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配電網(wǎng)雷電防護(hù)措施總結(jié)分析及其應(yīng)用

文檔作者：李德峰1 陳述2 文檔來(lái)源： 1. 廣東電網(wǎng)公司肇慶供電局 2. 國(guó)網(wǎng)咸陽(yáng)供電公司		點(diǎn) 擊數(shù)：	更新時(shí)間： 2021年10月15日
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配電網(wǎng)雷電防護(hù)措施總結(jié)分析及其應(yīng)用
李德峰1，陳述2
（1. 廣東電網(wǎng)公司肇慶供電局，廣東肇慶526060；2. 國(guó)網(wǎng)咸陽(yáng)供電公司，陜西咸陽(yáng)712000）
The Summary of Lightning Protection Measures and Its
Applications for the Distribution Network
LI Defeng，CHEN Shu
（1. Zhaoqing Power Supply Bureau，Guangdong Power Grid Corporation，Zhaoqing 526060，Guangdong，China；2. State Grid
Xianyang Electric Power Supply Company，Xianyang 712000，Shaanxi，China）
ABSTRACT：Distribution network is vulnerable to lightning
damage and caused power outages or tripping accidents，which
affect the safe and stable operation of the power grid. This
paper summarizes the main measures of the Lightning Protection
Measures for distribution network. advantages and disadvantages
of each of these measures were analyzed. The summary of of the
lightning protection measures was applied in the actual distribution
network，This paper provides a reference for the Distribution
Network to Improve the ability to respond to lightning.
KEY WORDS：the distribution network；lightning protection
measures；transformation for lightning protection
摘要：配電網(wǎng)很容易遭受雷害引起停電或跳閘事故，影響電
網(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行。總結(jié)了現(xiàn)行的配網(wǎng)防雷的主要措施，對(duì)
每項(xiàng)措施的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析研究。把總結(jié)的防雷措施應(yīng)用在
實(shí)際的配電網(wǎng)中，通過(guò)2個(gè)成功提高配網(wǎng)雷電水平的應(yīng)用案
例，為配電網(wǎng)中心供電所防雷改造及10 kV配網(wǎng)線路防雷改
造提供了借鑒。
關(guān)鍵詞：配電網(wǎng)；雷電防護(hù)措施；防雷改造
配電網(wǎng)雷擊過(guò)電壓主要由直擊雷和感應(yīng)雷引
起。由于配電網(wǎng)的絕緣水平低，網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且配
電線路絕大部分沒(méi)有設(shè)避雷線、耦合地線、線路避
雷器、桿塔接地等保護(hù)措施，因此，配電線路遭受雷
擊的概率較高。一是直擊雷過(guò)電壓，即雷電直接擊
中電氣設(shè)備、線路；這種過(guò)電壓的幅值一般較高，高
大數(shù)百千伏，雷電流高達(dá)幾十千安，這種過(guò)電壓的破
壞性極大，造成的損壞也較大。二是鄰近落雷形成的
