城市配電線路絕緣化和防雷措施研究

摘要：近年來，城市配電線路絕緣化已經(jīng)成為配電線路的發(fā)展趨勢(shì)，但因?yàn)榕潆娋€路時(shí)常遭遇雷擊斷線事故，所以必須采取防雷措施對(duì)其加以防范，以此進(jìn)一步提高城市配電線路的安全運(yùn)行水平。

關(guān)鍵詞：城市供電；配電線路；絕緣化；防雷措施

作者簡(jiǎn)介：張全立（1973-），男，安徽肥東人，國(guó)網(wǎng)安徽肥東縣供電公司，助理工程師。（安徽 合肥 231600）

中圖分類號(hào)：TM726 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-0079（2014）15-0262-02

城市配電線路絕緣化與配電線路裸線相比有著如下優(yōu)勢(shì)：首先，可以大幅度減少由于外力如雷擊事故導(dǎo)致的線路導(dǎo)線碰撞、線路短接、絕緣子發(fā)生故障或線樹矛盾引發(fā)的停電事故，有效增強(qiáng)供電線路的正常運(yùn)營(yíng)效率[1]；其次，大幅減少由于誤撞帶電導(dǎo)線引發(fā)的人身安全事故；再次，降低配電線路與建筑物間的距離，使占用空間明顯縮小；最后，盡可能使配電線路的架空配電裝置及設(shè)備小型化，在節(jié)省材料的同時(shí)減少了施工人員的工作難度與強(qiáng)度，有效提高了維修工作質(zhì)量?；谝陨蟽?yōu)點(diǎn)，國(guó)外在1950年就開始研究、使用架空絕緣束線，用這種架空絕緣束線替換了原來的架空裸導(dǎo)線，有效降低了配電線路的故障率，并取得巨大的經(jīng)濟(jì)效益。

一、雷擊城市配電線路絕緣線斷線的事故分析

1.國(guó)內(nèi)外雷擊城市配電線路絕緣線斷線的事故概述

我國(guó)從1980年著手進(jìn)行了先進(jìn)成熟的架空絕緣線的研究并試行，在一些大型工程如9511工程（20世紀(jì)90年代初開展的電力建設(shè)工程）及9950工程（首都電網(wǎng)建設(shè)）中開始大量選取了這種輻照交聯(lián)聚乙烯的架空絕緣線。在這兩項(xiàng)工程的配網(wǎng)工作實(shí)施過程中，因?yàn)榻^大多數(shù)工作是把原來線路上的架空裸導(dǎo)線換下后換成架空絕緣線，但對(duì)應(yīng)的防雷措施并沒有更新。原來裸導(dǎo)線線路的防雷措施是在線路的開關(guān)、線路變壓器及線路出線電纜頭等位置安裝避雷器防雷，由于沒有更新架空絕緣線的防雷措施，1998年配電線路共計(jì)遭遇了14起雷擊而引發(fā)斷線事故。目前城市配電線路上均普遍使用絕緣導(dǎo)線?？梢哉f，我國(guó)的配電電網(wǎng)線路絕緣化技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟。

國(guó)外在剛剛研究并試用架空絕緣線架設(shè)時(shí)，因?yàn)槲茨芗皶r(shí)選取更恰當(dāng)?shù)姆览状胧┮舶l(fā)生過多起雷擊配電線路絕緣線事故。如日本從1969年到1971年間共發(fā)生了中壓配電絕緣線事故1300次，由于雷擊而發(fā)生的斷線事故達(dá)到475次。而這三年間的裸線中壓配電事故則達(dá)到8000多次，其中由于雷擊而發(fā)生的斷線事故為539次。從數(shù)據(jù)可以看出，架空裸線被架空絕緣線替代后，發(fā)生故障次數(shù)大大減少。無論是架空裸線，還是架空絕緣線，雷擊斷線均是導(dǎo)致架空線路發(fā)生事故的重要原因。

2.雷擊城市配電線路絕緣線斷線的事故分析

城市架空配電線路有兩種過電壓，分別是內(nèi)部過電壓和大氣過電壓。內(nèi)部過電壓是按照GB14049-93 額定電壓10kV、35kV 架空絕緣電纜所需要的技術(shù)條件，選用10kV交聯(lián)聚乙烯絕緣線，屬于薄絕緣結(jié)構(gòu)的架空絕緣線。所能承受的沖擊電壓水平是75kV，只要將內(nèi)部過電壓控制在75kV之內(nèi)就不會(huì)對(duì)10kV交聯(lián)聚乙烯絕緣線造成損害[2]；大氣過電壓則是指當(dāng)雷擊架空裸導(dǎo)線的時(shí)候，電磁點(diǎn)憑借電磁力產(chǎn)生作用而沿著整個(gè)導(dǎo)線快速移動(dòng)，使得雷電流通過開關(guān)與變壓器等不同設(shè)備安裝的避雷器導(dǎo)入地面。或者在工頻電流（一般的市電頻率）燒斷架空裸導(dǎo)線前引發(fā)配電線路的斷路器跳閘，因此斷線事故并不時(shí)常發(fā)生。

