三亚地区配电线路防雷击断线措施研究

三亚地区配电线路防雷击断线措施研究

陈善晓

（三亚欣城电力设计工程有限公司海南三亚572000）

海南电网位于我国最南端，随着电力工业的不断发展，海南电网配电体系不断发展和完善。目前正在运行的配电线路回路众多，线路总长度较长。三亚地区配电网辖区内多条输电线路均处于高落雷密度带，由于海南地区树木高度较低，绝大多数的配电架空线路周围无高大建筑物屏蔽，配电线路大部分暴露在空气中，遭受到雷击的可能性较高，因此，每年三亚地区配电网辖区内均有多条配电线路发生雷击跳闸事故。运行数据显示，随着三亚地区10kV配电网大规模的绝缘化改造，10kV配电网出现了越来越多的因感应雷过电压造成的雷击断线问题，如何解决配电线路雷击断线事故是目前三亚地区配电网架空线路防雷工程的主要任务。

当配电架空绝缘导线遭受感应雷过电压时，架空绝缘导线在热力学综合作用下，绝缘导线发生断线事故的机率极高，因此，实际工程中，针对配电架空绝缘导线雷击断线事故采取相应的雷击断线防护措施尤为必要。

目前三亚配电线路绝缘导线雷击断线防护措施可分为两种：一是将雷击闪络路径及接续的工频短路电弧转移或固定在特制的金具上燃烧，从而保护导线免于烧伤，称为“疏导式”措施；二是提高线路整体绝缘水平，防止发生对地闪络，或及时切断闪络后的工频续流建弧，称为“堵塞式”措施。

一、“疏导式”配电线路防雷措施

“疏导式”防雷措施是指将绝缘子附近的绝缘导线局部裸线化，使沿着雷电闪络电弧流过的工频续流转移或者固定在金具上燃烧，从而保护绝缘导线的烧伤。常见的措施包括如应用放电箝位绝缘子、防弧金具等。该类措施实施简单、成本较低，但会破坏导线绝缘层的完整性，多次闪络之后需更换金具，维护工作量大。此方式允许线路有一定的雷击闪络概率，最终依靠继电保护装置的动作断电来实现息弧，重合闸的动作成功率较高。

感应过电压击穿引弧脚与低压电极之间的空气间隙引发闪络，接续的工频续流在电磁力的作用下转移至烧灼脚处燃烧，直至线路继电保护装置动作。三亚地区的配电线路在多条线路上采用穿刺型防弧金具作为配电网的雷击断线防护措施。从使用效果来看，确实能有效降低配电线路的雷击事故概率，不过在具体施工时需要注意绝缘穿刺的效果。其中，有一处配电线路装设穿刺金具后仍发生了跳闸事故，事故分析表明，绝缘穿刺金具的穿刺厚度没有完全穿刺，从而起不到雷击断线防护作用，增加了配电线路的雷害隐患。

此外，某些配电线路杆塔在运行中受外部影响后发生偏移，绝缘穿刺金具的位置也发生移动，造成线路雷击事故风险。施工安装时，由于部分穿刺金具穿刺孔过大也会造成渗水现象。因此，人为施工和气候等因素一定程度上影响了绝缘穿刺金具的雷电防护效果。运行维护表明，安装绝缘穿刺金具虽然能有效降低雷击断线事故，但同时增加了运行、检查、维护工作量，因此，研究免维护的配电线路雷击断线防护装置尤为必要。

二、“堵塞式”配电线路防雷措施

配电架空绝缘导线止雷击闪络后工频续流起弧，尽可能地提高配电架空绝缘导线的耐雷水平，减少配电架空绝缘导线的雷击跳闸率。

常见的配电架空绝缘导线“堵塞式”防雷措施包括架设避雷线、安装绝缘塔头、安装避雷器等。多年的运行经验表明，配电架空绝缘导线“堵塞式”防雷措施可以有效降低配电线路雷击跳闸率、阻止工频短路电流建弧，提高供电可靠性。三亚配电网在总结多年的配电线路雷击事故多发线路并综合多年的防雷经验，在35kV配电线路全线装设避雷线，在少部分的10kV配电线路上装设避雷线，从过实际运行效果来看，避雷线对降低配电架空绝缘导线雷击事故概率起到一定的防雷效果。