感應(yīng)雷過(guò)電壓造成線路和設(shè)備的絕緣擊穿引起雷
擊跳閘率較高[1-2]。據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，配電線路中因雷害
事故造成的停電事故占配電線路事故的21.91%[3]。
為了確保電力系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行，采取有效的防雷
保護(hù)措施，作好配電線路的防雷保護(hù)措施是相當(dāng)有
必要的。
1 配電網(wǎng)線路雷擊原理研究
1.1 輸電線路的感應(yīng)雷擊過(guò)電壓
1）無(wú)避雷線時(shí)，當(dāng)雷擊點(diǎn)離開(kāi)線路的距離大于
65 m時(shí)，導(dǎo)線上的感應(yīng)雷過(guò)電壓最大值按下式計(jì)算：
Ug=25 ILhd
S
（1）
2）有避雷線時(shí)：
U1g
=Ug-KUg
（2）
式中，K為避雷線與導(dǎo)線間的耦合系數(shù)，線間距離愈
近，耦合系數(shù)K就愈大。由于避雷線的屏蔽作用，可
使導(dǎo)線上的感應(yīng)電壓降低。
1.2 直擊雷過(guò)電壓
線路直接遭受雷擊后，高壓沖擊波形成，當(dāng)雷
電放電的先導(dǎo)通道不是擊中地面，而是擊中輸電線
路的導(dǎo)線、桿塔或其他建筑物時(shí)，大量雷電流通過(guò)
被擊物體，在被擊物體的阻抗接地電阻上產(chǎn)生電
壓降，使被擊點(diǎn)出現(xiàn)很高的電位，這就是直擊雷過(guò)
電壓。
雷直擊導(dǎo)線時(shí)，作用于線路絕緣上的電壓最大
值Ug=100I。用絕緣的50%沖擊閃絡(luò)電壓U50%
代替Ug
，
那么IL
就能代表引起絕緣閃絡(luò)的雷電流幅值，通
常稱(chēng)為線路在這情況下的耐雷水平：IL=U50%/100。繞
第30卷第12期
2014年12月
電網(wǎng)與清潔能源
Power System and Clean Energy
Vol.30 No.12
Dec. 2014
文章編號(hào)：1674-3814（2014）12-0104-05 中圖分類(lèi)號(hào)：TM863 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A
智能電網(wǎng)
Smart Grid
第30 卷第12 期電網(wǎng)與清潔能源
擊率：
對(duì)平原地區(qū)： lg Pa= a h 姨
86 -3.9 （3）
對(duì)山區(qū)地區(qū)： lg Pa= a h 姨
86 -3.35 （4）
山區(qū)的繞擊率為平原的3倍，為減少繞擊率，需
減小保護(hù)角，降低桿塔高度。
2 10 kV配電網(wǎng)雷電防護(hù)措施總結(jié)分析
本文總結(jié)了現(xiàn)行的配網(wǎng)防雷的主要措施，對(duì)每
項(xiàng)措施的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行分析研究。
2.1 防雷接地裝置
提高線路反擊耐雷水平，降低雷擊跳閘率，適
用高電阻土壤率地區(qū)，但對(duì)于10 kV及以下等級(jí)的
混凝土桿塔線路效果不明顯，具有局限性，改造投
資較大[4-6]。
2.2 避雷線
可防直擊雷，抑制反擊雷，具有分流和耦合的
作用。不能防范繞擊雷，防范雷擊斷線效果一般，改
造難度較大，投資較大。清華大學(xué)的評(píng)估能減少22%
的雷擊故障，但要求每桿接地。
2.3 引雷塔
主動(dòng)引雷，有效保護(hù)鄰近設(shè)備。但保護(hù)范圍有
限，投資較大。找到雷電的落雷規(guī)律，在“逢雷必中”
的易擊點(diǎn)安裝比較有效，比較適合特定環(huán)境。
2.4 加強(qiáng)線路絕緣
提高線路耐雷水平，實(shí)施具有局限性。減少瞬
時(shí)故障，投資較小，但無(wú)法避免絕緣子沿面閃絡(luò)。另
有“堵”會(huì)使設(shè)備承受雷電流壓力增大。
2.5 氧化鋅避雷器
截?cái)喙ゎl電流，限制雷過(guò)電壓與感應(yīng)過(guò)電壓。
保護(hù)范圍小，投資成本大，易老化，對(duì)接地電阻要求
高，有通流能力限制。設(shè)備保護(hù)時(shí)經(jīng)常使用，在線路
保護(hù)和設(shè)備保護(hù)一定要增加熱爆脫離器使用。磁外
套抗老化比硅橡膠外套弱，但磁外套故障易查找。
2.6 摘掛式避雷器裝置
又名跌落式避雷器或可拆卸式避雷器；能截?cái)?
