10kV配電網防雷措施優化分析綜述目錄TOC\o"1-2"\h\u303010kV配電網防雷措施優化分析綜述 1156801.1配電網防雷優化措施 1196171.1.1運用線路型避雷器實現防雷 1325931.1.2減小桿塔接地阻抗實現防雷 286331.1.3架設耦合地線實現防雷 3133841.1.4架設避雷線實現防雷 4214311.1.5優化中性點接地方式 4252841.1.6消除絕緣弱點實現防雷 5218891.2防雷措施優化效果 6隨著近年來科技井噴式的發展，以及電網公司的大力投入，電力主網架達到了堅強電網的要求，安全水平達到較高水平，但是對于10kV配電網的升級改造還有待加強，需要進一步向堅強電網目標進發。本章結合第三章對于防雷措施差異化分析，討論研究出六項防雷措施的劣勢，提出優化方案。再聯系第四章綜合評價結果，對10kV配電網防雷措施改進的前提下，找出最符合本地區電網安全可靠運行的方式，以提高防雷能力、增強電網的韌性。1.1配電網防雷優化措施1.1.1運用線路型避雷器實現防雷線路型避雷器主要是針對架空線路防雷的避雷器，一旦輸變電線路被雷電擊中，能夠及時將雷電流分流，有效限制雷電流在可承受水平，從而提高線路的耐壓水平，提升了防雷能力。與此同時，部分雷電流不可避免的流經線路，受到電磁耦合作用的影響，絕緣子能夠因為導線與桿塔的電位差的減小而降低了閃絡的概率，進一步提高了線路的供電可靠性。在架空線路與架空線路或者架空線路與電纜的分支點安裝有線路型避雷器，能夠更好的發揮避雷器的保護作用，擴大保護范圍而不僅限于桿塔，以及改善之前線路型避雷器在實際生產運行中遇到的缺陷。通過總結在實際生產運行中的經驗，線路型避雷器對于瓷橫擔型和3片或4片型絕緣子串，因為它們會影響其在運行中的動作值，不利于提高動作可靠性。通過優化改進為5片型絕緣子串，能夠有效解決這個缺陷。在第三章提到的雷擊斷線事故就是因為帶間隙避雷器并不能完全保證一定防雷成功，是有漏洞的，從而導致其沒有成功動作。對于這個漏洞，可以通過增加可調式過電壓保護間隙裝置進行聯合運行，一旦避雷器無法動作時能夠及時預防事故的產生，同時也能對避雷器起到保護作用。1.1.2減小桿塔接地阻抗實現防雷根據前面的內容可知，配電線路發生雷擊現象時，會形成雷電流，這個雷電流流入大地，過程中和分流有關。而在雷擊桿塔的時候，雷電流入地的電流值與桿塔本身的接地電阻有很大關系。以大地為參考零電位，則只需要計算桿塔的塔頂電位。這個電位受桿塔周圍土壤率的影響，以及桿塔的接地阻抗的影響。部分線路桿塔的接地阻抗數值超過正常值，因此要采取相關措施來降低其接地阻抗。常用的降低接地阻抗的方法有如下幾點：（1）桿塔的沖擊接地電阻由兩部分構成，首先是位于桿塔上的工頻接地電阻，再者是由估算得到的沖擊系數，兩者之積就是實際的沖擊接地電阻。對于出現接地電阻數值超標的現象，常用水平外延接地的方式，通過降低工頻接地電阻的同時，也能降低沖擊接地阻抗的大小，達到所需要求。（2）桿塔的電位取決于周圍的土壤率，對于有較低阻抗率的土壤深處，將接地極深埋或者是采用豎井型可以有效避免這個問題。（3）降阻劑可以降低阻抗率，普通的降阻劑達不到應有的效果時，使用高效膨潤土降阻防腐劑，降阻性能更好。前面提到使用降阻劑可以有效降低阻抗率，但是一般情況下會有一個范圍，通常來說降阻劑的阻抗率低于0.135。降阻劑還有一個外在表現，當接觸到水會膨脹，因為是和土壤接觸，土壤截面也會變大。同時，降阻劑因其吸水和保水的特性，會間接的影響到土壤參數大小，進一步降低土壤電阻率。有些土壤的電阻率很高，為了達到降低土壤電阻率的目的，會使用降阻劑來降低其接地阻抗。相關的使用方法和注意事項如下圖1.1所示。圖1.SEQ圖5.\*ARABIC1水平接地體施加降阻劑Fig.1.1Horizontalearthingwithanti-resistanceagent.由圖1.1可知，這個效果圖由4層結構組成，分別是回填土，降阻劑，接地體，降阻劑共4層，并且按照從上到下的層次來排。第一步是先構造出一個挖槽，挖槽的最底部先鋪上一層降阻劑，降阻劑的深度大概在30-40cm，接著第二層是水平接地體，直接鋪在降阻劑的上方，然后進行焊接。在焊接完之后，在第二層上再鋪上一層20-30cm高度的降阻劑，最后一層鋪上回填土，值得注意的是，為了達到更好地效果，回填土要選用細土。其中，若所構造的挖槽的寬度是x,降阻劑的厚度是y，則x和y必須滿足一定的要求，這個要求和土壤阻抗率以及所以要改變的接地阻抗有關。列如：設定一個土壤阻抗率為a(a<300),接地阻抗設為b(b=4)，x、y的范圍設定在15-30cm。改變土壤阻抗率的大小，若a>300，且b不大于1，此時x、y的數值會產生變化，變成20-40cm。由此可以看出這個方法可以達到所需要求。1.1.3架設耦合地線實現防雷地線與導線之間有耦合效應，雷擊桿塔時，頂端會產生的感應電壓，并且逐漸升高，因此絕緣子受到的沖擊電壓就會明顯降低。