10kV架空絕緣導線雷擊斷線分析及防雷金具研究

2016-08-10 04:47:23段林剛

大科技 2016年29期

段林剛

（隴縣供電分公司陜西隴縣 721200）

段林剛

（隴縣供電分公司陜西隴縣 721200）

絕緣導線的廣泛應用致使雷擊斷線問題成為配網建設與發(fā)展的又一難題。隨著電網的發(fā)展與供電可靠性高的要求，具有諸多缺陷的傳統(tǒng)“堵塞”和“疏導”防雷方式已不能滿足需求，本文在分析雷擊絕緣導線原理和國內外絕緣導線防雷措施思路的基礎上研究了集“堵塞”和“疏導”于一體的防雷金具，運行實踐表明此類防雷金具能有效控制絕緣導線的雷擊斷線事故。

配電線路；絕緣導線；雷擊斷線；防雷金具

引言

隨著配電線路建設和發(fā)展，架空裸導線已不能滿足配網對供電可靠性的要求，自1980年以來，我國廣泛采用了絕緣導線。絕緣導線是一種介于裸導線和電纜線路之間的配電線路[1]。與配電裸導線相比，絕緣導線解決了走廊和通道問題，降低了樹木、鳥類、積雪等外因造成的線路故障發(fā)生率，提高了供電可靠性；與電纜線路相比，絕緣導線不需要開挖通道，具有投資少，建設快等優(yōu)點。

絕緣導線確實具有諸多優(yōu)點，但卻存在耐雷水平低的缺點，難以承受直擊雷和感應雷的作用，雷擊斷線、瓷瓶絕緣子炸毀等事故時有發(fā)生。據統(tǒng)計，國外關于運行中的絕緣線路發(fā)生雷擊和絕緣子擊穿事故數量占其事故總數量的74.9%，雷擊斷線所造成的直接經濟損失每年高達數億美元[2]。隨著我國配電線路的絕緣化程度的提高，雷擊斷線已經成為我國配網建設和經濟運行面臨的又一個新的難題。

針對上述情況，本文通過分析雷擊絕緣導線原理，綜合國內外絕緣導線防雷措施思路，研究了集“堵塞”和“疏導”于一體的防雷金具，以FEG-12/5型防雷支柱絕緣子為例，給出了其防雷原理、結構特點等。此類防雷金具的部分產品已投入配網運行，運行實踐表明，該類防雷金具能有效控制絕緣導線的雷擊斷線事故。

1 雷擊配電線路分析

線路雷擊一般可分為直擊雷和感應雷。直擊雷指雷電直接擊中電氣設備或線路，又可分為繞擊雷和反擊雷，其具有電壓高、電流大和破壞力巨大等特點；感應雷則是指雷云與大地之間的感應電場、雷云對地或其他雷云放電時雷電流產生的電磁場等作用于線路上感應過電壓，其大小與雷云對地放電電流大小、雷擊點相對位置、接地裝置電阻、環(huán)境因素等有關。據統(tǒng)計，感應雷擊配電線路約占總雷擊故障比例的90%以上。在不考慮保護措施的情況下，取配電網架空導線平均高度為10m，雷擊點距此線路50m，雷電流幅值為100kA，感應雷過電壓可達500kV[3]。無論直擊雷還是感應雷，其強大的過電壓水平極易導致絕緣導線斷線事故的發(fā)生。

直擊雷或感應雷過電壓作用于裸導線引起絕緣子閃絡，弧根溫度高達幾千攝氏度的工頻短路電流電弧將在電磁力作用下沿裸導線快速移動，溫度較低的弧腹在熱應力的作用下隨弧根沿著導線表面運動同時持續(xù)向空氣中飄浮。由于電弧裸導線移動使得工頻短路電流不能集中于一點燃燒，同時電弧的漂浮也降低工頻短路電流的能量，因而發(fā)生導線斷線的概率較小。

直擊雷或感應雷過電壓作用于絕緣導線引起絕緣子閃絡，短時的巨大電弧電流將絕緣導線的絕緣層擊穿形成針孔，不會造成導線斷線。由閃絡通道引起的持續(xù)的工頻短路電流由于絕緣層的存在使其沿導線的移動受阻，高溫弧根將被固定在絕緣導線的擊穿點燃燒，持續(xù)的燃燒降低了導線的拉斷強度，同時在電弧電磁推力、軸向張力和拉伸應力等綜合作用下極易發(fā)生絕緣導線斷線事故。

