彭 涛，卜 凯，任 磊

（1.国网湖南省电力有限公司电力科学研究院，湖南 长沙 410007；2.国网湖南省电力有限公司益阳供电分公司，湖南 益阳 413000；3.湖南省湘电试验研究院有限公司，湖南 长沙 410007）

随着“双碳”目标的提出以及新型电力系统的发展，电力在全社会的经济发展和人民生活中的作用越来越重要。与此同时，人们对供电可靠性提出了更高的要求。作为连接输电和用电的重要环节，10 kV 配电网的供电可靠性对于提升供电质量和用电质量的作用也日益重要。雷击是引起10 kV 线路跳闸的重要原因之一。统计数据显示，雷击跳闸在所有跳闸事故中所占比例为60%～70%[1]。

湖南电力十分重视防范雷电对电力系统安全的影响，在很早的时候已经开展雷电及其对输电网的影响研究，并开展监测和主动预警工作。目前配网的设备状况、技术水平等方面与输电网之间均存在着较大差距，配电架空线路绝缘水平较低，且一般无特别的防雷措施。随着城市配电网的发展，配电线路的长度和密度不断增加，且架空线路的比例较高，一旦发生雷击，可能引起架空线路断线和绝缘子闪络，引发故障停电，严重影响配电的供电可靠性。因此，针对配网架空绝缘线路运行薄弱环节进行针对性防雷研究具有极其重要的意义和价值。本文结合一起具体的10 kV架空绝缘线雷击断线事故进行分析，并给出配电网架空线路防雷方面的优化举措。

1 湖南地区雷电情况

1.1 雷电定位监测

湖南省闪电定位监测工作开展得较早，并取得了良好的成效。早在2007 年，湖南省已经在长沙等城市部署10 套ADTD 闪电定位仪，此外还建有多部多普勒雷达和气象自动站，结合大气电厂仪，基本形成了较为完备的雷电监测体系。根据雷达回波影响和卫星气象云图动态发展趋势，可以有效地分析监测和预警雷电灾害，为全省重要生产部门提供雷电灾害防控数据服务[2-3]。

1.2 雷电灾害特征分析

根据已有文献分析，湖南省雷电活动呈现出以下特征[4]：①时间性。雷电主要发生在每日的13：00—16：00 之间，需要在雷电高发季加强对重点时段的雷击灾害监测和预防。②季节性。湖南省每年夏季6—8月为雷电活动高发季节，雷击较为频繁，其次为春季和秋季，冬季雷电活动较弱。因此，除了雷电高发的夏季，春秋两季的雷击灾害防范工作也不容忽视。③区域性。雷电主要发生在怀化、邵阳、常德等地区，区域特征较为明显，需要加强对相关地区的雷击灾害监测和预防。

2 架空线路雷击跳闸断线机理分析

2.1 雷击引发架空线路过电影响分析

根据已有研究结果和实际现场观测分析[5-6]，雷电具有极高的对地电压和电流，通常分别可达数百千伏和数百千安，一旦雷电直接击中电气线路或相关设备，将产生设备过电压问题，造成极大的破坏性。城市建筑物通常有避雷装置，雷电直击配电网的概率较低，然而配电网架空线路缺少必要的屏障，一旦雷电直接或间接击中，将不可避免地产生过电压或感应过电压，从而引发线路跳闸。根据有关部门的统计数据结果，在实际运行中，配网架空线路感应雷过电压引起的配网故障占比超过80%[7]。

2.2 雷击引发架空线路断线机理分析

雷击除了引发架空线路跳闸外，可能引起绝缘子燃烧和导线短线。其相关机理为：当雷击引发的直击过电压和感应过电压后，由于架空线路绝缘十分薄弱，架空线路的绝缘层和绝缘子不可避免地被击穿并引发闪络，引发击穿点燃烧；同时可引发相间电弧，产生较高温度，通过引起电磁反作用力并结合导线自身张力，最终引发架空线产生路脆性或韧性断线事故[8-18]。

3 典型雷击事故分析

3.1 事故过程简述

2021-08-07T15：00 左右，湖南省某110 kV 变电站的10 kV 线路出现#047/2 杆A 相线路断线，靠负荷侧导线跌落至高速公路上。经路政部门反映，事故发生时当地有明显雷鸣声。当地供电所人员于当日15：30 确认断线地点，在16：05 汇报调度并得到许可后，将该线#047 杆后段线路转检修，完成故障的隔离工作。由于故障处理及时和应急响应策略得当，16：28 分高速公路恢复畅通，事故处置期间未造成高速拥堵。供电所人员于2021-08-08T08：30—09：00对高速进行封路，并开展线路复电抢修工作；09：02线路放线完毕，高速公路恢复畅通；10：05 该线路#047/2—#047/3 杆A 相断线抢修竣工；供电所人员在10：09 汇报调度后，操作#047 杆断路器全线恢复供电。