工頻電流，限制雷過(guò)電壓與感應(yīng)過(guò)電壓，方便帶電
維護(hù)。保護(hù)范圍小，投資成本大，易老化，對(duì)接地電
阻要求高，有通流能力限制。線路保護(hù)和設(shè)備保護(hù)
一定要增加熱爆脫離器使用。線路保護(hù)由于引線太
長(zhǎng)時(shí)會(huì)使保護(hù)水平降低[7]。
2.7 過(guò)電壓保護(hù)器
一般又叫“外間隙氧化鋅避雷器”或“串聯(lián)間隙
避雷器”，外間隙使得避雷器的使用壽命增加；不接
地時(shí)只有間隙起接弧作用，不夠安全，最好接地使
用，擊穿或老化后無(wú)故障識(shí)別。在小電阻接地系統(tǒng)
中和防弧技術(shù)綜合應(yīng)用減少跳閘是一個(gè)不錯(cuò)的手
段?？煞婪独讚魯嗑€。改造無(wú)需更換支柱絕緣子，施
工難度較小。運(yùn)行中不施加運(yùn)行電壓，維護(hù)難度小。
但僅能防范部分雷擊過(guò)電壓。要求施工工藝較高，
對(duì)放電間隙的距離有明確要求。需每桿安裝，安裝
數(shù)量大，投資較大。有通流能力限制。
2.8 穿刺式防弧金具
有效引流保護(hù)導(dǎo)線免于燒蝕熔斷；改造簡(jiǎn)單，
施工難度??；穿刺式可免剝線，防止導(dǎo)線進(jìn)水；可外
包絕緣護(hù)套，防鳥(niǎo)類(lèi)單相接地故障，可帶電作業(yè)；桿
塔不接地。間隙電場(chǎng)分布不均勻，不能做精保護(hù)，環(huán)
網(wǎng)供電線路安裝麻煩且造價(jià)高。架空絕緣導(dǎo)線防斷
線和防絕緣子閃絡(luò)是非常有效的措施，在中心點(diǎn)經(jīng)
消弧線圈接地系統(tǒng)中降低跳閘率也非常有效。小電
阻接地系統(tǒng)中提高重合率和減少絕緣子維護(hù)也非
常有效。
2.9 非穿刺式防弧金具
有效引流保護(hù)導(dǎo)線免于燒蝕熔斷；改造簡(jiǎn)單，
施工難度小；可外包絕緣護(hù)套，防鳥(niǎo)類(lèi)單相接地故
障；桿塔不接地。間隙電場(chǎng)分布不均勻，不能做精保
護(hù)，環(huán)網(wǎng)供電線路安裝麻煩且造價(jià)高。架空裸導(dǎo)線
防絕緣子閃絡(luò)是非常有效的措施，在中心點(diǎn)經(jīng)消
弧線圈接地系統(tǒng)中降低跳閘率也非常有效。小電阻
接地系統(tǒng)中提高重合率和減少絕緣子維護(hù)也非常
有效。
2.10 防雷驗(yàn)電接地環(huán)
絕緣性能、抗老化性能和阻燃性能好，保護(hù)絕
緣導(dǎo)線，安裝施工方便，桿塔不接地。間隙電場(chǎng)分布
不均勻，不能做精保護(hù)，環(huán)網(wǎng)供電線路安裝麻煩且
造價(jià)高。架空絕緣導(dǎo)線防斷線和防絕緣子閃絡(luò)是非
常有效的措施，在中心點(diǎn)經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)中降
低跳閘率也非常有效。小電阻接地系統(tǒng)中提高重合
率和減少絕緣子維護(hù)也非常有效[8]。
2.11 支柱式避雷器
裝置簡(jiǎn)化，減少故障點(diǎn)，安全可靠性高，避免了
避雷器的引線動(dòng)態(tài)電壓和提高防止引線擊斷后的
智能電網(wǎng)
Smart Grid
105
短路雷故障，提高了防雷器保護(hù)水平和供電可靠
性。但普通的柱式避雷器橫向裝，應(yīng)注意積雪和冰
溜，有通流能力限制[9-10]。
3 配電網(wǎng)防雷改造措施應(yīng)用分析
3.1 案例一：中心供電所防雷改造
悅城中心供電所管轄范圍有110 kV悅城變電
站的11條10 kV線路，35 kV九市變電站的5條10 kV
線路，管轄線路長(zhǎng)度272.13 km，有175臺(tái)公變，10 kV
線路覆蓋悅城鎮(zhèn)、九市鎮(zhèn)區(qū)域，兩鎮(zhèn)面積達(dá)373.6 km2。
線路走廊雷電活動(dòng)強(qiáng)烈。
3.1.1 防雷改造措施應(yīng)用
