善10kV配电设备的防雷保护措施，结合湖南地区土壤电阻率情况提出切实可行的接地降阻方法。
　　关键词：10kV配电线路；雷击建弧率；配电设备；消弧线圈
　　1引言
　　10kV配电线路运行数据表明，10kV配电线路雷害事故频繁发生，严重危害了配电网的供电可靠性和电网安全，影响人民群众的生产、生活用电。因此，结合10kV配电线路运行与雷害发生情况，研究10kV配电线路的防雷保护措施具有相当重要的工程实际意义。
　　本文在广泛收集极具代表性的地区的10kV配电线路运行状况基础上，研究发现，湖南地区10kV配电线路雷害事故主要由感应雷电过电压引起，10kV配电线路绝缘水平直接影响了配电线路的耐雷水平，架空绝缘导线雷击断线的问题也日益突出，现有的10kV配电线路的中性点运行方式无法有效的解决线路雷击建弧率问题，配电设备防雷保护措施不完善，上述问题造成了10kV配电线路较为严峻的防雷形势。本文提出了完善10kV配电设备的防雷保护措施。
　　210kV配电线路防雷保护措施
　　2.1提高线路绝缘水平降低10kV配电线路闪络概率
　　由于配电网绝缘水平低，当线路中因雷电活动而产生感应雷过电压时，极易造成线路绝缘子闪络等事故，且在配电线路中为了节约线路走廊而采用同塔多回路技术，某些杆塔架设回路达到了4回，虽然在这种情况下节约了线路走廊，减小了线路投资，但是由于同塔多回路中线路与线路间的电气距离不够，因此，一回线路遭受雷害后线路绝缘子对地击穿，如果击穿后工频续流比较大，持续的接地电弧将使空气发生热游离和光游离，由于同杆架设的各回路之间的距离较小，那么电弧的游离会波及到其他的回路，引起同杆架设的各回路发生接地事故，严重时将会造成多回线路同时跳闸，极大的影响了配电线路的供电可靠性，针对上述情况可采用增强线路绝缘的方法。可采取将裸导线更换成为绝缘导线、增加绝缘子片数、在导线与绝缘子之间增加绝缘皮、更换绝缘子型号等方法提高线路绝缘水平。以湖南地区为例，湖南大部分地区配电线路绝缘子选用型号为P15，出于防雷方面的考虑，可有选择性的将P15型绝缘子更换为P20绝缘子，线路绝缘水平的提高也将明显的降低感应雷过电压造成线路闪络的概率，提高供电可靠率。
　　2.2架空绝缘导线雷击断线防护措施
　　根据对雷击架空绝缘线路断线机理的分析并结合实验室试验的结果分析，针对雷击架空绝缘线路的断线事故提出三点措施进行预防：
　　（1）提高线路局部绝缘水平
　　为了降低线路造价，可采用架空绝缘导线加强局部绝缘的方式，即在绝缘导线固定处加厚绝缘，如图1所示，使放电只能从加强绝缘边沿处或者是击穿绝缘皮后击穿导线，通过上述方式可有效提高线路的冲击放电电压。
　　                                                   
　                                                                                　图1加强局部绝缘示意图
　　（2）安装避雷器进行保护
　　在输电线路中使用线路避雷器取得了较好的防雷效果，借鉴于此，可以在配电线路中使用该方法，使用避雷器后，对架空绝缘线路形成有效的保护。由于无间隙避雷器长期承受工频电压，还要间歇地承受雷电过电压及工频续流，避雷器容易老化，所以避雷器故障很多，影响配电线路的供电可靠性。因此，在配电线路中可选用免维护氧化锌避雷器，对配电线路中的易击段进行有选择的安装，安装处除线路中的易击段外还应在相应的配电设备(配电变压器、柱上开关等)进行安装，对配电线路进行全面的保护。
　　（3）在绝缘子两端并联放电间隙防止绝缘导线的绝缘层击穿
　　在试验室采用如图2接线对架空绝缘导线的绝缘子两端并联保护间隙，做雷电冲击试验，结果表明：只要把间隙的放电电压调整到等于或略大于绝缘子的冲击放电电压，线路的雷电放电就会在保护间隙之间发生，从而可以有效防止绝缘导线的击穿，也就彻底解决了绝缘导线的雷击断线问题。
　　                          
　　                                             图2绝缘子两端并联间隙防止架空绝缘导线绝缘侧击穿
　　2.3采用间隙与避雷器配合对10kV配电线路进行保护
　　（1）避雷器的安装
　　避雷器对于配电线路中的雷电过电压的防护具有很好的效果，但是避雷器只能保护安装避雷器的当级杆塔，如果在配电线路上全线安装避雷器进行保护，将取得很好的效果，但是就经济技术比而言上述方法就不是很适合，而且全线安装避雷器的运行维护也是很大的问题，因此，应当在配电线路中有选择的安装避雷器进行保护
　　（2）并联间隙绝缘子的使用
