架空絕緣導(dǎo)線防雷技術(shù)探討

由于絕緣導(dǎo)線在安全性方面的優(yōu)勢，架空配電線路的絕緣化成了一個必然的趨勢。但是，由于防雷措施不足等，雷擊故障已成為絕緣導(dǎo)線中最突出的問題，據(jù)國外資料統(tǒng)計，配電線路遭受感應(yīng)雷占80%，感應(yīng)雷的放電電流通常小于1kA，感應(yīng)過電壓的幅值約可達200～300kV。如此高的過電壓幅值對10kV線路來說是難以承受的。因此，雷擊感應(yīng)過電壓是引起線路絕緣閃絡(luò)乃至絕緣導(dǎo)線斷線的主要原因。本文主要針對架空絕緣線路的防雷技術(shù)進行探討研究。雷擊斷線的機理：絕緣導(dǎo)線的雷擊斷線特性與裸導(dǎo)線的情況相比有明顯不同，當(dāng)直擊雷或感應(yīng)雷過電壓作用于裸導(dǎo)線引起絕緣子閃絡(luò)時，接續(xù)的工頻短路電流電弧在電動力的作用下沿著導(dǎo)線表面向背離電源方向滑動，不會集中在某一點燒灼，并在工頻續(xù)流燒斷導(dǎo)線或損壞絕緣子之前就會引起斷路器動作，切斷電弧，不會嚴重?zé)齻麑?dǎo)線；而絕緣導(dǎo)線則不同，雷電過電壓引起絕緣子閃絡(luò)并擊穿導(dǎo)線絕緣層時，被擊穿的絕緣層呈針孔狀，接續(xù)的工頻短路電流電弧受周圍絕緣層的阻隔，弧根只能在絕緣擊穿點燃燒，在極短的時間內(nèi)導(dǎo)線就會被整齊地?zé)龜唷Ｌ貏e是在耐張桿和盡頭桿導(dǎo)線的破口處，工頻續(xù)流更加容易建弧形成相間金屬性短路，造成斷線。因此，及時切斷雷電流引起的工頻續(xù)流是防止架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線的根本方法。

一、分析雷擊斷線機理

縱觀國外近30年的研究成果，防止絕緣導(dǎo)線斷線的主要措施可分為如下4類：

（一）安裝避雷裝置：安裝架空地線和避雷器來限制雷電過電壓和吸收雷電能量。

（二）延長閃絡(luò)路徑：采用局部增加絕緣厚度或采用長閃絡(luò)路徑避雷器，其目的是通過延長閃絡(luò)路徑，導(dǎo)致電弧容易熄滅。

（三）局部剝離絕緣導(dǎo)線：采用防導(dǎo)線熔斷措施及新型絕緣子，安裝為局部剝離導(dǎo)線，相當(dāng)于裸導(dǎo)線，電弧能夠在剝離部分滑動，而不是固定在某一點燒蝕。

（四）提高線路絕緣水平：即提高絕緣子的50%放電電壓來提高耐雷水平。

在配電線路上架設(shè)避雷線可使直擊雷向各個線柱分流，增強耐雷效果；對感應(yīng)雷來說，由于避雷線的屏蔽效果，可抑制其在相導(dǎo)線中產(chǎn)生的過電壓。

近幾年在郊區(qū)一帶的雷區(qū)嘗試架設(shè)避雷線，經(jīng)過校核避雷線對邊導(dǎo)線的保護角，經(jīng)過2011～ 2014年的近3年時間的運行，未發(fā)生雷擊事故，證明架空避雷線的防雷效果是十分理想的。而且，通過參照有關(guān)資料介紹，在配電線路上安裝避雷器來防護雷電過電壓是世界各國廣為采用的一種方法，采用避雷器來防護配電線路的雷電過電壓其作用大致有兩個方面：1、通過吸收雷電能量，達到保護的目的；2、安裝避雷器后能夠限制配電線路的感應(yīng)過電壓。我公司已在部分架空線路安裝避雷器。

二、滅弧方法

（一）使電弧的弧根拉長熄滅

（二）斷路器跳閘滅弧

（三）使過電壓能量釋放

三、防止雷擊斷線與跳閘事故的思路

（一）提高線路絕緣水平或避免產(chǎn)生雷電過電壓。如：局部加強絕緣、架空避雷線。

（二）使電弧燃燒熔斷導(dǎo)線的時間延長到超過斷路器跳閘的時間， 通過斷路器跳閘來滅弧。如：放電絕緣子、保護間隙、防雷金具等。

（三）使電弧在熔斷導(dǎo)線前瞬間熄滅。如：避雷器、線路過電壓保護器等。

四、過電壓保護措施

（一）局部加強絕緣提高線路絕緣水平。將配電線路中的瓷絕緣子更換成為硅橡膠絕緣橫擔(dān)，全線提高線路絕緣水平，雷電引發(fā)的工頻續(xù)流因爬距大而無法建弧。為了降低線路造價，可采用架空絕緣導(dǎo)線加強局部絕緣的方式，即在絕緣導(dǎo)線固定處加厚絕緣也是一種嘗試的辦法。