1）選點(diǎn)安裝避雷針、避雷器。
安裝避雷針、避雷器選點(diǎn)原則：①雷暴走廊，如
山區(qū)風(fēng)口以及順風(fēng)向的河谷和峽谷等處。②四周是
山丘的潮濕盆地，且桿塔周?chē)恤~(yú)塘、水庫(kù)、湖泊、
沼澤地、森林或灌木，附近又有蜿蜒起伏的山丘等
處。③土壤電阻率有突變的地帶，土地質(zhì)斷層地帶，
巖石與土壤、山坡與水田的交界區(qū)等處。巖石山腳
下有小河的山谷等地，低土壤電阻率處。④突出的
山頂、山的向陽(yáng)坡等處。⑤跳閘率較高的區(qū)段、桿
塔。⑥山區(qū)線路接地電阻較大又難以降低，發(fā)生過(guò)
閃絡(luò)的桿塔。⑦雷電定位系統(tǒng)監(jiān)測(cè)、分析得到的雷
電活動(dòng)強(qiáng)烈區(qū)域。根據(jù)上述原則，該供電所避雷器
及避雷針的安裝位置分別如表1、表2所示。
2）加強(qiáng)桿塔接地裝置維護(hù)工作。
對(duì)悅城中心供電所管轄線路基桿塔的接地網(wǎng)
進(jìn)行接地電阻檢測(cè)，對(duì)檢測(cè)不合格的桿塔地網(wǎng)進(jìn)行
了改造。
3）加裝防雷塔減少雷擊對(duì)線路直接影響。
悅城中心供電所管轄線路旁邊加裝了防雷塔，
如表3所示，減少雷擊直接對(duì)線路造成影響。
3.1.2 防雷效果
悅城中心供電所2013年線路雷擊跳閘122次，
其中，重合成功110次，重合不成功12次。經(jīng)過(guò)防雷
改造后，2014年1月至今，線路雷擊跳閘111次，其
中，重合成功108次，重合不成功3次。統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表
4所示。
2014年上半年由于強(qiáng)對(duì)流天氣，并伴有雷雨、
大風(fēng)等災(zāi)害性天氣強(qiáng)烈，半年閃電次數(shù)超過(guò)2013年
全年的總和。受雷擊影響嚴(yán)重的線路有10 kV高村
線、10 kV軍崗線、10 kV洲林線、10 kV羅洪線、10 kV
南山線、10 kV三新線、10 kV九棠線、10 kV留村線。
表3 防雷塔安裝位置
Tab. 3 The installation location of anti-preta
序號(hào)線路名稱(chēng)安裝地點(diǎn)
1 悅城鎮(zhèn)10 kV軍崗線珠元支線1號(hào)桿、2號(hào)桿
2 10 kV軍崗線62號(hào)桿、64號(hào)桿
3 10 kV高村線25號(hào)桿、27號(hào)桿
4 10 kV三新線16號(hào)桿、20號(hào)桿、21號(hào)桿
5 10 kV三新線塘村支線14號(hào)桿
表2 避雷針安裝位置
Tab. 2 The installation location of lightning rod
序號(hào)線路名稱(chēng)安裝地點(diǎn)
1 10 kV三洲線7號(hào)桿、79號(hào)桿
2 10 kV九棠線17號(hào)桿
3 10 kV留村線新村支線16號(hào)桿
4 10 kV留村線14號(hào)桿
5 10 kV羅洪線37號(hào)桿、39號(hào)桿
6 10 kV南山線欖莊支線16號(hào)桿、21號(hào)桿
7 10 kV軍崗線41號(hào)桿、61號(hào)桿
8 10 kV軍崗線珠元支線2號(hào)桿
9 10 kV軍崗線老王坑支線34號(hào)桿、35號(hào)桿
10 10 kV三新線21號(hào)桿、89號(hào)桿
11 10 kV九棠線9號(hào)桿、37號(hào)桿、48號(hào)桿
12 10 kV留村線新村支線12號(hào)桿、20號(hào)桿
13 10 kV留村線新村支線天湖朗分支線4號(hào)桿
14 10 kV上垌線58號(hào)桿
15 10 kV上垌線柑子坑支線5號(hào)桿、66號(hào)桿
16 10 kV高村線13號(hào)桿、26號(hào)桿
17 10 kV高村線藍(lán)田支線3號(hào)桿