3.2 系统运行情况分析

根据调控系统单线图，该110 kV 变电站为双主变单母线分段带旁母接线运行方式，母线下共带16 回10 kV 线路，发生事故的线路为其中一条10 kV 线路，故障前电流为55.25 A。检查该110 kV 变电站保护装置动作情况，发生雷击故障的10 kV 线路配置完整的电流三段保护、重合闸保护，无故障录波装置。结合现场实际检查结果，发生故障的10 kV 线路所有保护均未动作。通过查询雷电定位系统信息，系统显示，2021-08-07T15：00 左右，发生故障的10 kV 配网架空线路断线点附近（10 km 范围内）短时间内落雷数高达18 个，落雷电流最大幅值高达-31.2 kA。

3.3 线路现场检查情况

发现架空线路故障跳闸信息后，供电所相关人员立即前往现场勘察抢修。经现场检查发现，该10 kV线#047/2 杆A 相瓷瓶炸裂，A 相导线（导线型号为JKLYJ-70/10）断裂，经现场仔细检查后，发现炸裂瓷瓶有明显放电痕迹，断裂导线处有明显针孔放电痕迹，导线断裂现象呈现韧性断裂状态，属于明显的雷击断线特征，具体如图1—图3 所示。

图1 #047/2 杆炸裂瓷瓶碎片

图2 #047/2 杆C 相导线断线点

图3 #047/2 杆拆除断线导线

3.4 事故过程反演

根据系统运行情况分析和现场勘察结果，基本上可以对本次引发的配网架空线路断线事故的过程进行反演，相关结论如下：①该10 kV 线路#047/2 杆A 相瓷瓶遭受雷击导致断线，断线后，#047/2—#047/3 杆侧（用户侧导线）A 相掉落在高速上，#047/1—#047/2杆侧（电源侧导线）A 相导线悬挂在附近通信线上，导线断口悬空；②虽然架空线路配备了相对齐全的保护装置，但由于架空线路的断口未直接接地，所属110 kV 变电站10 kV I 母电压正常，因此相关保护并未启动，也无任何异常告警信号产生，导致此次配电网线路故障具有一定隐蔽性。

4 工作建议

4.1 配电网防雷建议

在实际配电网中，受限于配电网建设和发展水平，架空线路受雷击产生雷击过电压引发的跳闸事故较多，对配电网的供电可靠性影响较大。因此，配网防雷应首先对架空线路关键位置进行有针对性的感应雷过电压防护。本次事故就是典型的因雷击感应过电压引起的10 kV 架空绝缘线路跨越高速公路段断线，造成一定影响。为防止同类事件再次发生，建议针对10 kV 架空线路跨越公路、铁路等关键位置的配电线路，其绝缘导线两侧均应加装能有效释放雷电流的防雷装置，防止绝缘导线遭受雷击发生断线事故。同时，建议针对历史事故开展反演和总结分析，加强设备雷击故障应急策略的制定和应急演练，因地制宜地制定差异化防雷策略和方法，进一步提升配网设备防雷工作的有效性。

4.2 电力数字化建议

加强雷电灾害系统的建设和应用，利用数字化和信息化手段打通相关系统数据，实现智能诊断和灾害抢修辅助决策。对雷电灾害高发区开展数字化建模，精确模拟易雷击区域及地理信息特征，同时利用数据中台将PMS 系统中的配电网运行管理模块、GIS 模块以及灾害系统信息相结合，收集气象信息、雷电参数、雷击地理位置、停电线路杆塔坐标等数据，结合历史数据统计分析和停电场景自动化匹配，实现快速的雷电事故联动。及时推送雷电故障预警，提示停电区域信息，辅助系统运行检修人员快速导航前往事故发生地点，进一步提升故障诊断和抢修效率。建立数字化移动巡检终端，加强防雷移动应用的建设和推广，快速进行雷击现象的信息采集、填报和现场的巡视管理，并与服务器联动，实现智能辅助决策。

5 结论

本文总结了湖南地区雷电灾害监测现状及雷电事件分布特征，介绍了雷电引起配电跳闸和断线的机理，结合配电网实际架空线路遭雷击引发的断线停电事故分析，从系统和现场实际情况两方面印证了雷击断线的理论分析结果，同时从配电网雷害故障预防角度，提出配电网差异化防雷、提升电力数字化防雷建设等合理化建议，对于指导配电网防灾减灾、提升供电可靠性、减少故障停电时间具有重要意义。