但是當(dāng)雷擊城市配電線路的架空絕緣線時(shí)，架空絕緣線的絕緣層就會(huì)對(duì)移動(dòng)的電弧產(chǎn)生阻礙，導(dǎo)致電弧移動(dòng)速度變得緩慢，工頻電弧多是集中于架空絕緣線絕緣層對(duì)應(yīng)的破壞點(diǎn)，因?yàn)橹睋衾祝◣щ娫茖雍痛蟮氐哪滁c(diǎn)發(fā)生的迅猛放電現(xiàn)象，通常會(huì)對(duì)城市建筑物及建筑物的內(nèi)電子設(shè)備及人員造成傷害）或感應(yīng)雷（靜電感應(yīng)雷和電磁感應(yīng)雷）而使得架空絕緣線的絕緣層遭受損壞，它的電弧電流會(huì)導(dǎo)致相間短路。由于架空絕緣線的電弧部位是固定不動(dòng)的，因此它比架空裸導(dǎo)線更容易雷擊燒斷，即架空絕緣線比架空裸導(dǎo)線的熔斷時(shí)間要短，這也是架空絕緣線在發(fā)生雷擊時(shí)經(jīng)常斷線且端頭平滑整齊的原因。[3]

絕緣線對(duì)應(yīng)的特性范圍和絕緣電線種類、絕緣電線張力、絕緣電線所處的氣象條件及絕緣電線電弧的產(chǎn)生方法密切相關(guān)。天氣因素通常會(huì)影響絕緣電線電弧的持續(xù)時(shí)間，建弧以后通常持續(xù)的時(shí)間為0.2～0.6秒，這樣的持續(xù)時(shí)間比較常見。因?yàn)槌鞘信潆娋€路設(shè)備的耐電壓水平通常較低，因此落雷建弧率（沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)為穩(wěn)定工頻電弧的概率）相對(duì)較高。當(dāng)閃絡(luò)回路被加載了相電壓時(shí)，會(huì)使得電流流過的區(qū)域發(fā)生接地短路，對(duì)于部分城市配電線路的不接地系統(tǒng)而言，由于接地電流不大，通常不會(huì)造成斷線。而城市配電線路也能夠馬上恢復(fù)對(duì)接地側(cè)金屬附件的絕緣。對(duì)于中性點(diǎn)經(jīng)小電阻接地系統(tǒng)而言，由于接地電流比較高，所以很容易發(fā)生燒斷線事故。若是雷擊閃絡(luò)回路發(fā)生在兩相變壓器或三相變壓器之間，則工頻電弧電流會(huì)達(dá)到數(shù)千安培，并集中于架空絕緣線絕緣層的破壞點(diǎn)上，進(jìn)而將導(dǎo)線熔斷，斷路器跳閘。

二、城市配電線路絕緣化的防雷措施

下面就城市配電線路絕緣化的防雷措施進(jìn)行分析：

1.架空絕緣線的同桿直接架設(shè)架空避雷線或屏蔽線

架空絕緣線的同桿直接架設(shè)架空避雷線或屏蔽線的方法投資大、耗費(fèi)多，屬于一種傳統(tǒng)的防雷措施，性價(jià)比較低。因?yàn)槌鞘信潆娋€路的絕緣水平普遍不太高，使得當(dāng)雷擊架空絕緣線的同桿直接架設(shè)架空避雷線或屏蔽線后極易導(dǎo)致反擊閃絡(luò)，這樣會(huì)引起工頻續(xù)流建弧而熔斷架空避雷線或屏蔽線。所以針對(duì)35kV以下的城市配電線路通常不架設(shè)整條線路的避雷線或屏蔽線。[4]

