崔桂兴，郭 欣，侯元红，吴 宝

（国网青海省电力公司黄化供电公司，青海 尖扎 811200)

近年来随着社会经济的快速发展，人民生活水平的日益提升，用户对电力的依赖越来越强，对电能质量和供电可靠性的要求也越来越高，配电网的安全稳定运行在经济社会和人民群众生产生活中的地位越发重要。以国网泽库县供电公司所辖配电网为例，泽库县地处青南高原，平均海拔3700m，年平均雷暴日40.2天，属高雷区，近年来随着配电网的建设，10kV线路达1200km，0.4kV线路达1400km，配电变压器数量达351台，较2013年时配电网规模增长近3倍。

随着配电网规模的扩大，配电网线路和设备遭受雷击的频率增高，影响变大。在2015—2018年10kV配电线运行中，57.8%线路跳闸、接地故障是受到雷电活动的影响，特别是在一些雷暴高发的复杂地形区域，由于受地形、环境以及土壤电阻率等因素影响，配电网遭受雷击的频率更高，面对这一发展形势，开展配电网防雷研究，分析配电网遭受雷击的原因，找出适合高原农牧区防雷的具体措施，保障配电网的安全稳定运行显得尤为重要。

1 10kV配电网防雷中存在的问题

1.1 现有配电网未突出防雷的差异化

1.1.1 配电网内避雷器的配置未突出差异化

泽库地区高原农牧区的配电网，目前只在配电线路的开关两侧、配电变压器的高压侧、电缆线路电缆头的T接点处安装了高压避雷器，除此之外很少有避雷器，这样的线路防雷水平设计与平原地区的区别不大，在高雷暴区域尤其是高海拔，高寒区域的配电线路中，防雷能力和防雷水平显得严重不足。

1.1.2 绝缘子的选型未突出差异化

以泽库公司所辖配电网为例，高、低压配电网内大部分选用的P-15T针式绝缘子，但泽库地处海拔3700m的高原牧区，海拔高、空气稀薄，绝缘强度较低海拔地区低；常年平均气温－2.5℃、紫外线强、气候条件恶劣，绝缘子老化快也会降低线路的绝缘强度，如表1所示，在配电线路遭受雷击时容易发生绝缘子击穿炸裂现象。

表1不同绝缘子合理保护间隙

1.1.3 防雷标准未突出差异化

线路新建或改造进行防雷设计时未考虑高海拔差异。高原地区地势复杂，受局地小气候环境影响更加非常明显，同一线路上地势复杂地区会存在多段高雷暴区域，如不考虑现场实际情况开展合理的防雷技术经济评估，全线均采用相同的较低防雷标准设计，会导致线路防雷能力弱。

1.2 现有防雷设施的接地网缺乏针对性

图1 含水量约15%时，温度对砂质黏土ρ的影响曲线

表2 不同土质的土壤电阻率ρ

高原农牧区配电网现有防雷设施的接地网主要存在接地网的设计、施工没有突出地域的差异化。如图1和表2所示，高原地区冻土层厚度远超低海拔地区且土壤结构复杂，现有配电网接地装置设计，对安装区域的土壤电阻率、土质情况、冻土区域的厚度均没有考差异化虑，只是一味的照搬、照抄典型设计，采用四针接地网外加装2组模块的模式，这样的设计缺乏针对性更没有差异。

以泽库公司为例，近年来新投运的配电线路、开关、变压器等设备的接地网均按照统一标准设计，虽经施工人员的多次处理，但接地电阻值并不理想，许多设备接地电阻在夏季合格但在冬季形成冻土层后，就不合格；或是虽然经过人工换土、加降阻剂、加盐等措施后，也只是临时合格，其载荷量并不大，究其原因还是地域土壤、气候的差异化导致的。

1.3 低压配电网的防雷未引起足够重视

实际工作中对0.4kV配电网的防雷，从设计、施工到运维均未得到足够重视，存在较大的隐患。以0.4kV低压架空线路为主的低压配电网，受雷电活动影响产生分雷电过电压主要有2种，一是雷电以静电感应或电磁感应的方式在0.4kV低压配电网上产生雷电过电压；二是高压配电网的雷电过电压传递到变压器低压侧。

0.4kV低压配电网缺乏有效的防雷手段，致使架空进户线路遭受直击雷或感应雷，雷击到配电变压器高压侧后，串入低压线路及进户线，雷击到进户线或低压线路上及其他用电设备上，雷击到建筑物后，反击到用户线和照明线路上等雷击故障无法得到有效的防护。

他手举风筝追赶我，却不想风筝被一个树枝夹到，进退不得。他唤住我，可怜兮兮的样子不知道该怎么办，我一把拿过风筝线，说“我来试试。”

