架空絕緣線路防雷措施分析

【摘 要】架空絕緣導線可降低導線碰撞短接引起的停電事故，可大大提高供電可靠性，因此在城市配網中應用越來越廣泛。但隨著架空絕緣導線的大量應用，絕緣導線雷擊斷線的問題也日益突出。本文分析了防雷擊斷線的原理，論述了常用的幾種防雷擊斷線方法，并對線路的防雷擊斷線改造和新建設計提供了建議。

【關鍵詞】架空線路；防雷；措施

0.引言

在配電網絡中架空絕緣線與傳統的裸導線相比，可大幅度降低因外力事故造成導線碰撞短接和絕緣子故障及線樹矛盾引起的停電事故，大大提高供電可靠性；可大幅度降低因誤碰帶電導線造成的人身傷亡事故；可明顯的減小相間距離及對建筑物的水平距離，從而減少占用的空間走廊；可使架空配電線路裝置小型化，節約了材料，減輕了重量，降低了施工人員的勞動強度，大大減少了維修工作量等優點。因而隨著我國配電網近年來的高速發展，架空絕緣線也得到了大范圍的推廣和應用。但在應用過程中，絕緣導線雷擊斷線問題也日益突出。

隨著近年來我國大規模城鄉電網改造，全國越來越多的城市配電網大量采用架空絕緣線。在這種情況下，如何妥善解決雷擊斷線問題，以確保架空絕緣配電網的安全運行已經成為了我國配電網系統中迫切需要解決的重要問題。

1.雷擊斷線機理

架空絕緣導線的雷擊耐受特性與架空裸導線的物理特性明顯不同， 當直擊雷或感應雷過電壓作用于裸導線引起絕緣子閃絡時， 連續的工頻電流電弧在電磁力的作用下， 沿導線向著背離電源的方向快速移動， 電弧的弧根固定在導線表面運動， 弧腹在隨同弧根向前運動的同時， 受到熱應力的作用不斷向上空飄浮。根據電弧的溫度分布特性， 弧根的溫度最高， 對導線的燒損最嚴重； 弧腹的溫度較低， 一般不會燒損導線。在上述過程中， 電弧的弧根是沿導線運動的， 而不是固定在一點燃燒， 因此不會集中燒傷導線， 引起斷線的幾率很小。當直擊雷或感應雷過電壓作用于絕緣導線時，幅值足夠高的雷電過電壓將引起導線的絕緣層和絕緣子同時擊穿和閃絡， 被擊穿的絕緣導線絕緣層呈一針孔狀， 接續的工頻續流電弧受到周圍絕緣層的阻凝， 不能移動， 弧根只能固定地在針孔處燃燒， 在極短的時間內導線就會被整齊地燒斷。導線的斷點一般位于絕緣子附近， 約在10-40cm 范圍內， 或者在耐張和支出搭頭處， 即絕緣水平較弱的地方。

2.防雷擊斷線措施

為了降低日益高漲的雷擊斷線事故率，先后采用了不少預防措施和方法，具體如下：

2.1架空避雷線

配網線路雷擊事故，80%為感應雷造成。在空曠地區對配電線路設置接地避雷線進行屏蔽，可以有效降低導線上的感應過電壓。架設避雷線可使線路感應電壓降低20%-30%。另架設避雷線對直擊雷也有一定的防護效果，但因10kV架空絕緣線路本身絕緣水平低，即使架設避雷線，線路也會閃絡。

從防雷擊斷線效果來看，架設避雷線對防直擊雷和感應雷都有一定效果，但效果不是很明顯；從經濟方面來看，配網線路全線架設避雷線造價太高；從施工難度來看，若為線路改造，架設避雷線還需要對桿塔及橫擔進行改造。

2.2增強線路絕緣

增強線路絕緣，提高線路的絕緣水平，也可顯著增加閃絡路徑，從而大幅度提高線路的耐雷水平，降低線路閃絡率和建弧率而避免雷擊斷線事故。目前增強線路絕緣的方法由采用絕緣橫擔和更換線路絕緣子。相關研究表明絕緣水平由100kV提高到120kV時，線路非直擊雷耐雷水平提高了21.66%；由120kV提高到140kV的過程中，耐雷水平提高了17.80%。

