淺析10 k V架空絕緣導線防雷技術

樓偉杰

（1.華北電力大學，北京 102206；2.國網(wǎng)浙江省電力公司金華供電公司，浙江 金華 321000）

0 引言

我國配電網(wǎng)架空線路采用絕緣導線已經(jīng)有20多年，并且配網(wǎng)絕緣化的趨勢越來越明顯，之所以選擇架空絕緣導線，主要因為絕緣導線較之于裸導線具有以下的優(yōu)越性：

（1）更好地融入城市整體規(guī)劃。采用絕緣導線可有效縮減架空線路架設空間，高效利用線路走廊，在緩解樹線矛盾、釋放供電能力的同時，有利于配合城市整體建設，美化城市街道。

（2）明顯降低事故發(fā)生率。采用絕緣導線能夠有效降低外物引起相間短路和單項接地故障的發(fā)生，減少架空線路維護工作量，提升線路運行效益。

（3）提高供電可靠性。采用絕緣導線抗不利環(huán)境能力較強，能夠較顯著減少故障停電，保障了對電力用戶的持續(xù)穩(wěn)定供電。

（4）降低電能損耗。采用絕緣導線便于高壓深入負荷中心，能夠更好地提高供電電壓質(zhì)量，降低電能損耗。但是，絕緣導線抗雷擊能力較弱，這也是絕緣導線最大的缺點，其遭受雷擊時容易發(fā)生斷線事故，因此探索和研究10 k V架空絕緣導線防雷技術十分必要。

1 絕緣導線雷擊斷線機理分析

1.1 電磁場分析

當發(fā)生雷電現(xiàn)象時，導線上空會形成帶電云層，并使絕緣導線上產(chǎn)生感應電荷，該電荷的存在使導線橫截面的電場強度發(fā)生畸變，造成空氣擊穿場強弱于絕緣介質(zhì)擊穿場強，空氣電離，成為雷電流進入導線的放電通道。

1.2 應力分析

絕緣導線的材質(zhì)一般為鋁，在特定的脆性溫度區(qū)間內(nèi)時，鋁原子結(jié)構(gòu)相對不穩(wěn)定，非常容易產(chǎn)生裂紋，在受到雷電沖擊時導線表面產(chǎn)生裂紋。電弧持續(xù)灼燒導線則進一步加深裂紋，降低導線抗拉強度，在導線局部溫度迅速升高的同時，高低壓電極形成的電弧通道產(chǎn)生電磁推力作用于導線，加上導線自重產(chǎn)生的軸向拉力的作用，使鋁導線呈現(xiàn)塑性形變。

1.3 熱量分析

除去上述分析的電磁因素和應力因素，造成絕緣導線斷線的最根本原因是數(shù)千安的工頻短路電流產(chǎn)生的熱量。

10 k V架空絕緣導線雷電過電壓主要分為直擊雷電過電壓和感應雷電過電壓，比例分配大概為2∶8。大部分直擊雷電流大于20 k V，使導線在雷擊位置瞬間產(chǎn)生大量熱量，造成導線熔斷，這也就是受到直擊雷不管是裸導線還是絕緣導線基本斷線的主要原因。

感應雷電過電壓作用于絕緣導線時，引起絕緣子閃絡并擊穿絕緣層，擊穿點呈針孔狀，一般感應雷電流小于1 k A，持續(xù)幾微秒至幾毫秒，這一般不會造成斷線。但感應雷電過電壓常常會引起兩相或三相導線同時閃絡，相對地電弧在電磁力和熱應力的作用下，弧腹向負荷側(cè)的上空漂移，兩相電弧交匯易發(fā)展成相間電弧，由于絕緣層的阻攔，電弧弧根集中在擊穿點持續(xù)燃燒，導線會很快被整齊燒斷。

2 常用防雷技術及其優(yōu)缺點

（1）安裝氧化鋅避雷器。氧化鋅避雷器是目前比較先進的防雷設備，其本質(zhì)上是一種過電壓保護電器，能夠?qū)τ邢薜倪^電壓（如雷電過電壓或操作過電壓）起到有效的限壓保護。同時因其保護動作只泄放雷電流，而雷電流泄放時間一般小于100μs，泄放完畢后能夠迅速恢復到再次動作的狀態(tài)，具有連續(xù)雷電沖擊保護能力。氧化鋅避雷器最大缺點在于保護范圍較小，如果全線安裝則投資成本較大。另外，氧化鋅避雷器5年1個周期的校驗工作，對電網(wǎng)運行和供電可靠性壓力較大，因此建議只在架空線路開關、桿上熔斷器等防雷少數(shù)重要部位采用。

