配电线路防雷过电压保护措施与应用

配电线路防雷过电压保护措施与应用

程雷李红

胜利石油管理局电力管理总公司河口供电公司程雷李红

摘要：本文分析了国内外防雷的主要方法，包括通过架设避雷线、提高线路绝缘等级、使用避雷器降低线路残压以及安装避雷针引雷、消雷等。以油田某干线为例，通过对雷害特性进行分析研究，优选残压小、通流能力强的防雷保护器。采用降低接地电阻、降低线路过电压值以及提高线路绝缘能力等措施，探索降低雷害的有效方法，保持供电的连续性，提高供电可靠性。

关键词：油田；配电线路；防雷；保护

前言

配电网作为电力系统的一个重要组成部分，承担着直接向用户供电的任务。但是配电网电压等级低，绝缘水平也相对较低，而油田配电网由于大量采用架空线路，分布于空旷的原野，因此在运行中往往更容易发生雷害事故。雷击架空线路不仅会造成配电设备的损坏，直接影响采油作业，甚至还会威胁到人身安全。

1配电网防雷状况

运行经验表明：配电网的雷害事故约占整个电力系统全部雷害事故的70%-80%，其余的雷害事故为变电站和低压电网，可见10KV配电网雷害事故所占的比例很大，已经严重影响了油田生产安全。以油田为例，每年5-10月的雷雨季节，线路所处的农村地区绝大部分属于湿地和草原，是雷电活动的高发区。根据近年的故障分析，故障次数分别为165次和203次，其中经雷击原因造成的所占比例为28.2%和24%。经常发生线路绝缘子、配电变压器、柱上断路器和隔离开关等设备被雷击损坏的事故，极大地影响了配电网的供电可靠性。10KV输电线路是电力系统中较靠近用户的一级，但是绝缘水平较低，且中低压架空线路一般无特别的防雷措施，因此相对于绝缘水平和电压等级较高的（110KV及以上）线路而言，雷击对10KV配电网的影响更大。开展防雷技术研究，优选防雷技术措施，做好配电线路防雷工作，降低线路的雷害事故，减少设备损坏，提高供电的可靠性，减少运行维护的工作量，将对油田生产的危害降到最低，对油田开展防雷工作具有一定的指导意义。

经济发达国家采用架空绝缘导线输配电的时间较长，积累了大量运行经验。为了降低日益增加的雷击断线事故率，先后采用了不少预防措施和方法，如架空避雷线、氧化锌避雷器、钳位绝缘子、增长闪络路径、提高线路绝缘水平以及纯间隙防雷金具等。一些多雷害国家，如日本、澳大利亚、美国和欧洲等，近年来在架空绝缘线路上大量推广应用线路过电压保护器。该装置利用外间隙，形成对氧化锌限流元件的外放电间隙，当线路出现雷电过电压时，外间隙首先放电，雷电流经氧化锌限流元件释放，而工频续流则被氧化锌限流元件截断，从而防止架空绝缘线路雷击断线事故的发生。中国电力科学研究院曾就复合绝缘子用的防雷间隙进行了研究，设计了一种可用于110KV和220KV输电线路复合绝缘子串用的并联防雷保护间隙，此间隙具有定位雷击闪络、转移工频电弧和均匀工频电场的功能，但这种间隙结构复杂，制造和安装有一定的困难。

2计算配电线路区域内雷击次数，确定配电线路防雷方法

6-35KV配电线路绝缘水平低，并且无架空接地线保护。一旦线路遭受雷击，线路只能依靠自身绝缘能力抵抗雷击侵害。提高线路绝缘等级的方法主要是提高绝缘子的防雷等级，一般采用复合材料绝缘子替代瓷质绝缘子。架空接地线防雷，由于配电线路为三角排列，不能直接安装避雷线，需对线路杆塔进行改造，成本高。因此，采用安装防雷保护器的方法降低线路过电压，达到对配电线路和配电设备的防雷保护目的。

