沿海多雷地區低壓線路絕緣子的保護

蔣明春，鄔軍波

（奉化供電局，浙江 奉化 315500）

絕緣子是用來支持導線的絕緣體，可以保證導線和橫擔、桿塔有足夠的絕緣，在運行中應能承受導線垂直方向的荷重和水平方向的拉力，還經受著日曬、雨淋、氣候變化及化學物質的腐蝕。因此，絕緣子既要有良好的絕緣性能，又要有足夠的機械強度。絕緣子遭受雷擊后出現裂紋、閃絡和燒傷均是導線漏電的原因，絕緣子裂紋越大，泄漏電流也越大，嚴重的情況下，還會造成線路短路和跳閘，也是線損升高和發生人身設備事故的因素之一，有必要研發絕緣子防雷保護裝置。

1 奉化配電網雷擊分析

奉化地處東部沿海，地形較為復雜，包括山區、半山區以及沿海地域，晝夜溫差較大，加上海拔高差，極易形成局部對流，產生雷暴天氣。根據奉化市氣象局統計，平均雷暴日為45日，最高為70日，屬于多雷暴地區。

10 kV配電線路線長面廣，而且絕大部分是用裸導線架設的架空線路，一到雷雨季節，受雷擊造成的事故停電概率較大。據統計，2008年6—9月變電所因線路運行異常及故障原因共跳閘194次，其中雷擊原因138次，占71.1%；2009年6—9月共發生線路事故及異常117次，其中雷擊原因78次，占66.6%；2010年6—9月，因線路事故及異常引起變電所保護動作150次，其中雷擊原因122次，占81.3%；2011年6—9月，因線路事故及異常引起變電所保護動作251次，其中雷擊原因102次，占40.6%。

雷擊后形成的永久故障表現為絕緣子擊穿、線路導線斷線、避雷器擊穿、開關擊穿等，除了線路斷線比較容易找到故障點外，其余如絕緣擊穿等故障引起的整條線路停電，尋找故障處很困難。從尋找、發現到修復，要花很多人力、物力、財力，長時間影響用戶正常用電，間接損失也很大。

2 絕緣子故障的原因

絕緣子的故障有閃絡和擊穿2種。閃絡發生在絕緣子表面，可見到燒傷痕跡，通常并不完全失去絕緣性能；擊穿發生在絕緣子的內部，通過鐵帽與鐵腳間瓷體放電，外表可能不見痕跡，但已失去絕緣性能，也可能因產生電弧使絕緣子完全損壞。

研究表明10 kV架空配電線路由雷擊引起線路閃絡或故障的主要因素不是直擊雷過電壓，而是感應雷過電壓。配電線路遭受直擊雷過電壓的概率很小，約占雷害事故的20%，感應雷過電壓導致的故障比例約為80%。線路三相感應過電壓基本相同，感應雷電波向桿塔兩側迅速傳播，到達絕緣子附近的絕緣薄弱處，向線路橫擔放電從而造成雷擊閃絡。當感應過電壓引起兩相或三相同時閃絡時，就有可能在雷擊閃絡通道上建弧形成工頻續流，產生數千安的工頻短路電弧。如果工頻續流持續時間較長，就有可能線路短路跳閘或導致瓷瓶爆炸及斷線，發生安全事故。當閃絡時間較短，線路跳閘時，在絕緣子表面可能留下燒傷痕跡，增加了泄漏電流。