優(yōu)點：有效提高線路絕緣水平，免維護。

缺點：更換絕緣子的投資成本較大，而且只能減少斷線機率，防止絕緣導(dǎo)線雷擊斷線效果不明顯。

（二）架空避雷線。作用：在空曠地區(qū)同桿架設(shè)架空避雷線對配電架空絕緣線路進行屏蔽保護，架空絕緣線上的感應(yīng)電壓將降低（1-k）倍，k為避雷線與導(dǎo)線之間的耦合系數(shù)乘以沖擊系數(shù)。

缺點：投資成本大；雷擊架空避雷線后容易造成反擊閃絡(luò)/定位高度較低的雷電先導(dǎo)容易產(chǎn)生繞擊閃絡(luò)：仍然可能引發(fā)工頻續(xù)流熔斷絕緣導(dǎo)線。

（三）保護間隙。作用：保護間隙將電弧拉長，使電網(wǎng)電壓不能維持電弧燃燒，是一種最簡單的滅弧裝置。

缺點：1、間隙不能切斷雷電流之后的工頻短路電流，必須借助于自動重合閘配合來切斷電弧。2、間隙電壓擾動將影響電能質(zhì)量。3、間隙放電可能導(dǎo)致線圈形式的設(shè)備陡波擊穿。

（四）放電絕緣子。也稱放電絕緣子或鉗位絕緣子。日本東京電力公司采用放電鉗位絕緣子以防止絕緣導(dǎo)線雷擊斷線，如圖所示。即在絕緣導(dǎo)線固定處剝離絕緣層，加裝特殊設(shè)計的金屬線夾。當(dāng)雷電閃絡(luò)引發(fā)工頻續(xù)流時，工頻續(xù)流在該金屬線夾上燃弧直至線路跳閘以熄滅工頻續(xù)流，從而避免燒傷絕緣子和熔斷絕緣導(dǎo)線。

（五）防雷金具。防雷金具在原理上與鉗位絕緣子相同。在絕緣導(dǎo)線固定處剝離絕緣層，加裝特殊設(shè)計的金屬線夾。當(dāng)雷電閃絡(luò)引發(fā)工頻續(xù)流時，工頻續(xù)流在該金屬線夾上燃弧直至線路跳閘以熄滅工頻續(xù)流，從而避免燒傷絕緣子和熔斷絕緣導(dǎo)線。

（六）增長閃絡(luò)路徑。通過增長閃絡(luò)路徑，降低工頻建弧率，是防止架空絕緣線路雷擊斷線事故的另一思路。俄羅斯國家電力公司首先提出長閃絡(luò)間隙保護方式，如圖所示。在橫擔(dān)上安裝一U形絕緣閃絡(luò)路徑，使U形頭部與絕緣導(dǎo)線之間的沖擊放電電壓比絕緣子放電電壓低。當(dāng)雷電過電壓時，該間隙先于絕緣子擊穿閃絡(luò)，并沿絕緣閃絡(luò)路徑發(fā)展。設(shè)計該絕緣路徑足夠長，就可以阻止工頻續(xù)流建弧，切斷工頻續(xù)流。優(yōu)點：投資成本較低，免維護。缺點：如何保持間隙的問題和如何與同桿及其它線路保持間距的問題很難解決，間隙電壓擾動將影響電能質(zhì)量。

（七）限流消弧角。該裝置利用放電線夾刺穿絕緣導(dǎo)線的絕緣層，形成對氧化鋅限流元件3 的尖端放電間隙，當(dāng)線路出現(xiàn)雷電過電壓時，尖端間隙2首先放電，雷電流經(jīng)氧化鋅限流元件釋放，而工頻續(xù)流則被氧化鋅限流元件截斷，從而防止架空絕緣線路雷擊斷線事故的發(fā)生。

（八）氧化鋅避雷器。作用：隨著氧化鋅閥片的技術(shù)性能提高，氧化鋅避雷器優(yōu)良的保護性能已被人們接受，近年來廣泛地應(yīng)用于電氣設(shè)備過電壓保護。缺點：1、保護范圍較?。褐荒軌虮Ｗo附近的電氣設(shè)備免受雷害。2、長期承受運行電壓：加速了電阻片的劣化而損壞。3、在消弧線圈接地系統(tǒng)中，如果發(fā)生避雷器擊穿，將會造成長接地。

五、結(jié)束語

綜合上述，對于防止架空配電線路導(dǎo)線雷擊斷線措施是多種多樣的，各有優(yōu)缺點，各地區(qū)可根據(jù)實際情況，采取合理措施，有效地防止雷擊斷線事故發(fā)生，保證配電網(wǎng)安全運行。

作者簡介：侯海波（1981-12），男，山東淄博高青縣人，漢族，大學(xué)本科學(xué)歷，國網(wǎng)山東高青縣供電公司員工，電力工程技術(shù)方向。