配电架空绝缘导线安装避雷线后，当落雷点在绝缘导线附近时，避雷线能起到较强的雷电屏蔽作用。在避雷线的屏蔽作用下，配电线路架空绝缘导线上的感应雷过电压有效降低。

当配电网架空绝缘导线安装避雷线后，将会对配电网架空绝缘导线的感应雷过电压起到很好的保护作用。在相同雷击条件下，避雷线与导线间距离越近，避雷线与架空绝缘导线的波阻抗越大，相应的配电线路的耐雷水平越高。由此可见，在易遭受雷击的架空配电线路安装避雷线后，配电线路架空绝缘导线的感应雷过电压将明显下降，线路绝缘子的闪络概率明显下降，因此，在配电线路架空导线上安装避雷线可以对感应雷过电压进行有效的抑制。

除了在配电线路安装避雷线之外，海南地区部分配电网于2014年开始在部分易击段上加装绝缘塔头和避雷器，装设后的线路雷击断线事故概率有效降低。

三、配电线路杆塔接地网改造

以上两种配电线路防雷方式在安装时大多数需要整条线路停运后安装，且安装数量大多数需要逐基杆塔安装，改造成本相对比较高，因此，采用杆塔接地降阻进行配电网防雷是较为经济有效的防雷措施。三亚地区配电线路有些杆塔处于劣质土壤条件，加之施工面积有限，接地电阻往往严重超标。因此，针对配电系统接地装置进行降阻改造对于配电网防雷具有重要意义。

我国电力系统长期采用铜或者钢作为接地材料，两种材料各有优缺点。铜接地体由于电阻率、磁导率低使得其作为接地网导体具有良好的电气性能，一般铜接地网的冲击接地阻抗较小。另外，由于铜材料防腐性能优异，后期维护费用低，可以有效防止接地体腐蚀问题。不过，铜材料为稀缺金属，由于其昂贵的价格限制了其大范围使用，实际工程中，铜接地网一般用于重要的枢纽变电站，在输电线路杆塔接地网上极少采用。目前我国电力系统绝大部分地网仍采用价格低廉的钢材料和镀锌钢接地材料作为接地导体材料，但是由于钢材的导电性差且磁导率很高，应用在大型地网中冲击接地阻抗大，不等电位等问题较为严重。

三亚地区配电网采用新型接地材料如铜覆钢接地材料进行配电网接地改造，有效解决了配电线路接地网的腐蚀问题。铜覆钢复合接地材料综合了铜材和钢材的特点，最近几年逐渐开始在输电线路以及配电线路接地网中开展应用。铜覆钢接地体将铜通过热镀工艺复合在碳钢表层，形成的镀层复合材料兼具两者的优点，一方面具备钢接地体的高强度力学特性，另一方面，又具备铜接地材料的导电不导磁特性且抗腐蚀性强的优点。相比较价格高昂的铜材料，铜覆钢接地体的材料成本大大降低。常见的铜覆钢接地材料包括铜覆钢扁钢、铜覆钢圆棒、铜覆钢角钢三种类型。根据铜覆钢生产工艺的不同，实际接地工程中的铜覆钢接地体主要采用电镀法和连铸法进行材料复合。

铜覆钢接地材料在实际施工时不能采用常用的电气焊进行连接，而是采用放热焊进行接地施工。放热焊接又称为火熔焊接技术，该技术具有分子结合，超强的耐腐蚀性能、过载能力以及热稳定性，同时还具有焊接速度快，施工效率高，操作方便，简单，无需专业人员，携带方便等技术特点。能够有效的将金属材料完好的连接在一起，该技术已经相当成熟，是目前接地网常用的连接技术。

三亚地区配电网采用铜覆钢接地材料进行接地改造，取得较好的应用效果。实际工程表明，在低土壤电阻率时，采用铜覆钢代替传统的钢材作为配电线路杆塔接地网的接地导体材料对降低地网接地阻抗效果显著。另外，铜覆钢接地体的降阻效果还与配电线路杆塔接地网的接地面积有关，随着土壤电阻率的增大，采用铜覆钢地网对降低配电线路杆塔接地网接地阻抗的效果会逐渐减小。因此，从技术经济上来说，相对于铜材高昂的价格，在工程上采用铜覆钢来代替钢材作为接地导体材料，能够有效降低配电线路杆塔接地电阻，起到较好的防雷效果。