　　根据保护间隙的功用，保护间隙和线路绝缘子串的绝缘配合应该满足以下两个方面的设计要求：首先，保护间隙距离的设计应当在雷击线路闪络时可以捕捉电弧的根部，并引导故障电流入地，以便保护绝缘子、线路零部件和导线。雷击闪络时，放电应当起始于间隙的一个电极，终止于另一个电极，电弧应尽量不接触绝缘子表面。试验发现，装有间隙的绝缘子串放电有通络和沿络两种情况。
　　2.4降低10kV配电设备的接地电阻
　　在配电线路中，降低接地电阻的主要采用以下两种方法：
　　（1）水平接地体。一般在配电线路中均采用这种方式进行降阻，从对长沙与衡阳地区的调研中发现，这种方法难以达到目标值要求，且及易腐蚀，使用年限不长。
　　（2）施加降阻剂进行降阻，实践证明，在水平接地体周围施加高效膨润土降阻防腐剂，对降低杆塔的接地电阻效果明显。
　　GPF-94高效膨润土降阻防腐剂具有较低的电阻率,加水后有较大的膨胀倍数(3～5倍),施加在接地体周围相当于增大了接地体的有效截面,消除了接地体与周围土壤的接触电阻;具有较强的吸水性和保水性以及随时间推移不断向土壤中渗透和扩散,降低了接地体周围的土壤电阻率,因而具有较好的降阻性能,特别是对高土壤电阻率地区以及干旱地区的降阻效果最为明显。具体使用方法如图3所示。
　　                                                        
　　                                                                              图3水平接地体施加降阻剂
　　2.510kV配电设备的防雷保护
　　（1）配电变压器的防雷保护
　　对配电变压器的保护应该在低压侧装设低压避雷器，与高压侧避雷器、变压器外壳和低压侧中性点一起接地，称为“四点共一地”。接地电阻值满足规程中所规定的100KVA以上容量配电变压器接地电阻在4Ω以下，100KVA以下容量的配电变压器接地电阻在10Ω以下。
　　（2）柱上开关的防雷保护
　　为了电网运行方面的需要，在6~10kV电网中安装了一定的柱上开关与刀闸，这对保证配电网的运行方式的灵活性，提高供电可靠性起了很大的作用，但是往往缺忽略了这些开关设备的防雷保护措施，在柱上开关和刀闸处有些没有安装避雷器保护，或者仅仅在开关的一侧装设避雷器保护，当开关断开时，将会造成雷电波的全反射，在雷害事故发生时造成开关设备自身的损坏，因此，开关设备自身的防雷保护是配电线路中防雷保护非常重要一部分，应该在开关或刀闸两侧安装避雷器对进行保护，避免在防雷保护上存在的缺陷。
　　（3）电缆分支箱的防雷保护
　　由于电力系统的发展，电缆线路在配电线路中应用越来越广泛，电缆分支箱和环网柜在配电线路中的使用越来越广泛，它的防雷问题也成一个突出的问题。在10kV电缆化的环网供电系统中，需采取措施抑制感应雷过电压，通常的措施是采用避雷器，其保护点位置的选择有两种做法，一是在整个环网回路中的每个单元均安装避雷器，该方法由于环网回路中安装的避雷器数量较多，降低了系统运行的可靠性且增加成本。方法二则有选择地在环网单元安装避雷器保护。上述两种避雷器安装措施应根据电网的实际情况进行选择，但是如果在环网回路中有一段架空线路的话，则应在架空线路的两端的环网单元安装避雷器进行保护。在避雷器选择方面，具备防爆脱离功能和免维护的无间隙金属氧化锌避雷器更是首选。通常在10kV配电设备中选用HY5WS—12.7/50型避雷器，该型号的避雷器具有防水、耐污、防爆和密封性能好等特点，且体积小，重量轻，易安装。
　　3结论
　　通过对地区的所收集的资料进行综合分析后并结合地区配电网防雷问题上存在的问题进行分析与研究后，得出对地区配电网改进措施如下：
　　（1）提高配电线路绝缘水平降低雷击闪络率、提高线路绝缘水平主要通过更换U50%冲击放电电压更高的绝缘子，增强配电线路的耐雷水平。
　　（2）在配电线路重点部位安装避雷器进行防护，鉴于避雷器仅能保护安装的当级杆塔，因此，可以选择在配电网防雷薄弱点处进行安装，如线路分支处、T接处、重要配电设备处进行安装，进行保护。
　　（3）采用保护间隙保护，保护间隙应满足先于绝缘子串放电，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，且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。
　　（4）针对配电设备接地电阻超标的问题，提出了行之有效的降低接地电阻的方法与采用的降阻材料和使用方法，并对接地引下线的材料与安装工艺进行了要求。
　　（5）配电设备的防雷保护措施方面，对配电变压器要求在低压侧安装低压避雷器，执行“三点共一地”的接地方法，并对低压避雷器的安装位置进行了要求。对柱上开关要求在两侧安装避雷器进行保护。电缆分支箱和环网柜设备的绝缘弱点在电缆分接头处，应在电缆接头处安装避雷器保护。
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