所以，架設耦合地線是當無法降低或者較難降低桿塔接地電阻時的一個絕佳解決方案。與此同時，當有較大雷電流時，耦合地線能夠將部分雷電流分流至桿塔的接地裝置起到分流的作用，桿塔的接地阻抗越大，其效果越明顯。另一方面，導線上的感應電壓分量會因為耦合地線的架設而減少，是得益于桿塔與線路的電位的增大，從而對于線路防雷水平的提升很有幫助，大大提高了供電可靠性。1.1.4架設避雷線實現防雷在10kV配電網中，當發生雷擊現象時，會產生雷電過電壓，其中，由70%的過電壓是感應過電壓。之前提到了感應過電壓決定了塔桿的塔頂電位，這個電位會進一步影響耐雷水平。雷擊線路或者雷擊桿塔及其附近的區域，會產生過電壓，這個過電壓的大小受到類雷電流的流向和幅值的影響。雷擊發生時，避雷線會對雷電流進行引雷、屏蔽、分流，從而降低感應過電壓，對于實現塔頂電位和絕緣子串兩側過電壓的下降大有裨益。以上整個過程對于設備的耐雷水平的提升是非常有成效的，雷擊跳閘率高的問題得以解決。線路耐雷水平的高低與架設避雷線的有無關系密切，沒有避雷線時為：(1.1)式中：是絕緣子串放電時50%放電電壓。式(1.2)是雷電流幅值概率分布曲線為：(1.2)式中：I為放電時雷電流幅值；P是放電時雷電流的幅值大于I的概率。線路的雷電流和絕緣子串50%放電電壓成正比例關系，可從式(1.1)和式(1.2)得以發現，雷電流的概率分布的分布曲線函數表明，設定了一個雷電流為I，則再設定一個P參數，P和I成反比。例如，給I賦值為1kA，則P大概為0.91，這個結果表明當發生雷擊現象時，大約有91%的雷擊線路擊中導線的情況下，絕緣子會發生閃絡現象，而閃絡的容易損壞絕緣子，影響耐雷水平。因此，綜上所述，架設避雷線之后的線路的耐雷水平要高于未架設避雷線的線路。根據我國的相關要求規定，在10kV的變電站中針對進線部分必須架設避雷線，避雷線的架設點覆蓋在進線的1-2km。而10kV的電網線路因為絕緣水平較低，因此可以全線架設避雷線或者是在雷擊雷落發生頻率較高的地區架設避雷線。1.1.5優化中性點接地方式電力系統的接地系統分為中性點有效接地和中性點非有效接地兩種，而對于高電壓等級電網系統來說，前者是最主要的運用方式。以中性點不接地形式為主要特征的配電網，具有故障電流小的特點，繼而能極大地減小對電網的影響。期間，系統的相電壓保持不變，整個電網的供電可以繼續維持，在出現故障以后仍可以帶故障繼續運行幾個小時，故障期間發出報警信號，然后相關部門人員查看故障信號發出指示，并由相關部門處理故障，恢復系統安全。故障時候的短路電流受電網電壓和對地電容的影響，根據相關計算公式可知故障電流與其成正比，對地電容值與線路成正比。輸電網中的電容和電感元件的存在會產生電磁振蕩，相比較電磁振蕩，還有可能會因為故障產生持續過渡的過電壓，最終中性點發生擊穿。其中，變壓器中性點和避雷器等等絕緣較弱的部分，受危害的影響程度很大。單相接地故障發生時，中性點不接地系統的弧光接地過電壓能夠分為以下這兩種類型:設定一個臨界值為10A，第一種情況如下式所示：(1.3)一旦對地電容電流達不到10A，間歇性接地電弧可以在電流過零和峰值時重復熄滅和重燃的循環，從而影響設備安全。第二種情況如下式所示：(1.4)單相接地故障產生的電流對地分量一旦超過此閾值，一開始的接地電弧和式(1.3)提到的一樣，在電流過零的時候，會熄滅。短暫性地熄滅之后，電弧在電流達到峰值的前后會復燃，這個過程會持續一段時間。不穩定的間歇性電弧多次不斷的熄滅和重燃會引起高頻振蕩過電壓，這個電壓值會達到3.15-3.5倍的相電壓。同時，單相接地短路故障會因此發展成為相間短路故障，而且這個變化的看呢個性較大，會對設備造成極大的損害，威脅電力系統的安全。綜上所述，需要對現運行的10kV系統的電容電流進行測量，根據測量得到的電容電流的值來選擇合適的中性點接地方式。1.1.6消除絕緣弱點實現防雷消除絕緣子絕緣弱點是維持10kV線路正常安全運行的重中之重，特別是要注意可能會出現的零值或低值絕緣子，以及積污嚴重的絕緣子，必須要及時處理更換，從而保證線路的防雷效果。1.2防雷措施優化效果圖1.2常州地區采用避雷器示意圖Fig.1.2TheactualinstallationoflightningprotectioninChangzhou.不同電壓等級的線路防雷措施有很大區別，本文主要針對中低壓配電網來進行討論。前文針對幾種不同防雷措施進行了改進優化，結合第四章綜合評價結果可以得到配電網輸電線路防雷措施的優先順序仍為：安裝避雷器、降低桿塔接地電阻、架設耦合地線、架設避雷線、安裝防雷間隙、差絕緣。安裝避雷器進行防雷的使用概率最大且效果最好，故對此方式進行深度研究。根據第三章和第四章的研究結果，改進方法為改變傳統絕緣子串的個數。為進一步驗證通過配電網防雷措施綜合評價模型得出的防雷措施優劣情況，本文結合常州地區實際情況，對防雷效果最佳的5片型線路避雷器進行了型