配电绝缘线路架设避雷线的防雷设计

配电绝缘线路架设避雷线的防雷设计

马金贵

新疆金茂电力建设有限公司新疆奎屯833200

摘要：配电线路靠近受电端，分布广且纵横交错、路径总公里数较长，遭受直击雷、感应雷侵袭比较多，由雷害引起的线路跳闸、停电事故为50%左右。近年来，随着城乡配电网建设和改造，配电线路大多数采用绝缘导线，部分地区绝缘化已达到70%；虽然利用绝缘导线可以减少树线矛盾及外物所引起的事故，提高供电安全性，但是线路遭受雷击后，绝缘导线容易断线，断线后抢修、恢复供电比较困难，造成影响和损失较大，故在设计阶段需采取措施提高架空配电绝缘线路的耐雷水平。

关键词：架空绝缘导线；避雷线；直击雷；感应过电压；接地

为防止雷电袭击架空配电绝缘线路所引起的停电事故，有采用架设避雷线、安装氧化锌避雷器、线路过电压保护器、穿刺防弧金具、保护性绝缘横担和防雷支柱绝缘子等不同的防雷措施，各项措施均能在一定程度上防止雷害事故；设计阶段应根据线路负荷性质、运行方式、路径所经地形、地貌的雷害情况，对雷击区进行分析，选取适合于不同区域配电线路的有效措施。本文对架空配电绝缘线路采用避雷线的防雷措施作简单分析。介绍了配电绝缘线路防雷保护的必要性、措施及架设避雷线防雷的线路特点；分析了避雷线防直击雷以外，还具有对导线的耦合作用、降低导线上的感应过电压、对雷电流的分流功能以及便于维护的优点。进一步对配电线路避雷线和杆塔的接地方式进行论述，并通过10kV线路维修改造工程实例阐述了避雷线防雷的具体实施方案。对配电架空绝缘线路的防雷设计具有参考意义。

1配电线路架设避雷线防雷的特点

避雷线（架空地线）由空中水平接地导线、接地引下线和接地体三部分组成，它是架空线路防直击雷最常用的重要措施，也可以提高线路耐雷水平。

在雷电活动频繁的多雷区、易遭受直击雷的地区，架空配电绝缘线路可采用架设避雷线和安装绝缘横担相结合的防雷措施；架空配电线路在跨越河塘、公路等地物的区域，杆塔间档距较大且杆塔较高时，可采用架设避雷线和加强线路绝缘（增加绝缘子片数、改用大爬距绝缘子）的防雷措施；另外，配电线路应在变电所或发电厂的进线段1～2km处架设避雷线。

配电线路自身绝缘水平较低，为减少雷电反击闪络概率，应提高线路的绝缘水平和降低杆塔接地电阻；直线水泥杆导线横担可采用玻璃钢绝缘横担，耐张杆和钢管杆可增加1～2片悬式绝缘子，避雷线引下线尽量与金属横担绝缘引下（避雷器横担除外）。

2避雷线防雷的功能和优点

当雷直击于导线时，瞬间强大的雷电流会在导线上产生很高的电位，造成线路闪络，绝缘导线断线；采用避雷线主要功能是减少雷直击于导线，将击于避雷线的雷电流通过良好的接地体安全泄入大地；此外还有以下功能：

2.1对导线有耦合作用

输电线路每根导线都处于沿某根或若干根导线传播的行波所建立的电磁场中，因而都会感应出一定的电位，作用在任意两根导线之间绝缘上的电压就等于它们之间的电位差；在避雷线上出现电压行波时，在导线上就要耦合出一个相应的电压，则作用在绝缘子上的电压是它们二者之差，耦合作用使绝缘子所受到的电压低于塔顶电位ut，从而降低了雷击杆塔时塔头绝缘子和空气间隙上的电压。

2.2降低导线上的感应过电压

雷击于线路附近的大地或接地的线路杆塔顶部时，会引起架空导线上与雷云的极性相反的感应过电压（感应雷）。感应过电压包括静电分量和电磁分量，由于主放电通道与导线基本上是相互垂直的，故只考虑其静电分量即可。根据理论分析和实测结果，导线上方架设接地的避雷线时，导线受它的屏蔽，感应过电压会降低，因为在导线的附近出现了带地电位的避雷线，使导线对地电容增大，而且避雷线使导线上感应出来的束缚电荷减少。有避雷线时导线上最大感应过电压Ui’计算如下：