近年来，尤其是雷雨季节，因雷击导致低压配电线路断线、表计烧损、空开损坏、家用电器损坏的故障频繁发生。虽然雷击低压配电网导致的故障占比低压总故障仅为0.78%，但是0.4kV低压配电网直接连接广大电力用户终端设备，雷击后所造成的直接危害严重，不得不考虑。

1.4 员工对防雷知识欠缺

配电网防雷技术在基层一线员工中掌握和了解的相对薄弱，大多凭经验开展防雷工作，对新防雷技术不掌握，对新防雷设备不会用，例如将本该用于绝缘导线的防雷支柱绝缘子安装到裸导线上，起不到防止断线效果，甚至还会增加雷击线路跳闸概率；配电网规划人员在新建线路或是改造老线路时不能提出适合现状的防雷措施；配电网运维人员在对配网设备验收投运时不能及时发现接地电阻不合格，避雷器安装工艺不合格，避雷器引下线不合格等防雷技术问题。

2 配电网的防雷措施

配电线路防雷改造和设计的目的，是提高线路的耐雷性能，降低雷击跳闸率。在雷害发展过程的各个环节，采取相应的措施。在采取防雷措施时，需要遵循以下4个原则：

尽量使导线不受雷击；

雷击之后尽量使绝缘不闪络；

闪络之后尽量不建立稳定的工频电弧；

工频电弧建立之后尽量使供电不中断。

2.1 提高配网线路绝缘水平

绝缘子是配电线路中重要的设备之一，绝缘子的正常运行对保持配电线路的绝缘水平和耐雷水平有着重要的作用，当配电线路中存在劣质绝缘子和低值绝缘子时，配电线路的耐雷水平将急剧下降，在配电网遭受雷击时，劣质和低值的绝缘子在雷击瞬时过电压下极易发生表面闪络和绝缘子炸裂等情况，将导致配电线路接地和跳闸故障发生。

10kV配电线路常用绝缘子型号如表3所示，为了分析线路绝缘水平对感应雷跳闸率的影响，对表3内绝缘子型号，分别进行仿真计算，得到标准雷暴日下不同绝缘子型号下感应雷跳闸率。

表3 配电线路不同绝缘子型号感应雷跳闸率统计表

由表3仿真结果分析可知，选用U50%爬电距离大的绝缘子，能有效地降低配电线路感应雷跳闸率，由表3可知全线选用PS-20绝缘子，线路感应雷跳闸率最小，即总的雷击跳闸率最小。

泽库及与其相似区域配电线路宜采用柱式绝缘子（型号PS-20或更高等级），线路整体绝缘水平较以往使用针式绝缘子的老旧线路有一定幅度提高，防雷水平将整体有所提高。

2.2 增加特殊区段的差异化防雷保护

在配电线路的特殊区段上加装线路避雷器。避雷器用于保护配电线路绝缘以防止其闪络和线路中断。其作用大致有3个方面：一是通过吸收雷电放电能量，达到保护的目的；二是安装避雷器后能够限制配电线路的感应过电压；三是抬高被保护绝缘子另一端的电位降低其两端的电位差。配电线路具有网络结构复杂，绝缘水平低等特点，线路上没有避雷线和耦合地线对线路进行保护，目前虽然在配电变压器和线路的分支、分段开关上装设有避雷器，但是在线路上出现雷电过电压时，仍然会造成配电线路的绝缘子闪络等故障发生，鉴于此种情况，泽库公司先后在配电线路雷害多发区段的主干线路和分支线路以及线路的T接点处加装跌落式避雷器91组，加装线路避雷器312组，在角度小于100°的转角杆上加装线路避雷器36组；同时对接电网进行改造，使雷电流通过压敏电阻流入大地，从而使配电线路上的电压控制在安全范围内，保护配电网的安全。

提高线路绝缘等级，增加线路防雷标准，选用新型防雷设备。针对高原牧区3700m海拔的实际情况结合经济性，优先选用PS-20、R12.5型绝缘子。泽库县供电公司先后通过农网改造升级、大修技改、防雷整治等工程并结合线路运维，更换了高雷暴区线路的PS-20、R12.5型绝缘子3225支。同时还结合各种停电对配网线路定期开展绝缘子检测，通过用2500V兆欧表遥测绝缘子的绝缘电阻，对针式绝缘子和悬式绝缘子的绝缘电阻低于300MΩ的低值绝缘子以及巡视中发现的破损绝缘子更换526支，及时消除了配电线路的绝缘薄弱点，提升线路的耐雷水平。

泽库县供电公司还尝试了在高雷暴区域线路采用绝缘横担等新型复合材料12组，以减少泄露电流，增大放电间隙，提高线路绝缘等级。复合绝缘横担由性能优越的玻璃纤维增强的改性聚氨酯复合材料经特殊成型工艺制备而成，具有质量轻、电绝缘性能好、防污秽、耐腐蚀的优点。通过采用绝缘塔头或绝缘子和绝缘横担的组合绝缘，使放电路径增大3～4倍，绝缘水平提高至110kV线路水平。

