10kV架空絕緣線路防雷措施淺析

李建剛

摘 要：隨著城市的發(fā)展和經(jīng)濟的加快，城市及農(nóng)村電網(wǎng)中由于對用電可靠性及絕緣化程度的提高，我市10kV配電線路絕緣程度正在大幅度增加。目前我市60條10kV線路中，絕緣水平已達到86.7%，采用了絕緣線后，線路因短路故障而跳閘事件急劇減少，有效地減少了停電時間。絕緣導(dǎo)線確實解決了裸導(dǎo)線所解決不了的走廊和安全問題，與電纜相比，投資省、建設(shè)快，優(yōu)點十分明顯。但是，在供電可靠性提高的同時但也帶來了一些新的技術(shù)問題，在運行中雷擊造成絕緣子閃絡(luò)、爆裂、線路接地、斷線事故經(jīng)常發(fā)生。這對人身、設(shè)備安全造成很大危險。2017年上半年，雷電活動強烈，攀枝花供公司管轄的10kV架空絕緣線路發(fā)生雷擊相關(guān)事故6次。因此，必須妥善解決絕緣導(dǎo)線安全，才能保證架空絕緣配電網(wǎng)的安全運行。

關(guān)鍵詞：緣絕導(dǎo)線；防雷措施

1 絕緣導(dǎo)線容易發(fā)生故障的原因

10kV配電絕緣線路在設(shè)計上“先天不足”的耐雷水平，難以承受直接雷擊和感應(yīng)雷的作用。當線路裸導(dǎo)線遭受雷擊發(fā)生閃絡(luò)時，由于電動力關(guān)系，數(shù)千安培的工頻續(xù)流電弧向負荷端移動直至保護動作，較小會造成導(dǎo)線嚴重?zé)龎摹＝^緣導(dǎo)線則不同，在擊穿點的周圍存在絕緣，阻礙電弧的沿線傳動，使弧根停留在一點燃燒，此時即使將繼電器跳閘時間調(diào)整到最小，導(dǎo)線也將被幾千安的短路電流所損傷，絕緣線擊穿絕緣層發(fā)生閃絡(luò)、爆裂、線路接地、斷線事故的發(fā)生就難以避免。

10kV線路其耐雷水平一般小于5kA，侵襲線路的雷電有90%以上會造成絕緣閃絡(luò)，雷電造成的閃絡(luò)一部分能轉(zhuǎn)為穩(wěn)定的工頻電弧，會引起工頻短路。

雷電流的幅值，其作用時間一般為1-4微秒。工頻短路時，短路電流（1-16kA）可使保護開關(guān)迅速跳閘。但由于開關(guān)從接受信號到完成跳閘，最快也要0.2秒左右時間，故短路電流作用時間至少要比雷電流作用時間長50000倍。電流產(chǎn)生的熱量Q=I2Rt，短路電流=1kA，作用時間0.2秒，雷電流=5kA，作用時間4微秒，R相等，Q1/Q2=（1*1*0.2*106）/（5*5*4）=2000，所以，在同一電流通過中，10kV工頻短路電流所產(chǎn)生的熱量比雷電流所產(chǎn)生的熱量大2000倍。當工頻短路電流為16kA時，其產(chǎn)生的熱量將比雷電流所產(chǎn)生的熱量大512000倍。因此，工頻短路電流是引起架空絕緣導(dǎo)線雷擊閃絡(luò)、爆裂、線路接地或斷線的主要原因。

由于絕緣導(dǎo)線在設(shè)計及制造的過程中，只是考慮了線路在運行中部分絕緣性能，因此對線路防雷是無能為力的。因此絕緣導(dǎo)線結(jié)構(gòu)本身是其遭受雷擊后出現(xiàn)特殊的電磁機理，就是容易發(fā)生絕緣線絕緣層發(fā)生閃絡(luò)、爆裂、線路接地、斷線等故障。

2 絕緣導(dǎo)線雷擊后故障的危害和影響

10kV架空絕緣線路的特點是城農(nóng)網(wǎng)結(jié)合部線路多、供電半徑長、基本上為放射式供電線路。因此絕緣線路的故障使停電點增多，停電范圍也比較大，給線路正常運行和維護增加了很大工作量，這也是關(guān)系到用電客戶正常用電的大事情。將使10kV架空線路的安全運行水平及電力企業(yè)的經(jīng)濟效益直接受到影響。

3 緣絕導(dǎo)線故障預(yù)防和處理辦法：

3.1 預(yù)防辦法

對于絕緣線路故障，可以采取以下幾種方法進行預(yù)防，以減少故障發(fā)生：

3.1.1 加裝架空地線： 利用架空避雷線的屏蔽作用來保護輸電線路是一種傳統(tǒng)的有效方法。因10kV線路絕緣強度較低，感應(yīng)雷過電壓或直擊雷入地的雷電流很容易造成絕緣受反擊閃絡(luò)，而發(fā)生雷閃絡(luò)、爆裂、線路接地、絕緣子爆裂或斷線事故。但有缺點是：