18 10 kV高村線芒坑林場(chǎng)支線2號(hào)桿
19 10 kV軍崗線28號(hào)桿、55號(hào)桿
20 10 kV軍崗線珠元支線3號(hào)桿
21 10 kV軍崗線老王坑支線41號(hào)桿
表1 避雷器安裝位置
Tab. 1 The installation location of arrester
序號(hào)線路名稱(chēng)安裝地點(diǎn)
1 10 kV三洲線塘甕支線廟咀分支線1號(hào)桿10 kV廟咀公用臺(tái)變
2 10 kV三洲線塘甕支線25號(hào)桿10 kV塘甕公用臺(tái)變
3 10 kV三洲線31號(hào)桿10 kV甘力公用臺(tái)變
4 10 kV三洲線62號(hào)桿10 kV沙圳口公用臺(tái)變
5 10 kV三洲線舊圩支線3號(hào)桿10 kV舊圩公用臺(tái)變
6 10 kV三洲線81號(hào)桿10 kV三洲公用臺(tái)變
7 10 kV三洲線95號(hào)桿10 kV李家莊公用臺(tái)變
8 10 kV三洲線垌寮支線10號(hào)桿10 kV遼車(chē)公用臺(tái)變
9 10 kV三洲線垌寮支線20號(hào)桿10 kV垌寮公用臺(tái)變
李德峰，等：配電網(wǎng)雷電防護(hù)措施總結(jié)分析及其應(yīng)用Vol.30 No.12
智能電網(wǎng)
Smart Grid
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第30 卷第12 期電網(wǎng)與清潔能源
經(jīng)過(guò)2013年的防雷改造后，10 kV高村線故障次數(shù)明
顯減少，并無(wú)發(fā)生永久性故障。10 kV軍崗線、10 kV
洲林線、10 kV羅洪線、10 kV南山線、10 kV三新線、
10 kV九棠線、10 kV留村線在承受更大的雷擊壓力
下，因雷擊影響故障在可控程度，只有10 kV軍崗
線、10 kV羅洪線、10 kV南山線出現(xiàn)故障跳閘重合
不成功，并無(wú)重大設(shè)備損壞、雷擊斷線等故障發(fā)生。
在線路旁架設(shè)防雷塔后，10 kV高村線、10 kV軍崗
線、10 kV三新線雷擊影響得到改善，發(fā)生永久性故
障降低，線路防雷效果得到提高。
3.2 案例二：10 kV金雞線北嶺微波支線防雷改造
10 kV金雞線北嶺微波支線為10 kV單供終端
線路，線路自投運(yùn)以來(lái)，雷擊故障頻繁，對(duì)配網(wǎng)安
全運(yùn)行影響較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2012年10 kV金雞線北
嶺微波支線因雷擊造成斷線故障4次。而僅2013年
上半年，10 kV金雞線北嶺微波支線已有4次雷擊
斷線故障，對(duì)配網(wǎng)供電可靠性和穩(wěn)定性帶來(lái)了嚴(yán)
重影響。
3.2.1 防雷改造措施應(yīng)用
1）安裝避雷器。
線路避雷器與絕緣子并聯(lián)安裝，當(dāng)線路遭受雷
擊時(shí)，雷電產(chǎn)生的過(guò)電壓使避雷器擊穿，雷電流通過(guò)
避雷器流入大地，避免絕緣子發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象。10 kV
金雞線北嶺微波支線共9基桿塔，其中直線塔4基、
耐張塔5基，每基桿塔安裝3相線路避雷器，共裝設(shè)
14套線路避雷器，有效保護(hù)了線路運(yùn)行安全。
2）安裝防雷間隙。
由于北嶺將軍山區(qū)雷電流較大（平均達(dá)2 300 A），
接地裝置運(yùn)行環(huán)境惡劣，以及山區(qū)土壤電阻率的不
穩(wěn)定性，北嶺微波支線線路避雷器雷擊損毀狀況嚴(yán)
重。為有效釋放雷電流，采取了在北嶺微波支線鐵
塔安裝防雷間隙的方案，在北嶺微波支線每基鐵塔
安裝球型支柱防雷間隙，共裝設(shè)9套放電間隙。
3）加裝北嶺微波支線分路斷路器。