在特殊区段配电线路的上加装无工频续流放电间隙。无工频续流放电间隙的防雷原理为：当雷电过电压超过一定数值时，在并联间隙的高压电极和低压电极之间引起闪络，形成短路通道，接续的工频电弧便在防弧金具上燃烧，以保护导线免于烧伤。泽库县供电公司先后对高雷暴区的10kV泽二路、多一路等4条线路加装无工频续流放电间隙装置1060组进行防雷改造，大大提升线路的防雷水平。

针对绝缘导线加装防雷支柱绝缘子，防止雷击断线。防雷支柱绝缘子的原理为：当雷击发生时防雷支柱绝缘子的引弧棒和下钢脚之间引起闪络放电，形成短路放电通道，持续的工频电弧移动到引弧棒和下钢脚之间燃烧，以保护导线免于烧损，能有效地防止雷击断线。泽库县供电公司先后对10kV绝缘线路加装防雷支柱绝缘子装置433组进行防雷改造，有效保证了绝缘线路的防雷水平。

2.3 对接地装置采取特殊方式处理

泽库地区的配电线路通道内，土壤的土质以砂石质土壤为主，土壤电阻率ρ大于14000Ωm。现有的接地网及接地装置（变压器、开关、电缆头、线路避雷器等处的接地网）均存在接地电阻不合格的情况，鉴于此种情况应对现有的不合格的412处接地网进行了改造，将接地电阻降低到了标准值以下。一是增加了接地模块的数量，接地模块的埋深点必须超越冻土层2.81m的深度，保证接地模块冬季不被冻胀损坏，确保接地模块的使用质量和寿命。二是对接地网的土壤采取换土措施并使用GPF-94降阻剂且应埋设在冻土层以下，使接地网的腐蚀率降低到0.00049mm/年，有效降低接地体的腐蚀速度，在接地体四周施加降阻剂后相当于扩大了接地体的有效截面，接地体在承受雷电流冲击时，接地电阻和电位都会降低，减少接地极上的电压陡度，使冲击特性得到改善，从而确保雷电流快速地泄入大地。三是用多根放射形接地或是延长接地网体的方法来降低接地电阻。四是施工过程中确保接地引下线连接处工艺要良好，线径要达到设计标准，否则雷击电流不能及时泄露到大地中起不到应有的保护作用。

2.4 增加低压配电网的防雷保护

2.4.1 在变压器低压侧加装低压避雷器

在配电变压器低压侧装设低压避雷器，能有效防止高压配电网的雷电过电压传递到变压器低压侧危及低压用电设备的安全，又可防止低压配电网遭受雷击时产生变换过电压危及变压器的绝缘造成变压器损坏。

2.4.2 在线路上加装避雷器

在低压配电线路的主干线路上和分支线路的前端安装低压避雷器，以保护电能表及其他设备不受到损害。在低压配电盘上加装低压避雷器或SPD浪涌保护器，可有效防护雷电对用户的侵袭，防止雷电由电源侵入打坏家用电器。

2.5 开展防雷知识培训，积极引进新型防雷技术

一是组织开展了2次配电网防雷知识培训，邀请省电科院专家开展配电网防雷技术经验交流，提高公司员工技能水平，在配电网线路运维、管理过程中有的放矢。二是把好新建、改造的防雷设计和竣工验收关，确保实现防雷的源头控制，泽库县供电公司结合气象资料、运维经验划分为重点防雷区域、一般防雷区，在设计阶段便提出防雷的差异化需求，验收阶段对防雷技术工艺、重要参数进行重点实测，确保验收质量。三是积极引进了跌落式避雷器、防雷支柱绝缘子、绝缘横担等新型防雷技术，随着科技的发展进步，还会有大量的防雷新技术、新材料被应用到配电线路中，比如：新型复合绝缘横担、新型复合式避雷器、新型镀铜接地体、石墨烯电极、石墨带等。

3 结束语

2017—2019年泽库县供电公司结合农网升级改造、技改大修项目对高雷暴区域内的线路将该研究成果进行了推广实施，因雷击引发和导致的线路跳闸故障和接地断线故障由之前的57.8%降低到2020年的22.3%，取得了很好的效果。高原农牧区配电网在实际运行过程中最容易受到直击雷和感应雷的影响，雷击降低了配电网的安全性，导致配电网故障频发，面对这种形势，需要增加对配电网防雷措施，从设计、改造、运维等方面入手，利用合理、科学、差异化的方法和举措，系统、综合地开展高原农牧区配电网防雷工作，有效地降低雷击跳闸和断线的发生率，保障配电网的安全稳定运行。