（2）架設架空避雷線。架設架空避雷線對架空絕緣導線進行屏蔽保護是一種比較常用有效的方法，該方法能夠較為有效地防止絕緣線路感應雷電過電壓。但是由于配電架空絕緣線路的絕緣水平相對較低，采用架空避雷線后仍舊容易造成反擊閃絡繼而引發(fā)工頻續(xù)流造成絕緣導線燒斷，因此防直擊雷的作用不是很大。同時，架空避雷線的投資成本相對較大，對于老舊線路來說安裝比較困難。

（3）裝設放電間隙。在每基桿塔上裝設帶穿刺線夾的放電間隙，其成本投入相較于氧化鋅避雷器要低很多，防雷效果也較好，并且能夠較好地防止絕緣導線滲水現(xiàn)象的出現(xiàn)。但是放電間隙的安裝十分依賴安裝工藝，如果安裝工藝不到位會引起間隙不到位，從而影響防雷效果。

（4）其他防雷技術。除了上述主要的防雷技術外，還有以下一些防雷技術措施：架空絕緣導線的支持點局部剝皮處理，使用帶避雷器的支柱絕緣子，采用長閃絡避雷器及增加局部絕緣層厚度等，這里不展開分析。

3 新型防雷絕緣子的使用

目前金東地區(qū)配網(wǎng)架空絕緣線路的防雷技術主要采用防雷絕緣子，效果比較滿意，下面對金東地區(qū)采用的新型防雷絕緣子進行介紹，如圖1所示。

工作原理：當線路受到雷擊過電壓或工頻過電壓且尚未達到絕緣子閃絡電壓時，間隙開始放電，之后將過電流導向電阻片，并經(jīng)電阻片釋放。在過電壓過后的系統(tǒng)工頻電壓下，由于電阻片的過電壓吸收能力能自己熄滅工頻續(xù)流，從而防止架空絕緣線路雷擊斷線及絕緣子閃絡或擊穿，保護了架空絕緣線路，保持系統(tǒng)不失壓，避免系統(tǒng)失壓和繼電保護動作跳閘情況的發(fā)生，從而避免發(fā)生斷線、絕緣子閃絡或擊穿而造成大面積停電和售電量的損失或引起重大的人身傷害事故，保證正常供電，增加經(jīng)濟效益，提高供電可靠性。防雷絕緣子內(nèi)裝帶間隙氧化鋅電阻片組，并與氧化鋅電阻片串聯(lián)連接，上端金具即電極，下端安裝螺栓通過金屬支架或?qū)Ь€接地。

圖1 新型防雷絕緣子結(jié)構(gòu)圖

產(chǎn)品特點：安裝時不需剝除絕緣導線絕緣層或采用穿刺線夾，不會損傷導線絕緣層，而導致雨水從剝除點滲入，腐蝕絕緣導線，并可降低安裝及材料成本。內(nèi)間隙由非線性瓷環(huán)與銅質(zhì)電極組成，其放電電壓不受外部環(huán)境影響，安裝時無需調(diào)整安裝位置和間隙距離，具有放電穩(wěn)定的特性；線路正常運行時，由于內(nèi)間隙的隔離作用，防雷絕緣子中的電阻片不承受工頻電壓，電阻片不容易老化，防雷絕緣子自身安全可靠，即使絕緣子內(nèi)部電阻片劣化也不會影響線路的正常運行。與箝位絕緣子、普通放電間隙相比，防雷絕緣子在過電壓以后能及時切斷工頻續(xù)流。具有良好的抗彎作用，其機械負荷能力與普通絕緣子相同，集絕緣子與避雷器功能于一身，降低了輸電線路投資的成本。

防雷擊斷線案例：2012年5月，金東配網(wǎng)某絕緣線路防雷絕緣子因雷擊炸裂，但是導線無損傷，說明該產(chǎn)品防雷效果比較理想，如圖2所示。

圖2 防雷擊斷線案例圖

4 結(jié)語

總之，應該多種防雷技術結(jié)合使用，在適當?shù)奈恢貌捎眠m當?shù)姆览准夹g，物盡其用，最大化地發(fā)揮防雷技術的效果。希望本文的淺析，能夠為架空絕緣導線的防雷工作提供參考。

［1］黃玉偉.10 k V架空絕緣導線防雷技術探討［J］.科技資訊，2013（7）

［2］吳燕燕，徐秀峰.10 k V架空絕緣導線的應用與防雷措施初探［J］.電源技術應用，2012（12）

［3］徐興發(fā)，聶一雄，徐亮，等.10 k V架空絕緣導線雷擊斷線原因分析與解決對策［J］.廣東電力，2012（12）