（1）在雷击点距电力线S>65m时，Ui’=Ui（1-k）=25×（1-k）（kV）

式中Ui―无避雷线时导线上最大感应过电压，kA；I―雷电流幅值，kA，一般小于100kA；hc―导线对地的平均高度，m；s―雷击点与导线之间的距离，m；hg―避雷线对地的平均高度，m；k―导、地线间的耦合系数。

2.3避雷线的分流作用

雷击塔顶后，由于避雷线的分流作用，减少了流入杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位。总雷电流i分为两部分，i=it+ig（kA），即一部分雷电流it流经杆塔电感和接地电阻，另一部分雷电流ig经避雷线分流入地。用分流系数β表示它们之间的关系，即β=it/i。杆塔分流系数β可按雷击杆塔等值阻抗图进行计算，其值处于0.86～0.92的范围内。击于杆塔的雷电流大部分经杆塔泻入大地，避雷线的分流作用约占总电流的10%。

2.4减少线路维护工作量

配电绝缘线路采用避雷器、防雷绝缘子等防雷设备时，在长期运行过程中，会出现老化、短路等故障，给维护带来一定困难。当架设避雷线时，可以大大减少维护、检修工作量。

3杆塔接地

配电绝缘线路架设避雷线时，为实现有效防雷，杆塔应逐杆接地，避雷线采用不小于35mm2钢绞线引下与杆塔接地装置有效连接；接地装置宜围绕杆塔基础敷设成闭合环形，宜采用水平接地体和垂直接地体相结合的接地型式。接地材料材质应根据土壤的腐蚀及机械强度的需要进行选择，一般采用镀锌钢材或镀铜圆钢。

根据土壤电阻率的不同，每基杆塔接地装置在雷雨季，地面干燥时，不联接避雷线的工频接地电阻值应控制在1～30Ω的范围；接地电阻对塔顶电位影响很大，减小接地电阻是提高线路耐雷水平和防止雷电反击的有效措施；对于配电线线路，其自身绝缘水平较低，容易遭受反击，故应努力降低接地电阻。配电绝缘线路架空避雷线的引下线不宜与杆上金属导线横担相连，应绝缘引下接地，以减少雷电反击，造成配电线路闪络或杆上设备损坏。

4工程实例

10kV运西线1#～53#杆线路维修改造工程，线路全长2.2km，单回路设计，杆塔采用φ230-15m水泥杆；导线更换为JKLGYJ-10kV-240绝缘线，采用避雷线防雷保护，避雷线采用GJ-35钢绞线。

该条线路所经地较为空旷，大部分为水田、鱼塘，部分路径沿公路走线，且线路跨越树林3处和多条河流。

导线水平排列，线间距为0.65m；避雷线架设于导线上方，支架高度为1.85m，避雷线对边导线保护角为25°；导线、避雷线安全系数分别按8.0和10.0取值。导线与地线在档距中央的距离S，在气温15℃，无风无冰条件时符合公式S≥0.012L+1（L为档距）的要求。该条配电线路所经过地区属于D1级污秽区，绝缘配合泄漏比距按不小于2.8cm/kV进行设计；直线绝缘子采用PS-15/5柱式绝缘子，耐张绝缘子串增加1片绝缘子，采用3片40kN盘形悬式瓷绝缘子。

避雷线逐杆利用GJ-35钢绞线引下与接地装置可靠连接直接接地；接地装置为水平接地环和垂直接地体联合的接地型式，接地引下线和水平接地体均采用φ12圆钢，垂直接地体采用∠50×5、长2.5m角钢，水平接地体围绕基础敷设成闭合环形且埋深0.8m；该地区土壤电阻率ρ<100，降低杆塔接地电阻比较简单，采用延长接地射线和增加垂直接地极的方式，使工频接地电阻小于10Ω。该条配电线路于2014年4月改造竣工，至今未发生雷击断线事故，运行状况良好。

结束语：

配电线路架设避雷线的防雷保护方式已在多个地区运行多年，其效果良好。根据理论分析以及结合实际运行情况，配电架空绝缘线路在雷电活动频繁、易遭受直击雷的地区和变电所进线段1～2km的区域，在适当加强线路绝缘水平和降低杆塔工频接地电阻的前提下，架设避雷线的防雷保护措施是可行、有效的。

参考文献：

[1]GB50061―201066kV及以下架空电力线路设计规范[S].北京：中国计划出版社，2010.

[2]赵智大.高电压技术[M]，北京：中国电力出版社，2013.

[3]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册[S]，北京：中国电力出版社，1999.