配电网感应雷击跳闸事故分析及防护措施研究

摘 要：通过对感应雷击引起跳闸事故的产生机理进行分析确定其影响因素，并对其影响方式进行探讨，提出有效的抑制感应雷击跳闸事故的措施。通过研究分析确定了通过安装自动跟踪补偿消弧装置、增设保护间隙以及带外串联间隙氧化锌避雷器等方式可以有效降低感应雷击引起的线路跳闸事故。

关键词：雷击跳闸;防雷;感应雷

基金项目：青岛黄海学院虚拟仿真实验教学项目“输电线路常规保护实验”。

电力线路按照功能不同可分为输电线路和配电线路，是电力网络中的重要组成部分。电力线路的安全稳定运行不但影响电力系统运行的稳定性，而且直接关系到用户供电的可靠性和电力工作人员的安全。相关数据表明：电力线路的跳闸故障中，70%以上都是由雷击跳闸引起的[1]。因此，降低线路的雷击跳闸率对提高系统供电的可靠性和电网运行的安全性至关重要。

我国输电线路防雷设计在选择范围不大，线路路径受投资和地形限制的情况下，通常采用架设避雷线、装设避雷器、降低杆塔接地电阻、提高线路绝缘水平等方法[2]。但迄今为止未能将这些方法与具体的雷击引起跳闸事故相联系上，也未给出实际应用数据。

雷击跳闸事故有直击雷引起跳闸和感应雷引起跳闸两种类别。本文是基于对感应雷击引起跳闸事故发生原因的研究基础上，通过对雷电引起跳闸事故的监测与诊断，对其产生数据进行研究，最终确定所采用的针对性应对措施和具体的参考数据。

1 感应雷引起跳闸机理

雷电在击中输电线路周围的物体时，在电磁感应的作用下，输电线路的导线上会产生相应的感应过电压。雷电的发展由前后两个阶段组成：前一阶段是云层缓慢向下扩散，并在经过区域感应出相应负电荷的阶段;后一阶段是产生比前一阶段大得多的电流，并以极快的速度自下而上的“回击”阶段。在通过雷击过程来做感应过电压的计算时，要先假定在雷电先导的发展过程中，所形成通道上的负电荷分布均匀;在后一阶段形成的通道是竖直向上、完全导电的，并且其头部是自下而上均匀发展的。

2 感应雷引起跳闸事故的影响因素和措施

从提高线路耐雷水平上来说，很多措施是起综合性的效果，它们无论对反击雷、绕击雷还是对感应雷都起到一定的防雷保护作用。比如线路避雷器、避雷线、接地电阻、消弧线圈、线路绝缘水平等。下面主要介绍几种与感应雷联系相密切的措施或改进方法。

2.1 安装自动跟踪补偿消弧装置

通过计算机测量控制系统，借助中性点位移电压法的跟踪方式对电网运行方式的变化进行跟踪控制，从而保证残流和脱谐度在规定的范围内。在消弧线圈的补偿不变时，电网运行方式的变化必然引起电网对地电容电流的变化，脱谐度也会发生相应的改变，最终导致中性点电压漂移。

虽然雷电过电压的幅值高，但是其作用时间短，绝缘子因受热而产生的破坏大多数是受到电容电流的影响。补偿后的残流可以通过自动跟踪补偿消弧装置控制在5A以下，为雷电流过后的可靠熄弧创造条件。

如同电流自动测量一样，自动跟踪补偿消弧装置能够对电网的运行方式自动跟踪和自动调整补偿电流，弥补了老式消弧线圈中存在的问题，同时能有效地限制弧光接地过电压，消除铁磁谐振过电压。自动跟踪补偿消弧装置能保证补偿以后的残流在规定的范围内，并使其小于熄弧的临界值，这样利于接地电弧的熄灭，使配电网雷击故障跳闸率得到大幅度的降低，进而提高了配电网供电的可靠性。