10 kV金雞線北嶺微波支線所處環(huán)境惡劣，多
次發(fā)生支線遭受雷擊故障，使金雞線站端開(kāi)關(guān)跳
閘。為避免這種情況，選用揚(yáng)州新概念的AB-3S-12
型戶(hù)外高壓智能快速真空斷路器，加裝在10 kV金
雞線北嶺微波支線01號(hào)塔作為支線分路開(kāi)關(guān)，命名
為金雞線1T2開(kāi)關(guān)。
3.2.2 防雷改造效果
統(tǒng)計(jì)2014年1至6月份受雷擊跳閘累計(jì)達(dá)5次以
上的線路，主要是10 kV金雞線北嶺微波支線遭受
雷擊后造成金雞線1T2開(kāi)關(guān)跳閘。
經(jīng)防雷改造后，2014年上半年10 kV金雞線線
路跳閘情況如下：站端開(kāi)關(guān)跳閘1次，重合成功1次。
金雞線1T2開(kāi)關(guān)動(dòng)作情況：共跳閘25次，重合成功21
次，重合成功率達(dá)84%。4次重合失敗，經(jīng)巡視檢查后
線路均試送成功，沒(méi)有發(fā)生斷線故障。
4 總結(jié)
本文對(duì)配電網(wǎng)線路雷擊原理進(jìn)行了深入研究，
在此基礎(chǔ)上，分析總結(jié)了現(xiàn)行配網(wǎng)防雷的主要措
施，并應(yīng)用于實(shí)際配網(wǎng)中。實(shí)際案例的應(yīng)用結(jié)果表
明，本文所提措施的綜合應(yīng)用能有效提高配電網(wǎng)的
防雷水平，為配網(wǎng)線路的防雷改造提供了積極的參
考意義。
參考文獻(xiàn)
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表4 防雷效果對(duì)比表
Tab. 4 Lightning effect of contrast
線路
2014年1月至8月
雷擊跳
閘次數(shù)
重合成
功次數(shù)
重合不成
功次數(shù)
雷擊跳
閘次數(shù)
重合成
功次數(shù)
重合不成
功次數(shù)
三洲線3 3 1 1
九棠線3 3 1
留村線3 2 1 2 2
高村線23 21 2 12 12
軍崗線29 26 3 36 35 1
三新線4 2 2 4 4
洲林線10 9 1 7 7
羅洪線15 14 1 14 13 1
信和線9 9 3 3
順興線1 1
南山線23 22 1 31 30 1
2013年
智能電網(wǎng)
Smart Grid
107
（上接第98頁(yè)）
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———————————————————
收稿日期：2014-09-03。
作者簡(jiǎn)介：
俞京鋒（1978—），男，工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)及自
動(dòng)化工作；
阮遠(yuǎn)峰（1973—），男，高級(jí)工程師，從事電力系統(tǒng)繼電保護(hù)
及自動(dòng)化工作。
（編輯董小兵）
（上接第103頁(yè)）
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收稿日期：2014-09-03。
作者簡(jiǎn)介：
謝曉騫（1983—），男，碩士，工程師，從事電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)
行，電力系統(tǒng)仿真分析工作；
向萌（1988—），女，碩士，助理工程師，從事電壓無(wú)功管
理、電力系統(tǒng)仿真分析工作；
張思遠(yuǎn)（1983—），男，碩士，工程師，從事電力系統(tǒng)調(diào)度運(yùn)
行，電力系統(tǒng)仿真分析工作。
（編輯董小兵）
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Smart Grid
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