2.提高絕緣子的兩側(cè)導(dǎo)線局部絕緣力度

雷擊城市配電線路絕緣線發(fā)生以后，可以適當(dāng)延長(zhǎng)工頻干弧的強(qiáng)度與閃絡(luò)路徑，進(jìn)而減少了工頻干弧續(xù)流變成穩(wěn)定工頻電弧的概率。前文已述，天氣條件與環(huán)境條件會(huì)影響城市配電線路的架空絕緣層，造成架空絕緣線的絕緣值快速下滑。并且由于目前城市配電線路的絕緣水平普遍不高，通常只能承擔(dān)小幅（20kV范圍）內(nèi)的雷電沖擊。而感應(yīng)雷產(chǎn)生的過電壓可以高達(dá)50kV。即使是城市配電線路絕緣化的絕緣強(qiáng)度提升至35kV配電線路的絕緣等級(jí)也會(huì)在感應(yīng)雷擊下發(fā)生絕緣層被擊穿現(xiàn)象。說明這種方法只能防止20kV的城市配電線路絕緣線遭受雷擊。此外，還有一種方法就是選取絕緣橫擔(dān)提升絕緣子的兩側(cè)導(dǎo)線局部絕緣力度，現(xiàn)行的絕緣橫擔(dān)多是選取樹脂玻纖制作，它的內(nèi)部中空用泡沫塑料將其填滿，所以在長(zhǎng)期城市配電線路絕緣化的使用與運(yùn)行中會(huì)產(chǎn)生因潮濕而影響絕緣特性等問題，因此這一方法雖然也可能在一定程度上降低城市配電線路絕緣化的斷線概率，但不能從根本上避免城市配電線路絕緣化受到雷擊。

3.“分流”和散熱

把絕緣子周圍的導(dǎo)線絕緣層完全剝開，在剝離部分安放特制的金屬件，使工頻電弧固定在特制金屬件上燃燒或?qū)⒒「D(zhuǎn)移，能夠大面積增加城市配電線路架空絕緣線的散熱面，進(jìn)而避免“針孔效應(yīng)”發(fā)生，并且可以避免發(fā)生因雷擊而燒斷電線的情況。如近年來芬蘭采用了在絕緣子與架空絕緣導(dǎo)線的連接處剝離絕緣層的方法，選取閃絡(luò)保護(hù)型的線夾；瑞典與美國(guó)等兩個(gè)國(guó)家把絕緣子兩邊的絕緣導(dǎo)線部分剝離絕緣層，并同時(shí)安裝閃絡(luò)防弧線夾。這些方法對(duì)第一種斷線形式是有一定用處的。

4.其他防雷措施

其他針對(duì)城市配電線路絕緣化的防雷措施如下：一是可以根據(jù)一定的間距在裝置桿設(shè)置避雷器，通常以間隔150米為最佳。在部分多雷的城市區(qū)域可以多安裝避免雷擊，每一個(gè)桿設(shè)置一組避雷器，從而提高避雷效果，降低雷擊斷線事故的發(fā)生率；二是可以適當(dāng)延長(zhǎng)閃絡(luò)路徑，經(jīng)由延長(zhǎng)城市配電線路的閃絡(luò)路徑可以使得電弧極易熄滅，并且在局部提升了絕緣厚度，進(jìn)一步提升防雷效果。[5]

三、結(jié)語

本文通過有效分析國(guó)內(nèi)外城市電線路絕緣化的架空裸線替換為架空絕緣線以后發(fā)生的雷擊斷線事故，針對(duì)目前城市配電線路絕緣化提出了科學(xué)的防雷措施。城市配電線路絕緣化的防雷措施受到所在區(qū)域的天氣、自然及環(huán)境等情況影響，針對(duì)不同的雷擊事故發(fā)生的特點(diǎn)及薄弱環(huán)節(jié)，選用切實(shí)可行的防雷設(shè)計(jì)方案和質(zhì)量合格、性能可靠的防雷設(shè)備以便更好地防止雷擊事故發(fā)生。簡(jiǎn)單來說，根據(jù)城市配電線路絕緣化的實(shí)際情況有針對(duì)性地提出切實(shí)有效的防雷措施具有非常重要的意義。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳云林，葛維標(biāo).配電線路防雷措施研究與總結(jié)[A].中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)變電專業(yè)委員會(huì)2012輸變電年會(huì)論文集[C].2012：7.

[2]閆文奕.配電線路防雷措施研究及新型線路避雷器的運(yùn)用[J].電瓷避雷器，2012，（6）：76-80.

[3]吳燕燕，徐秀峰.10kV架空絕緣導(dǎo)線的應(yīng)用與防雷措施初探[J].電源技術(shù)應(yīng)用，2012，（12）：221-222.

[4]王化山.配電線路絕緣導(dǎo)線的防雷措施及分析[J].安徽電力，

2010，（1）：6-8，60.

[5]陳占輝，高飛，呂強(qiáng).架空絕緣配電線路防雷措施的探討[J].農(nóng)村電氣化，2008，（S1）：225-227.

（責(zé)任編輯：王祝萍）