2.2 保护间隙

1）保护间隙对绝缘子的保护作用。保护间隙[3]是在绝缘子串旁并联一对金属球电极，并依據相关绝缘子50%雷电冲击试验值确定其间隙距离使其间隙放电电压低于绝缘子串放电电压。当线路感应雷击时，在线路与地之间会出现较高的雷电过电压，因为绝缘子串的放电电压相比于保护间隙要高，所以雷电过电压会经过保护间隙进行放电，工频电流在间隙内燃烧会因受到电弧电动力和风的作用逐渐熄灭，使得绝缘子串得到有效的保护。由于空气绝缘可在短时间内自行恢复，间隙放电属于瞬时性事故，从而提高了雷击跳闸重合闸的成功率。

2）保护间隙保护距离的界定标准。保护间隙对绝缘子进行保护是使闪络避开绝缘子串而产生于保护间隙之间。为了方便计算，假定雷电过电压经过间隙后降为零，且不考虑雷电波的衰减。测量标准雷电波形与保护间隙和绝缘子的伏秒特性曲线相交的时间tj和tb，则tj和tb的差为雷电波在保护间隙和雷击点间传播的时间，同时取雷电在裸导线上的传播速度v=3×108m/s，由此可得不同电压等级下保护间隙的有效保护距离：。

由上述分析可见，在配电线路中允许有规定的跳闸率的情况下，可按照上述界定标准来安装带有保护间隙的设备来保护绝缘子串免于遭受雷击的破坏。

2.3 带外串联间隙氧化锌避雷器

带外串联间隙氧化锌避雷器包括氧化锌避雷器本体（简称MOA）和外串联间隙两部分，与线路绝缘子串并联安装。带外串联间隙氧化锌避雷器的工作原理[4]如图1所示：

在正常运行时，外串联间隙上承受全部电压，MOA上基本不承受电压;感应过电压通过MOA时，间隙被过电压所击穿，此时经过间隙的雷电过电压绝大部分由MOA承受;当雷击过电压消除后，氧化锌避雷器中的氧化锌阀片在短时间内就会变成高阻态来断开工频续流通路，这不仅起到了对感应过电压中工频续流的断开作用，同时也降低了断路器跳闸的概率。

目前，国内采用与线路绝缘子串相并联的防雷措施主要有三种：绝缘子串与空气间隙并联、无串联间隙氧化锌避雷器与绝缘子串并联和带外串联间隙氧化锌避雷器与绝缘子串并联。与前两种方式相比，带外串联间隙氧化锌避雷器与绝缘子串并联防雷方式不仅具有避雷器引雷的优点，同时也具有保护间隙保护绝缘子的优点。针对降低处于多雷区输电线路的雷击跳闸率有极好的效果，可成为多雷区配电网的一项主要防雷措施。

3 结论

本文以感应雷引起跳闸事故的原因为研究基础，将雷击跳闸事故分为直击雷引起跳闸和感应雷引起跳闸两种类别。并通过对感应雷击引起跳闸事故的机理和影响因素进行分析，确定了安装自动跟踪补偿装置、增设保护间隙和带外串联间隙的氧化锌避雷器的方法可以有效降低配电网的感应雷击跳闸事故概率，提高电网运行的可靠性。

本文对雷击引起的配电网跳闸事故的分析和提出的解决方案，可在实际应用中为降低雷击跳闸事故提供参考依据，弥补了解决雷击跳闸事故时参考依据不足的问题。

参考文献

[1]温家骥.10kV架空配电线路雷击事故分析与防治措施[J].决策探索（中），2018（11）：72-73.

[2]秦郁山.电力配电系统的防雷与接地技术[J].数字通信世界，2019（11）：55.

[3]唐军.珠江三角洲某地区10kV配电线路防雷性能评估及其策略研究[D].华南理工大学，2012：45-61.

[4]金钧.10kV铁路电力线路感应雷击防跳闸技术分析[J].大连交通大学学报，2010，31（5）：67-70.

作者简介

刘树美（1989-），女，青岛黄海学院智能制造学院，讲师，硕士研究生，研究方向：电气工程，教育技术。