10kV配网输电线路雷击跳闸原因分析 文凯1，付伟平2， 摘要：针对10kV配网输电线路结构和环境特点，结合雷电流幅值分布概率，分析了配网线路雷击跳闸率高的原因。通过分析配网线路常规防雷措施的优缺点，归纳出配网线路防雷重点，提出了配网防雷新思路。 关键词：配网线路；雷击；跳闸率；防雷措施
The cause analysis of 10kV distribution network transmission line lightning tripping
XXX1, WANG Xian2, CAO Shu-hao2 （1.XXXX Company, CITY 610000, PROVINCE, Country; 2.Chengdu Star-river Technological industrial Co., Ltd, Chengdu 610041, China.）
Abstract: For the 10kV distribution network transmission line structure and environmental characteristics, combined with the lightning current amplitude distribution probability, analyzes the reason of distribution network line high lightning trip-out rate. By analyzing the distribution network line and the advantages and disadvantages of the conventional lightning-proof measures, the key of distribution network lightning-proof is summarized, distribution network lightning-proof new ideas are put forward. Key words: distribution network; lightning strike; trip rate; lightning-proof measure
一、前言 随着国家经济发展不断加快，城市化和城乡一体化进程不断加快，配网供电量每年都保持着较高的增长，对配网可靠性的要求越来越高。配电线路是电力输送的终端，是电力系统的重要组成部分。配电线路设备质量参差不齐，受气候、地理环境影响较大，又直接面对用户端，供用电情况复杂。 配电网纵横交错，绵延万里，呈网状分布，很容易遭受雷击，引起停电事故，给国民经济和人们生活带来严重的损失。统计资料表明，雷害是造成高压输电线路停电事故的主要原因。为了确保电力系统安全运行，采取防雷保护措施，做好配电网的防雷工作是相当必要的。
二、配网雷击分析与防雷现状 2.1 雷电的形成 对地放电的雷云绝大多数带负电荷，根据放电雷云的极性来定义，此时雷电流的极性也为负电荷。雷云中的负电荷逐渐积聚，同时在附近地面上感应出正电荷。当雷云与大地之间局部电场强度超过大气游离临界场强时，就开始有局部放 电通道自雷云边缘向大地发展。这一放电阶段称为先导放电。先导通道发展临近地面时，由于局部空间电场强度的增加，常在地面突起处出现正电荷的先导放电向天空发展，称为迎面先导。 当先导通道到达地面或者与迎面先导相遇以后，就在通道端部因大气强烈游离而产生高密度的等离子区，此区域自下而上迅速传播，形成一条高导电率的等离子通道，使先导通道以及雷云中的负电荷与大地的正电荷迅速中和，这就是主放电过程[1]。
2.2 雷电流幅值概率分布 世界上大多数国家对雷电流幅值概率分布采用美国IEEE推荐曲线，即雷电流幅值在7-40kA范围内地闪概率为63.9%，而我国则借鉴原苏联相关行业规程推荐曲线，即雷电流幅值在7-40kA范围内地闪概率为76%[2]。 虽然雷电流幅值概率结果有一定的差别，但是无论采用IEEE推荐曲线还是我国规程推荐曲线，雷电流幅值在7-40kA的地闪必然是雷电防护的主要对象。
2.3 配网雷击跳闸率高分析 根据相关国标和行业标准设计的配网输电线路绝缘水平很低，只能满足常规的安全输电，而对于雷电流这样的大电流过电压几乎没有防御能力。通常情况，5-7kA的雷电流即可造成输电线路跳闸，因此雷电流幅值在40kA以下的大概率分布是造成配网雷击跳闸率高的直接原因。 输电线路雷击跳闸是因为雷电击中输电线路后，基于输电线路或杆塔的等效阻抗产生的过电压而保护电力设备的断路动作。根据相关研究输电线路的等效阻抗远远大于杆塔的等效阻抗，因此雷电绕击对于输电线路的过电压危害也远远大于直击雷的危害。而配网输电线路通常没有铺设避雷线，小电流地闪先导发展随机性较强，击中输电线路的概率较大，因此在配网低绝缘水平下击中导线的雷电流能轻松造成线路跳闸。 另外可人为控制的造成雷击过电压高的因素是接地电阻。雷电流无论从何处击中输电线路都要通过线路的接地而泄放到大地，因此接地电阻的大小也是决定雷击跳闸率高地的主要因素之一。 综上所述，影响配网雷击跳闸率高的原因主要有三点： 1）由于成本和施工量的原因，没有防雷击输电线的措施； 2）国标和行标的限制，配网输电线路绝缘水平低； 3）配网线路全线接地电阻的大小。
