采油区10 kV配电线路防雷研究

段伟文，郝 捷，席楚妍

（1.国网山西省电力公司电力科学研究院，山西 太原 030001；2.国网太原供电公司，山西 太原 030001）

1 采油区10 kV热采线概况及运行状况

某市采油区10 kV热采线为许多采油机进行电力供应。该条10 kV线路全线共62基杆塔，其中“上”字型直线杆32基，转角杆3基，变压器杆14基，刀闸杆1基，T接杆2基，耐张杆2基，终端杆8基。该线路单回架设，全线路径总长约2.78 km，导线采用LJ-120型铝绞线。参数如表1、表2所示。

表1 避雷线系数

表2 导线型号物理性能

该采油区10 kV热采线采用的接地方式是中性点不直接接地。我国相关设计规程并未对10 kV配电线路防雷措施进行详细规定，但由于采油区配电线路的重要性，采油区内10 kV配电线路防雷措施的应用也较为常见，主要有自动重合闸的安装、避雷器的安装以及避雷线的架设、放电间隙和过电压保护器的使用等。

由于该采油区10 kV配电线路直线塔绝缘子串使用瓷横担型绝缘子，转角塔使用2片绝缘子，输电线路本身耐雷水平不高，因此在雷电活动频繁的地区，线路极易发生雷击跳闸事故，影响采油区安全生产。

2 采油区10 kV热采线防雷测试

前期准备工作中对该采油区10 kV配电线路进行了测试，以10 kV热采为实测对象，测试主要分3个方面：加装避雷器杆塔的接地电阻测试，测试仪器为ZC-8型接地电阻测试；各基杆塔及各相线路对地高度，测试仪器为全站仪；最后，观察线路及杆塔是否被损坏。在获取数据之后进行模拟分析，使用软件为PSCAD。

2.1 线路防雷措施情况

10 kV热采线全长2.78 km，共有62基杆塔，全线直线杆绝缘子都为瓷横担型绝缘子，转角分支杆为2片FC-100/146型绝缘子，具体参数见表3，避雷器具体参数见表4。

表3 绝缘子相关参数

表4 避雷器相关参数

2.2 线路测试数据结果及分析

2.2.1 数据测量结果

现场实测采用的避雷器只有8基杆塔。表5为接地电阻值测试数据。

表5 接地电阻情况

通过大量现场实测，该条线路相关杆塔均配置2片绝缘子。

通过实地测试，总结出线路耐雷水平，仿真计算结果见表6。

2.2.2 数据分析

分析测试结果可得结论如下。

a） 该条线路接地电阻中，只有24号杆塔接地电阻有超标现象，比较表5及表6中24支3号与25支1号杆塔接地电阻与耐雷水平可以得到，避雷器使用效果与接地电阻值密切相关。

b）应用2片悬式绝缘子于10 kV线路会使得线路耐雷水平偏低。选用经济效益好的瓷横担型绝缘子作为横担和绝缘子，可以满足油田配电网所需绝缘水平和耐雷水平，但也存在低机械强度，易损坏的缺点。

3 采油区10 kV热采线防雷措施优化

为了减少反击的发生，需要提高耐雷水平。可以采用以下措施：增强绝缘、安装线路避雷器、架设避雷线等[1-2]。本文结合仿真结果，对10 kV热采线提出方案来优化解决实际耐雷水平薄弱的问题。

表6 杆塔耐雷水平

3.1 降低接地电阻优化方案

如果接地电阻R增加，杆塔上方线路耐雷水平就会降低，当发生雷击事故后，雷击跳闸率就会增大[3]。依据以上分析可以看出，接地电阻的大小对于线路耐雷水平及线路累计跳闸率是非常重要的。

虽然安装避雷器理论上可以极大地提高线路耐雷水平，但是这是在其拥有理想的接地极的基础上实现的，如果接地电阻偏大，则会使得避雷器的保护效果大打折扣，对此提出相应优化措施，见表7。

线路杆塔耐雷水平的优化结果见表8。

表7 接地电阻优化总结表

表8 耐雷水平变化表

3.2 增强绝缘及差绝缘优化方案

增加线路绝缘子串片数，可以有效地加强线路绝缘[4]。在绝缘子片数增加的条件下，冲击放电电压增加，随之而来的是耐雷水平的增加，此时雷电流在塔顶感应出的高电压大于绝缘子闪络电压的概率减小，线路耐雷水平提高。绝缘子片数对线路雷击总跳闸率的影响明显。

另外，差绝缘也是一种很实用的绝缘配置方式，用以提高线路耐雷水平[5]。防止雷击事故的目的是为加强其绝缘能力，最高相下面的两相线路统一进行绝缘加强，发生雷击事故后，杆塔最高相线路绝缘子发生闪络，其他两相不闪络，一定程度上也加强了线路耐雷水平。

表9为10 kV热采线在保持原杆塔接地电阻时，增强绝缘后各杆塔的耐雷水平的变化情况。

表9 10 kV热采线加强绝缘后耐雷水平变化表

由以上各表可知，在增强绝缘的措施后，10 kV热采线的大部分杆塔对应线路耐雷水平都提高了不少；但10 kV热采线杆塔整体耐雷水平还是不高，因此考虑装设线路避雷器来提高线路整体耐雷水平。

3.3 安装避雷线优化方案

由于相关规程对10 kV线路中对避雷线的要求没有明确规定，且民用10 kV线路也不需要很高的耐雷水平，因此在该采油区中10 kV配电线路中基本没有采用避雷线作为防雷手段的线路。其实避雷线用作10 kV配电线路的常规防雷手段在石油系统中应用较为广泛，而事实也证明架设避雷线是最基本和最有效的防雷措施。越高等级的配电线路，避雷线应用的效果越显著[6]，虽然该采油区电网电压等级多为10 kV，但由于该采油区电网结构复杂，雷击事故频繁，将避雷线作为防雷常规避雷手段也是可以进行尝试的。

表10为10 kV热采线在增强绝缘后，前20基杆塔装设避雷线后各杆塔的耐雷水平的变化情况。

表10 10 kV热采线前20基杆塔装设避雷线后耐雷水平变化表

由表10可知，在架设避雷线后，该条线路架设避雷线的杆塔耐雷水平都得到了显著提高；而该条线路的其他杆塔耐雷水平整体还比较低，抵抗雷电冲击的能力依然不强，装设线路避雷器便是最终要采取的优化措施。

3.4 配电线路防雷措施效果分析

结合上述优化方案， 10 kV热采线升级优化防雷措施后的线路耐雷水平见表11。

表11 优化防雷措施后该线路耐雷水平一览表

可见，采用本文提出的防雷优化措施后，整条线路的耐雷水平整体得以提高，证明提出的优化措施是切实可行有效的。

4 结束语

对接地电阻过高的杆塔的接地极进行降阻处理、对于易受雷击杆塔进行绝缘加强、对变电站出来的前20基杆塔装设避雷线，采取上述防雷优化措施后还有部分杆塔耐雷水平较低，在该杆塔三相绝缘子两端并联线路避雷器，优化后线路耐雷水平普遍得到大幅提高。该优化措施对于其他采油区内10 kV线路防雷具有借鉴意义。