2 國內外研究現狀

由雷擊配電絕緣導線分析可知，絕緣導線防雷擊斷線的關鍵在于工頻短路電流的控制。

發(fā)達國家配網采用絕緣線路的時間較早，防雷技術的研究和經驗也較豐富。國內采用絕緣導線較晚，其雷擊斷線事故的預防措施研究近年來才引起了廣泛的關注。

綜合國內外研究，目前防雷措施的思路主要有“堵塞”和“疏導”兩種方式[4]。所謂“堵塞”方式就是采取安裝帶串聯環(huán)型外間隙金屬氧化物避雷器等措施提高線路的絕緣水平，從而阻止雷擊閃絡后工頻續(xù)流起弧的方法。“堵塞”方式投資成本較大、施工安裝復雜。所謂“疏導”就是將絕緣子附近的導線局部絕緣層剝離，通過安裝閃絡保護型線夾、防護線夾和放電箝位絕緣子等設備使工頻電弧弧根轉移或固定在這些特制金具上燃燒，從而防止導線燒傷?！笆鑼А狈绞叫鑴冮_絕緣層，導致線芯進水和腐蝕、瓷絕緣子傘裙因燃弧燒裂、易受環(huán)網供電負荷側變化的影響。

3 防雷金具的研究

3.1 工作原理分析

由于依靠單純的“堵塞”或“疏導”方式進行絕緣導線的防雷存在這一定的缺陷，國內外不少學者提出了將“堵塞”和“疏導”兩種方式相結合的思路。

FEG-12/5型防雷支柱絕緣子是新開發(fā)的一種組合型防雷金具，其采用先“堵塞”后“疏導”的思路。通過先“堵塞”方式提高導線的絕緣水平來減少導線遭受雷擊的概率和雷擊的耐雷水平，當雷擊過電壓超過絕緣堵塞值時，再通過“疏導”方式將工頻短路電流釋放，防止燒傷導線。該類組合金具主要由復合絕緣子和引弧裝置兩部分組成，復合絕緣子主要通過提高絕緣子的放電距離來減少線路雷擊閃絡率，引弧裝置則是雷擊過電壓超過絕緣堵塞值造成閃絡時將形成短路通道以便短路電弧根部在放電間隙處燃燒。

3.2 FEG-12/5型防雷支柱絕緣子結構特點

FEG-12/5型防雷支柱絕緣子將支柱絕緣子和防弧金具合二為一，其主要由絕緣護罩、壓緊螺母、壓塊座、移動壓塊、上金屬帽、復合絕緣子、引弧棒、絕緣套管和下金屬腳等組成，其結構如圖1所示。

圖1 FEG-12/5型防雷支柱絕緣子結構示意圖

由圖1可以看出，FEG-12/5型防雷支柱絕緣子的最大特點就是將引弧棒和線夾金具連接成一體。正常運行時，復合絕緣子起架空絕緣導線的絕緣支撐作用，而引弧棒處于備用狀態(tài)。當雷電過電壓超過復合絕緣子的絕緣堵塞值時，由于引弧棒和線夾金具連接成一體可使電弧沿引弧棒向下金屬腳閃絡放電，形成短路通道，使續(xù)流工頻電弧移動到引弧棒上燒灼，從而保護絕緣導線不受損傷，同時也避免了其他組合金具需要根據放電間隙的要求安裝防雷金具的麻煩。其次，FEG-12/5型防雷支柱絕緣子的復合絕緣子較PS-15等電瓷絕緣子的絕緣性能好，并且其最小爬電距離可達360mm，提高了絕緣子的防污穢水平，可滿足廣大用戶對絕緣子的防污穢要求。此外，FEG-12/5型防雷支柱絕緣子的移動壓塊和壓塊座通過燕尾方式裝配成一體，使導線由于熱脹冷縮等原因移動時，移動壓塊隨之移動，從而避免導線被線夾劃傷。絕緣護罩采用有機復合材料制成，具有良好的絕緣性能、抗老化性能和阻燃性能，把其裝配在上金屬帽的外部，可起到絕緣保護作用。具有穿刺式的刺齒構造，安裝施工方便，不需剝除絕緣子導線絕緣層，避免線芯進水和腐蝕，可極大地減輕操作工人的勞動強度。防止鳥類對架空導線造成短路危害的獨特結構。

3.3 試驗驗證

3.3.1 熱穩(wěn)定試驗

熱穩(wěn)定試驗主要是檢驗防弧金具高壓電極與絕緣導線穿刺接觸的通流能力是否滿足要求，試驗原理如圖2所示。