三、10kV配网防雷措施分析 目前常规的配网防雷措施都是从主网防雷措施中移植而来，其中各方面的措施给配网防雷水平带来了一定的提升，特别是在良好措施下的配网线路能够有效防住5-7kA小电流地闪。但是基于配网与主网不能等同对待，各防雷设备的差异等原因，防雷措施的移植效果一般。
3.1 接地电阻改造 配网线路接地电阻改造通常有两种方法： 1）水平接地体。这种方法的弊端是很容易腐蚀，使用寿命不长。 2）用降阻剂进行降阻。这种方法也是目前对配网线路接地电阻改造效果比 较好的一种方法。但是对于配网所处地理环境的复杂性，在平原地区或土壤电阻率低的地区实施起来比较容易，但是在沿海或者丘陵地带实施起来就比较困难，通常实施困难的地带进行接地电阻改造会耗费大量的财力和人力。 因此并不是所有配网线路都适合进行接地电阻改造[3]。
3.2 加装避雷器 无论是在配网线路还是主网线路，使用避雷器进行防雷保护是一种效果比较好的措施。10kV配网线路中常用到的避雷器为氧化锌避雷器，这种避雷器运行长时间内承受着工频电压，并且还要间歇承受工频续流和雷电过电压，很容易老化。老化后常常表现为泄露电流随加压时间延长而逐渐增大，严重时将会在运行中导致绝缘损坏，使设备失去保护，造成跳闸断电。 配网线路需安装避雷器数量众多，如需预防性试验检测没有足够的人力和物力条件，而避雷器短路后很难从外观上发现，造成故障点难以查找的情况。 另外10kV配网线路是电力网中电力线路结构最复杂，使用环境最复杂的一类。杆塔尺寸小，周围空间小，直接导致避雷器设计制造结构变小，严重影响避雷器防雷效果，甚至某些复杂线路无法安装避雷器。
3.3 提高线路绝缘水平 10kV配网线路绝缘水平较低，无论是直击雷还是感应雷都很容易造成线路绝缘子闪络。由于配网线路建设受制于相关国标和行标，线路绝缘空间较小，没有专门的防雷设计。同时配网绝缘杆塔线路搭建灵活多变，常有一杆多回路的情况，导致绝缘距离进一步减小。对于这种杆塔，一旦遭受雷击往往各个回路同时跳闸。 配网线路改善绝缘水平通常有两种措施： 1）增加绝缘子片数。对于空间足够的杆塔方法可行，但配网线路大多数没有足够空间来增加绝缘子片数。 2）使用绝缘导线来代替裸导线。对于一杆多回路的情况，使用绝缘导线能够很好地改善杆塔上的绝缘水平。但相比较于裸导线，绝缘导线会带来过电压弧根烧断导线的危害。
四、配网防雷方案建议 由于10kV配网线路防雷工作的特殊性，需要有针对地考虑配网线路的结构特点和环境特点而采取适合的防雷措施，规避某些措施所带来的负面影响。配网防雷工作重点总结为三点：防雷击过电压，提高线路绝缘水平和提供良好泄放通道。 防雷击过电压就是要防止线路绝缘子闪络产生工频续流从而跳闸或断线，良好品质的避雷器和良好的接地条件能够有效的泄放雷电流，防雷击过电压。同时近年来也涌现出一种叫波阻式防雷设备，这种设备不但能够提供良好的泄放通道，而且通过波阻器件在雷电流到达绝缘装置前进行削峰降陡，减小雷电流的危害。 配网防雷其中一个重要因素需突破配网线路设计的桎梏，大幅提高绝缘水平。在有限的空间进行增加绝缘子片数和使用绝缘导线的措施不能普遍的解决问题，并且提升绝缘水平幅度有限。另外可以在有限的空间上创造出更多空间，通过改造杆塔本身结构，例如用绝缘横担替代金属横担，从而加大电气绝缘距离，提高绝缘水平。 对重点防护区域采用集合式产品进行综合改造，一方面大幅度提高防雷效果，另一方面杜绝了不同防雷设备生产质量优劣不一和设备简单叠加等缺点。
五、总结 配网防雷是一个复杂而严峻的工程，无论所处环境还是自身结构复杂多变，虽然从主网移植了各种防雷措施，但是简单的移植所产生的防雷效果优劣不一，因此在原有的防雷措施基础上需转变思路，突破配网线路限制，改善配网无法防雷电小电流以及绝缘水平低等缺点。
参考文献 [1]李华鹏.浅析10kV配电线路防雷设计[A].全国电力系统配电技术协作网第二届年会论文集[C]. 744-747. [2]陈家宏,童雪芳,谷山强,等.雷电定位系统测量的雷电流幅值分布特征[J].高电压技术, 2008, 34(9): 1893-1897. [3]张博.探讨10kV配网线路防雷技术措施[J].企业技术开发, 2012, 31(23): 130-131.
收稿日期：XXX年X月X日 第一作者简介：XX 出生年月，学历，职称，学术成就，从事研究内容。 E-mail： Tel: