淺談10kV架空絕緣線路安裝過電壓保護(hù)器及其應(yīng)用效果

盧劍鋒

摘要：10kV架空絕緣線路的過電壓保護(hù)器的應(yīng)用直接關(guān)系著電網(wǎng)改造的安全性、技術(shù)性與經(jīng)濟(jì)性，電網(wǎng)改造中大量使用過電壓保護(hù)器對整個(gè)架空絕緣配電網(wǎng)的防雷有著很大的作用，直接對電網(wǎng)系統(tǒng)長期運(yùn)行的經(jīng)濟(jì)性和安全性產(chǎn)生影響。

關(guān)鍵詞：10kV配電網(wǎng)；絕緣線路；電壓保護(hù)；防雷技術(shù)

由于經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展及人們生活的需求，我國電力行業(yè)也進(jìn)入了一個(gè)全新的發(fā)展階段，10kV配電網(wǎng)供電質(zhì)量與日益嚴(yán)峻的市場需求矛盾逐漸呈現(xiàn)，解決10kV配電網(wǎng)系統(tǒng)存在的問題，提高用電的高效性和安全性成為當(dāng)下電力行業(yè)的一大重點(diǎn)任務(wù)。其中，配電網(wǎng)的架空絕緣線路防雷技術(shù)是電力行業(yè)得到迅猛發(fā)展的重要支撐，同時(shí)也是促進(jìn)電力系統(tǒng)日臻完善的重要方面。架空配電線路絕緣化對解決線樹矛盾、降低瞬時(shí)性故障概率，優(yōu)點(diǎn)十分明顯。目前，隨著10kV配電線路改造的深入，采用絕緣導(dǎo)線成為架空配電線路設(shè)備的首選方式。這有效地解決了裸導(dǎo)線難以解決的走廊和安全問題，與地下電纜相比具有投資省、建設(shè)快的優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)也帶來了一些新的技術(shù)問題，其中之一就是絕緣導(dǎo)線在運(yùn)行中的雷擊斷線問題。因此，降低配網(wǎng)故障率，提高配電供電可靠性，必須妥善解決雷擊斷線和避雷器雷擊擊穿問題，才能保證架空絕緣配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

一、架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線的機(jī)理

據(jù)資料統(tǒng)計(jì)，配電線路感應(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(dá)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。雷擊絕緣導(dǎo)線和雷擊裸導(dǎo)線時(shí)的電弧發(fā)展過程明顯不同，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(shí)，由于電動力關(guān)系，連續(xù)的工頻短路電流在電磁力的作用下沿導(dǎo)線向著背離電源的方向快速移動，直至保護(hù)動作，切斷電弧。電弧的弧根固定在導(dǎo)線上運(yùn)動，弧腹在隨同弧根向前運(yùn)動的同時(shí)，受熱應(yīng)力的作用不斷向空中飄浮，根據(jù)電弧的溫度分布特征，弧根的溫度最高，對導(dǎo)體的燒損最嚴(yán)重，弧腹則溫度較低，一般不會燒損導(dǎo)體。因?yàn)殡娀〉幕「茄貙?dǎo)線運(yùn)動的，所以不會集中燒傷導(dǎo)線，引起導(dǎo)線斷線的概率更小。當(dāng)直擊雷或感應(yīng)雷過電壓作用于絕緣導(dǎo)線時(shí)則不同，幅值足夠高的雷電過電壓，將引起導(dǎo)線的絕緣層和絕緣子同時(shí)擊穿和閃絡(luò)。瞬間電弧的電流很大但時(shí)間很短，被擊穿的導(dǎo)線絕緣層呈一針孔狀，不會燒斷導(dǎo)線。但是，當(dāng)雷電過電壓閃絡(luò)，特別是在兩相或三相（不一定是在同一桿、塔上）之間閃絡(luò)而形成金屬性短路通道，會引起數(shù)千安培工頻續(xù)流，電弧能量將驟增。此時(shí)，由于架空絕緣導(dǎo)線絕緣層阻礙電弧在其表面滑移，高溫弧根被固定在絕緣層的擊穿點(diǎn)燃燒，即使將繼電器跳閘時(shí)間調(diào)整到最小，導(dǎo)線也將被幾千安的短路電流，在斷路器動作之前燒斷導(dǎo)線，這就是絕緣導(dǎo)線雷擊斷線的機(jī)理。

二、預(yù)防架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線的技術(shù)措施

2.1安裝架空地線

架空地線的作用，主要是將幅值很大的雷電過電壓轉(zhuǎn)化為電流，經(jīng)很低的桿塔接地電阻排泄出去，從而大幅度降低雷電過電壓，使導(dǎo)線得到保護(hù)。雷擊時(shí)導(dǎo)線上只產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，具有較好的防雷效果。這在絕緣水平很高的110kV及以上電壓等級送電線路是作為防雷的主要措施。但因10kV配電網(wǎng)絕緣水平較低（約15kV），雷擊架空地線后極容易造成反擊閃絡(luò)，仍然會發(fā)生工頻續(xù)流燒斷絕緣導(dǎo)線。而且根據(jù)統(tǒng)計(jì)，配電線路遭受直接雷擊或繞擊的概率很小，約占雷害事故的20%，配電線路上80%的雷電過電壓故障是感應(yīng)過電壓。