從以上分析可見，要減少線路跳閘，必須通過在線路上加裝保護裝置得以實現：減少線路受雷擊次數；線路受雷擊后在雷電波擊穿絕緣前放電，放電后迅速恢復絕緣。

3 絕緣子防護方案

目前線路的防雷主要是安裝氧化鋅避雷器，但氧化鋅避雷器的應用也存在以下問題：

（1）氧化鋅避雷器遭雷擊擊穿或損壞后，損傷口小不易巡視發現。

（2）氧化鋅避雷器需3～5年做1次試驗，試驗工作量太大。

（3）氧化鋅避雷器需接地，施工和維護的成本都很高。

（4）相對于絕緣子而言成本高，不利于大量使用。

針對以上問題，奉化供電局聯合了奉欣電氣科技有限公司進行絕緣子防雷裝置的開發。

經過分析，認為采用空氣間隙結構簡單、價格低廉，比較適合作為線路絕緣子的保護。這種空氣間隙利用工頻電弧在自身電動力和熱氣流的作用下易于向上運動的特性，使電弧伸長，從而達到使電弧熄滅。因此，設計了由引弧線夾、正極棒、負極板組成的絕緣子防雷保護裝置，同時采用了可以更換的結構，使引弧線夾和正極棒分開，采用螺栓組合，絕緣子防雷保護裝置見圖1。

圖1 絕緣子防雷保護裝置

如果電弧燃燒使正極棒損壞，即可更換正極棒，不必整套更換，降低了成本。

4 絕緣子防雷保護裝置技術參數

4.1 線路絕緣子與絕緣子防雷保護裝置的放電間隙的配合

在雷電沖擊過電壓作用下，應可靠地保證雷擊引起的閃絡發生在絕緣子防雷保護裝置的正極棒與負極板之間，而不是在絕緣子表面。

對絕緣子防雷保護裝置進行50%正負雷電沖擊閃絡電壓試驗，根據絕緣子的干弧距離預先假設和現場調整空氣間隙，在間距為140 mm時，測試數據為正極性118.5 kV，負極性208.3 kV。而10 kV線路常用的柱式絕緣子PS-15/500的雷電沖擊電壓為105 kV，118.5 kV＞105 kV。因此適當縮短放電間距，以保證雷擊引起的閃絡在正極棒與負極板之間進行，有效地保護柱式絕緣子。

4.2 線夾的耐燒灼能力

雷電流參數根據DL/T 620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合》標準，可用式（1）計算雷電流幅值概率曲線：

式中：P為雷電流幅值概率；I為雷電流幅值。

雷擊放電時，雷電流波形取2．6/50 gs的斜角波波形，幅值在20～100 kA范圍內變化，雷電波阻抗取300 Ω。

根據以上計算，線夾短時耐受電流試驗選取20 kA，1 s進行測試，同時對短時耐受電流試驗后的電阻變化進行測試，電阻變化率0.32%。由此，判斷線夾在承受雷擊電流后，仍然能保持良好的接觸性能。

5 防雷保護裝置的應用

莼湖供電所管轄的范圍為環象山港區域，沿海且多山，歷來雷暴活動較頻繁，因此將絕緣子防雷保護裝置安裝試點設在莼湖供電所。10 kV友誼D411線、吳江D413線、桐照943線、裘村873線都為裸導線，4條線路的桿塔大多在山地丘陵地帶，地形較為復雜，接地電阻變化較大，屬于雷擊事故多發線路。在這4條線路上共安裝防雷保護裝置663套，其現場安裝見圖2，主要安裝在直線桿和小轉角桿上。

圖2 防雷保護裝置的應用

10 kV街東935線、鮚奇933線以及章胡863線，雙回路采用的都是架空絕緣導線，5條線路共安裝防雷保護裝置120套。這5條線路多處于空曠地區，雷擊頻率較高，有利于觀察其使用情況。

以上9條線路2011年運行半年共發生雷擊跳閘1次，且重合成功，同比去年減少4次，未發生雷擊斷線事故。

對比分析表明，安裝絕緣子防雷保護裝置后，雷擊跳閘率和雷擊斷線次數大為下降，保護絕緣子效果較好，具有推廣價值。在今后的運行工作中要不斷地總結和歸納絕緣子防雷保護裝置的抗老化和試驗周期問題，進一步提高線路的供電可靠性。

[1]周浩，余虹云.高電壓技術[M].杭州：浙江大學出版社，2007.

[2]DL/T 620-1997交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合[S].北京：中國電力出版社，1997.