為了降低線路造價，可采用架空絕緣導線加強局部絕緣的方式，根據線路多年的運行經驗，對易擊段增加絕緣子片數，或將懸式絕緣子更換為閃絡路徑更大的柱式絕緣子，以增長閃絡路徑阻止電弧的形成，或將IOkV配電線路中采用的瓷絕緣子更換為瓷橫擔，或在絕緣導線與絕緣子的固定位置加強局部絕緣，使雷電不閃絡或閃絡后引發的接續工頻短路電流因爬距較大而無法建弧，從而有效降低雷擊跳閘率，防止絕緣導線發生斷線事故。

2.3線路過電壓保護器

線路過電壓保護器為串聯間隙氧化鋅避雷器，利用外間隙，形成對氧化鋅限流元件的外放電間隙，當線路正常運行時，由于串聯放電間隙，氧化鋅閥片上無工頻續流流過；當線路出線雷電過電壓時，外間隙首先放電，雷電流經氧化鋅限流元件釋放，而工頻續流則被氧化鋅限流元件截斷，從而防止雷擊斷線事故的發生。

當配電線路沒有裝設避雷器進行保護時，線路的耐雷水平很低，雷擊閃絡率高。每隔一定間距在線路上裝設避雷器后，能顯著提高線路的耐雷水平，耐雷水平的提升效果跟避雷器的安裝間距密切相關，總體趨勢是安裝密度越大，非直擊雷耐雷水平越高，閃絡次數越低。在實際應用時，可根據具體防雷要求來選擇避雷器的具體安裝間距。推薦每隔200m安裝一組帶串聯間隙避雷器，將非直擊雷擊閃絡次數降低90%以上。

2.4防弧金具

防弧金具常分為剝線型和穿刺型金具。剝線型金具常在絕緣子軸線距離300-500mm處絕緣層剝離，在剝離段加裝一個厚重的鋁合金線夾，當雷擊閃絡建弧后，工頻續流電弧在電動力的作用下迅速沿著被剝離的導線向防弧線夾處移動，且弧根固定在防弧線夾上燃燒；穿刺型線夾，無需剝離絕緣層，直接對絕緣導線穿刺接觸。

防弧金具是防架空絕緣線雷擊斷線的最直接有效方法。防弧金具防護效果好、價格低廉、施工簡單、性能可靠、設備免維護。安裝時對于開環運行的架空絕緣線路，防弧金具應安裝在絕緣子的負荷側，對于環網架空絕緣線路，防弧金具應在絕緣子兩側對稱安裝，且用鋁線將兩個高壓電極連接。剝線型防弧金具相較于穿刺型防弧金具而言，需要剝離桿塔附近一段絕緣層，會造成導線進水氧化，同時在剝線過程中還很有可能會對導線造成損傷。因此，在選擇防弧金具時應優先選用穿刺型防弧金具。

2.5降低絕緣電阻

從防雷效果來看，降低接地電阻對直擊雷有很好的防護效果，但對感應雷則起不到什么效果。從經濟方面來看，對于土壤電阻率較高的山地等降低接地電阻率則花費加大，且降阻效果較差。

3.設計改造原則

3.1新建線路防雷擊斷線原則

a.新建10kV架空線路可以根據其重要性、線路單位面積年落雷個數，在部分線段架設避雷線。

b.變電站出線2km范圍內10kV架空絕緣線路應裝設過電壓保護器并架設避雷線。

c.對雷電活動強烈的地區，應盡量降低桿塔接地電阻，并適當提高絕緣水平。

d.對雷害多發區、易擊段、易擊點，設計應考慮加裝過電壓保護器，以增加線路防雷水平。

e.對雷害多發區、易擊段、易擊點線應選用柱式絕緣子或絕緣橫擔。

3.2防雷擊斷線改造原則

a.對于易擊段或易擊桿塔，應優先選用穿刺型防弧金具。

b.對于受直擊雷影響較大的線路段，應采用降阻措施將接地電阻降至較低水平。對于降阻較為困難的地段，應在易擊段安裝過電壓保護器。

c.對于變電站出線段架空絕緣線路的改造應架設避雷線并安裝過電壓保護器。 （下轉第176頁）

（上接第113頁）d.對于10kV架空絕緣線路中耐張桿塔不宜采用防弧金具，應安裝過電壓保護器進行保護。

4.結論

（1）架設避雷線、增強線路絕緣、線路過電壓保護器、防弧金具、降低絕緣電阻等方法均能防止雷擊斷線事故。

（2）架空絕緣線設計時應以當地雷暴日等雷電參數為基礎，以提高線路絕緣水平、降低接地電阻、降低接地電流等手段為主。

（3）架空絕緣線改造時應以加裝線路避雷器、防弧金具等防雷擊斷線手段為主。

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