3.1.1.1投資成本較高；

3.1.1.2防止繞擊的效果較差，易使線遭受反擊。

3.1.1.3需裝設(shè)接地線及接地網(wǎng)，成本大且受變電站場地等地不得裝設(shè)限制。

故架空地線不僅成本高，還需對10kV線路接地系統(tǒng)進行有效改造，工程量非常浩大，而且對于已經(jīng)投入線路通常沒有架設(shè)架空地線位置和空間，同時從桿塔受力的角度考慮，也不允許。

3.1.2加裝避雷器：受10kV絕緣導(dǎo)線限制，雷電波不能向臨檔運動，但需在雷電活動區(qū)內(nèi)每根電桿均加裝避雷器，但這樣將影響配電網(wǎng)的可靠，避雷器閥片長期承受工頻電壓，容易老化。因感應(yīng)放電而損耗電能等。（此產(chǎn)品也需改造接地系統(tǒng)）

3.1.3 安裝線路過電壓保護器

在線路安裝這種線路過電壓保護器，相當于在線路上安裝帶有外間隙的氧化鋅避雷器。安裝時，絕緣層不需剝開，在運行中，平時是不承受運行電壓的，因而使用壽命較長，也可免維護。其缺點是：它僅能防護雷電過電壓。（此產(chǎn)品需也接地）

3.1.4使用穿刺式防弧金具

其原理為：將該金具安裝在線路絕緣子附近負荷一側(cè)（背離電源側(cè)）的絕緣導(dǎo)線上，當雷電過電壓超過一定數(shù)值時，在防弧金具的穿刺電極和接地電極之間引起閃絡(luò)，形成短路通道，接續(xù)的工頻電弧便在防弧金具上燃燒，以保護導(dǎo)線免于燒傷。在單向供電的老線路上采用此產(chǎn)品效果較好，安裝方便，造價相對低一些，而環(huán)網(wǎng)供電的線路則需二側(cè)安裝造成工程及費用增加和線路不簡潔，鳥類較多地區(qū)易受侵襲接地。此產(chǎn)品存在穿刺刺齒如刀刃，易傷導(dǎo)線，且易移位影響放電間隙。

3.1.5使用雙串防污絕緣子串或帶鋼芯的絕緣導(dǎo)線

在10kV線路中大跨域，跨域高速公路、鐵路等危險線路段，使用串雙防污絕緣子串帶鋼芯鋁絞線或帶鋼芯的絕緣導(dǎo)線，也可有效防止危險線路段的造成絕緣子閃絡(luò)、爆裂、線路接地、斷線等事故，但給施工帶來了一定的不便，對今后線路的檢修維護也增加了難度。

3.1.6使用線路分段故障顯示器

在10kV絕緣線路主要的分支線路首端安裝分段故障顯示器，可有效減少絕緣線路維護時工作范圍，提高線路巡視的工作效率。

4.絕緣線路雷擊事故時，為快速隔離故障線路、減少停電范圍的建議采如下新措施：

4.1 裝真空斷路器：

在有條件的10kV較長絕緣線路主干線及主要的分支線路上，加裝分段及主支線真空斷路器，可以減少線路停電范圍和增加更多線路牽手聯(lián)絡(luò)方式，有效減少線路的停電范圍和時間。

4.2絕緣子處導(dǎo)線加裝護線條

傳統(tǒng)的絕緣子與導(dǎo)線的人固定方式為圓柱體與圓柱體的人接觸，即點接觸。接觸電阻很大，短路電流流過接觸點使溫度劇烈升高，導(dǎo)致斷線。在絕緣子處導(dǎo)線加裝護線條不僅可對導(dǎo)線強度起到補強作用，更重要的是變點接觸為面接觸，減低了接觸電阻并增大了散熱面。從而減少雷擊斷線的發(fā)生。

4.3分支線安裝分段跌落保險并改裝絕緣橫擔(dān)

工業(yè)的高速發(fā)展及全面開發(fā)建設(shè)，環(huán)境污染加劇，大氣中粉塵含量呈上升之勢，通過對線路絕緣部位表面的鹽密測試，表明大部分區(qū)域積污量在加大，對輸配電設(shè)備的防污閃又有了更高的要求。