3优选线路防雷保护器，提高线路抗雷击能力

防雷保护器的作用是当线路出现短时工频过电压（毫秒级）时，即使线路处于弱绝缘（工频耐受38KV），保护器仍然保证放电，起到保护作用，从而防止因工频续流高温熔断绝缘线路（雷击断线及绝缘子闪络），保护绝缘线路，避免发生雷击断线、绝缘子闪络，提高线路绝缘能力的作用。防雷保护器起限制雷电压，防止绝缘子闪络作用，使电网安全运行率大大提高。其主要技术标准是考虑它的通流能力，因为通流能力表征保护器阀片能够通过多大电流，当然这些电流是由雷电过电压和操作过电压产生，这些过电压把雷电的能量和电力系统中的能量用电流的形式倾泄到保护器的阀片上，看它能否承受。也就是说，如果保护器通流值选择不当，线路一旦遭受雷击时，防雷保护器在没有泄露雷电流时，就已经被击穿，无法达到防雷作用。因此，新型防雷保护器首先要保证通流能力强，确保最大耐受电流值达到65KA。

4优选防雷保护器间隙的安装位置

在配电线路中，若线路的每基杆塔均安装防雷保护器，对防止直击雷和感应过电压事故是最理想的。按档距55m计算，每1.1km需安装20组防雷保护器，但是，安装保护器和加装接地装置需要投入大量资金，运行维护工作量很大，既不经济也没有必要。在架空线路的多雷地段、重点杆塔上，加装防雷保护器能有效防止雷害事故。多雷地段是指线路建在环境开阔地带，年平均雷暴日数为&.天左右，或者在运行中历史上有雷害事故的地段。重点杆塔是指多雷地段线路的耐张杆、跨越杆、分支杆以及与高电压线路交跨杆等。一般选择在绝缘薄弱点处安装防雷保护器效果比较好。具体应根据环境因素和运行经验掌握，个别特殊地段制定反事故措施解决。另外，还可以在每基杆上选择一相、二相、三相、顶相、边相或每相错杆安装防雷保护器，由此来满足安全、经济运行的要求。油田配电网存在大量“0”接线路，直击雷和感应雷在线路上会发生多次折射、反射，而且，形成极为复杂的波过程，因此，必须在深入分析直击雷在线路上形成过电压沿线路分布情况的基础上，优化线路型防雷保护器的安装位置，以便使线路型防雷保护器能够真正发挥限制直击雷在线路上形成的过电压的作用，从而有效降低雷击跳闸率。应根据油田配电网结构形式的特点，对新型线路防雷保护器的安装位置进行优化。

5综合分析防雷保护器残压，仿真分析确定间隙大小接地模块降低接地电阻，是近几年接地工程中最常用的科学办法，根据其土壤情况，安装适量的接地模块，即可达到接地电阻不超过）!的要求，使用接地模块降阻，既能最大限度地降低接地电阻，又能保证接地体长期保持稳定，其使用有效期大于%.年，具有吸湿、保湿特性，接地电阻低且能保持长期稳定，经多次大电流冲击，也无变硬、发脆和断裂现象，与降阻剂相比有明显的优越性，能经受1&.2的低温，北方高寒地区同样适用。稀土降阻剂有良好的导电性，用于接地模块与土壤之间，并紧密包围在金属电极周围，增大接地体与土壤的接触面，增大泄漏电流通过面。同时降阻剂有较强的保湿性和渗透性。在接地电极周围形成一个变化平缓的低电阻区域。凝固后的降阻剂为弱碱性，包围在电极周围，结构紧密，对电极有防腐和保护作用。最后，通过对接地电阻进行现场测量，凡达到接地电阻要求的将不安装接地模块和使用降阻剂，并同时对数据进行对比，确定不同接地电阻对线路泄露雷电流的影响。通过对接地电阻进行现场测量，凡达到接地电阻要求的将不安装接地模块和使用降阻剂，并同时进行数据对比分析，确定不同接地电阻对线路泄露雷电流的影响。