10 kV绝缘横担防雷设计-AET-电子技术应用

10 kV绝缘横担防雷设计

2018智能电网增刊

庞明远1，宗强2，纪瑞景3

1.国网甘肃省电力公司经济技术研究院，甘肃兰州，730050； 2. 南通电力设计院有限公司，江苏南通，226000; 3.上海市南电力设计有限公司，上海201100

摘要：绝缘横担作为一种堵塞式防雷方法，可有效降低线路雷击闪络次数，提高线路运行可靠性。本文从横担干弧距离设定、避雷器的设置、避雷器的选型几方面对10 kV绝缘线路使用绝缘横担防雷进行设计研究，给出了不同海拔10 kV绝缘横担干弧距离，提出线路避雷器的防雷布置方式以及避雷器的电气设计参数。

关键词： 绝缘横担 10kV架空绝缘线路干弧距离耐雷水平绝缘配合

中图分类号：TM863
文献标识码：A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2018.S1.018

Abstract：

Key words :

随着国家配网线路绝缘化率的提高，雷击断线成为配网线路主要事故之一，其危害性日益严重。提高架空绝缘线路绝缘水平可以减少配电网雷击跳闸及绝缘导线雷击断线，10 kV架空线路杆头空间有限，因此国家电网公司将绝缘横担列为新技术推广用于防雷。本文就10 kV架空绝缘线路使用绝缘横担防雷设计进行研究。

1 原理描述

线路遭受雷击有直击雷和感应雷两种。直击雷是闪电直接击中导线或杆塔，通过导线和杆塔与大地构成放电通道。闪电的平均电流是30 kA，最大电流可达300 kA。闪电的电压很高，约为10万～100万kV。因此对直击雷，不可能做到绝缘耐受，只能走线时利用地形地物减少直击雷几率。

感应雷是指当雷云来临时，导线和杆塔由于静电感应，产生出很高的感应电压。感应电压幅值一般不大于400 kV，其幅值服从对数正态分布。

我国以往没有开展过配电线路雷击形式观测，根据日本上个世纪的短期观测数据显示，城市配电线路遭受感应雷和直击雷的比例可近似按9:1对待。因此从经济角度考虑，绝缘横担防雷仅考虑对感应雷的防护，可达到线路防雷的目的。

导致架空绝缘线路断线的根本因素是雷击闪络后的工频续流电弧，针对工频续流采取的措施不同，防护绝缘线路雷击断线的具体方法可归纳为疏导式和堵塞式两种。采用绝缘横担防雷可归类为堵塞式方法。这种方法主要包括加强线路绝缘、加设避雷线、加设氧化锌避雷器等。10 kV线路设置绝缘横担防雷措施后，已经可以将线路雷击故障率控制在工程运行可接受范围内，基于技术经济性考虑，不建议对采用绝缘横担的线路再配置地线。

因耐张绝缘横担技术还不成熟，耐张杆用绝缘横担还未推广。一般是直线杆采用绝缘横担，耐张杆（塔）及分支线路加设氧化锌避雷器。直线杆采用绝缘横担提高耐雷水平，保证雷电流在耐张杆、分支杆等处通过金属氧化物避雷器泄流，达到防止绝缘导线烧伤断线的目的。

基于以上防雷原理，10 kV绝缘横担防雷设计要解决两个问题，即10 kV直线杆绝缘横担干弧距离和耐张杆氧化锌避雷器的设置。

2 绝缘横担干弧距离的设定

2.1 绝缘横担干弧距离定义

干弧距离(也称电弧距离)：绝缘横担在正常带有运行电压的两个金属附件之间外部空气间的最短距离。如图1所示。

2.2 干弧距离基础值设计

从经济角度考虑，绝缘横担防雷仅考虑对感应雷的防护，感应雷其过电压幅值一般不大于400 kV。在海拔1 000 m下，通过对整支横担进行正极性U50耐压试验（试验方法及结果见中国电力科学研究院《配电网10 kV线路用绝缘横担特性研究》），绝缘距离为600 mm时，U50试验数据大于400 kV。由于正极性闪络电压较负极性低，根据试验结果，计算出U50闪络电压为395 kV，考虑老化，其设计寿命内雷电冲击耐受水平不低于350 kV。

感应雷电流的幅值服从一定的概率分布，一般认为服从对数正态分布，我国电力系统标准采用以下公式：

雷电通道的等值波阻抗Z₀一般在300 Ω~3 000 Ω间变动，雷电流幅值越小，Z₀取值越大。对应最大电压幅值，取雷电通道波阻抗为300 Ω，可计算出大于350 kV的雷电几率为5.62％，即不低于350 kV的雷电冲击耐受水平可以耐受94.38％感应雷。因此干弧距离600 mm绝缘横担满足长期运行的防雷设计需求。

综合以上分析，10 kV绝缘横担在海拔1 000 m及以下时干弧距离按600 mm设计，其雷电冲击耐受水平不低于350 kV。

2.3 干弧距离海拔修正

绝缘强度随着空气密度减小而降低，因此为确保绝缘横担在高海拔地区使用时雷电冲击耐受水平仍不低于350 kV，要考虑空气密度的影响。根据GB 311.1-2012《绝缘配合第1部分定义、原则和规则》及Q/GDW 13001-2014《国家电网公司物资采购标准高海拔外绝缘配置技术规范》相关规定对绝缘横担最小干弧距离进行海拔修正，海拔修正系数如下：

其中，H₂为绝缘横担安装地点海拔高度，H₁为绝缘横担试验地点海拔高度，m为海拔修正因子（工频、雷电电压取1，操作过电压取0.75）。

通过计算，绝缘横担在各海拔高度须满足的干弧距离见表1。

3 避雷器设计

3.1 避雷器配合防雷措施

金属氧化物避雷器具有良好的非线性伏安特性，能有效限制架空绝缘线路上的直击雷和雷电感应过电压，同时抑制工频续流起弧。采用绝缘横担的10 kV配电线路，避雷器宜逐基装设在耐张杆（塔）和分支杆（塔）上保护线路^[3]。对于多雷区或中雷区易遭雷区域、变电所出口处、变电站馈出线路1 km或2 km范围内、可靠性要求高的架空绝缘线路重点区段的耐张杆（塔）、耐张设备杆（塔）、耐张电缆杆（塔）及耐张杆（塔）分支线路应加设或调换大通流容量规格避雷器。

避雷器应设置接地体接地，接地形式应安全可靠。为了能在雷击时尽快泄流，架空绝缘线路每500 m范围内宜有一基耐张杆（塔）安装避雷器。

3.2 避雷器选型

根据Q/GDW 10370-2016《配电网技术导则》要求，带间隙避雷器用于线路（导线、绝缘子），无间隙金属氧化锌避雷器用于保护设备（电缆杆（塔）、开关杆、变台杆等）。金属氧化物避雷器一般可分为带间隙避雷器和无间隙避雷器两种类型。因带间隙金属氧化物避雷器本体不易老化损坏，正常情况下不会引起线路短路故障，因此在雷击频繁地区带间隙金属氧化物避雷器更有优势。

为减少较高幅值雷电压下避雷器的故障率，减轻查找处理故障的人力及时间，两种避雷器选型均宜采用标称放电电流10 kA级的大通流容量避雷器。避雷器主要电气参数见表2。