開關(guān)臺區(qū)等處是線路故障多誘發(fā)點，然而由于技術(shù)經(jīng)濟原因，要大幅度提高電力線路的絕緣水平較為困難，玻璃鋼絕緣橫擔(dān)采用高強度復(fù)合材料為主的，應(yīng)用熱固性型材擠壓成型，強度高，絕緣性能好，體積小，重量輕，用材省；如玻璃鋼絕緣橫擔(dān)，有很好的絕緣性能和防污穢水平，具有良好的介電性能和較高的機械強度；為帶電作業(yè)贏得更多的空間；加寬線路走廊通道并具有輔助防雷功能；無鐵質(zhì)和渦流損耗；若將其用作于跌落式溶斷器橫擔(dān)，避雷器橫擔(dān)則可顯著增加閃絡(luò)路徑，從而大幅度提高線路的耐雷水平，減低線路的建弧率而基本避免了雷擊斷線閃爍跳閘等事故的發(fā)生，為大大增加經(jīng)濟效益和社會效益。

5、架空線路絕緣線路上建議使用的新設(shè)備

10kV架空絕緣線路防雷防新產(chǎn)品選用

在絕緣線路防雷擊的防護方面，有防雷支柱絕緣子和防弧線夾及防雷驗電接地環(huán)是比較經(jīng)濟好用的。據(jù)了解，這些產(chǎn)品運用于絕緣配網(wǎng)的綜合防雷，已取得了良好效果。

5.1 加裝防雷支柱絕緣子

預(yù)防辦法一是加裝防雷支柱絕緣子，根據(jù)了解是目前較為新型的組合式結(jié)構(gòu)的二合一產(chǎn)品，其絕緣子有較好的絕緣性能和防污穢水平，可適用于10KV架空電力線路中絕緣和支持導(dǎo)線用，而且還具有防止10KV架空導(dǎo)線雷擊斷線的保護功能。安裝施工較為方便可靠，減輕操作人員的勞動強度。由于把支柱絕緣子和防弧金具合二為一等電位后，不受環(huán)網(wǎng)供電負荷側(cè)（背離電源側(cè)）影響，使線路簡潔美觀并降低了造價。

防雷支柱絕緣子防止雷擊斷線的主要作用在于：

5.1.1過保護型金具將導(dǎo)線圍繞起來形成厚實的部體，以防止短路電弧根部的燃燒效應(yīng)。閃絡(luò)時，電弧在金具的引弧棒和下鋼腳的消弧頭之間燃燒。

5.1.2防雷支柱絕緣子裝線端上的鋁合金圓柱體金具作為放電的一個電極，同時均勻電場，提高閃絡(luò)電壓。

5.1.3在金具上加裝的壓板可保護和固定導(dǎo)線，并使導(dǎo)線不外露。因引弧棒設(shè)計繞開傘裙并調(diào)至最佳放電間隙，放電效果更好并防止燒壞絕緣子傘裙，使防雷支柱絕緣子免維護能力提高到5次左右以減少巡線維護檢修費用。

5.2 防弧線夾的使用

防弧線夾是一種比較新型結(jié)構(gòu)的產(chǎn)品，其主要安裝在線路絕緣子的負荷側(cè)，具有防止10KV架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線的保護功能。安裝在線路絕緣子的負荷側(cè)，安裝施工方便，成本廉價是老線路加裝防雷裝置比較經(jīng)濟產(chǎn)品。而環(huán)網(wǎng)供電的線路則需二側(cè)安裝造成工程及費用增加和線路不簡潔，且易移位影響放電間隙。建議在老線路上須考慮線路成本低廉一些的局部雷災(zāi)不很重的線路上使用本產(chǎn)品。

5.3 防雷驗電接地環(huán)

防雷驗電接地環(huán)是一種安裝在線路絕緣子負荷側(cè)，專門用于防止10KV架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線及雷擊跳閘等保護功能，以及用于檢修施工時的驗電和臨時接地裝置的二合一產(chǎn)品。本產(chǎn)品安裝在線路絕緣子的負荷側(cè)，安裝施工方便，成本廉價是老線路加裝防雷裝置比較經(jīng)濟產(chǎn)品。而環(huán)網(wǎng)供電的線路則需二側(cè)安裝造成工程及費用增加和線路不簡潔，且易移位影響放電間隙。建議在老線路上須加裝驗電接地裝置的線路使用本產(chǎn)品。

6 總結(jié)

10kV架空絕緣線路發(fā)生雷擊故障對線路設(shè)備和配電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟運行有較大影響，應(yīng)在實踐中不斷總結(jié)經(jīng)驗，不斷提高運行維護管理水平。并積極應(yīng)用新材料、新技術(shù)、新設(shè)備，預(yù)防故障發(fā)生，發(fā)生后盡快查找和消除故障點，提高供電可靠性，增供擴銷，減小對人身和設(shè)備的危害，從而保證電網(wǎng)的安全、經(jīng)濟和穩(wěn)定運行。

參考文獻：

[1]周澤存.《高電壓技術(shù)》.北京：水利電力出版社，1988.

[2]宋連庫 王數(shù)聲 《配電線路實用技術(shù)》1986.11