2.2安裝氧化鋅避雷器

在10kV線路中，全線裝設(shè)無間隙氧化鋅避雷器的防雷效果是不言而喻的。隨著氧化鋅閥片技術(shù)性能的提高，氧化鋅避雷器的優(yōu)良保護(hù)性能已被人們所接受，近年來已廣泛應(yīng)用于電氣設(shè)備過電壓保護(hù)。氧化鋅避雷器可以限制感應(yīng)過電壓幅值，在雷擊閃絡(luò)后吸收放電能量，阻止工頻續(xù)流起弧，達(dá)到保護(hù)導(dǎo)線的目的。避雷器可減少雷擊斷線事故，但不能杜絕雷擊斷線事故，且氧化鋅避雷器價(jià)格比較高。因此要研究每隔多少距離安裝一組，既要安裝得最少又能夠保護(hù)全線是個(gè)問題。氧化鋅避雷器的保護(hù)范圍與雷電特性、氧化鋅避雷器參數(shù)、氧化鋅避雷器接地裝置的接地電阻數(shù)值和線路絕緣水平有關(guān)。而其中的雷電特性目前還缺乏數(shù)據(jù)，只能假定。配電線路的感應(yīng)過電壓幅值為200～300kV峰值，波頭為2μS，線路采用P-15T針式絕緣子，防雷接地電阻為10Ω，建議每隔200～300m安裝一組氧化鋅避雷器已滿足防雷要求。但安裝氧化鋅避雷器亦有其不足之處：

（1）破壞架空絕緣導(dǎo)線的主絕緣，可能會因密封不良而引起架空絕緣導(dǎo)線線芯進(jìn)水，容易在線路弧垂最低點(diǎn)處產(chǎn)生積聚并發(fā)生電-化腐蝕，運(yùn)行至六、七年后會發(fā)生腐蝕斷線事故；

（2）大量地和架空線并聯(lián)的無間隙氧化鋅避雷器，長期承受工頻電壓的作用，絕緣降低，接地電阻不滿足要求情況下，線路運(yùn)行可靠性不可避免地由于附加設(shè)備可能出現(xiàn)的故障而降低了。通過對今年發(fā)生被雷擊穿避雷器所在的15臺開關(guān)接地電阻進(jìn)行測量，均沒有達(dá)到低于10Ω的要求，確認(rèn)了這也是今年出現(xiàn)14起避雷器擊穿故障的原因。而且一旦氧化鋅避雷器擊穿，將會造成系統(tǒng)死接地的故障，故障點(diǎn)查找難度大，故障停電時(shí)間較長，可靠性降低。

2.3安裝穿刺型防弧金具

防弧金具是通過自身構(gòu)成保護(hù)間隙、承受工頻電弧弧根燒蝕，以達(dá)到保護(hù)絕緣導(dǎo)線免于電弧燒傷斷線的目的。即在距離絕緣子中心150～200mm的范圍內(nèi)（負(fù)荷側(cè)），安裝防弧金具，可使雷電過電壓均在防弧金具與絕緣子鋼腳之間定位閃絡(luò)，接續(xù)的工頻短路電流電弧的弧根固定在防弧金具上燃燒，從而保護(hù)絕緣導(dǎo)線免于燒傷。防弧金具由高壓電極、低壓電極和絕緣罩三部分構(gòu)成，絕緣罩罩住高壓電極，起到絕緣作用，并給工頻電弧弧根的運(yùn)動留有通路。對于輻射型架空絕緣線路，防弧金具宜安裝在線路絕緣子的負(fù)荷側(cè)；對于環(huán)網(wǎng)架空絕緣線路，防弧金具宜安裝在線路主要供電方式下絕緣子的負(fù)荷側(cè)。穿刺型防弧金具具有穩(wěn)定的雷電放電電壓，能夠定位雷電沖擊放電路徑，確保雷電發(fā)生在雷電放電間隙之間，通過與導(dǎo)線緊密可靠的接觸，具有良好的熱穩(wěn)定性，能多次耐受電弧燒灼，直接安裝，無須剝離外絕緣層，有效防止雷擊斷線，加裝絕緣防護(hù)罩，運(yùn)行安全可靠。該方式安裝簡便，投資少，運(yùn)行可靠，維護(hù)方便，能防止雷擊斷線，但在多次雷擊后必須更換燒傷的防弧金具。

2.4過電壓保護(hù)器

由非線性電阻限流元件（氧化鋅閥片）串聯(lián)放電間隙組成，安裝在線路絕緣子上。當(dāng)雷電過電壓或其它故障原因引發(fā)對地閃絡(luò)形成金屬性電弧放電短路時(shí)，線路保護(hù)器中特殊設(shè)計(jì)的不銹鋼引流環(huán)可以將工頻續(xù)流直接引向氧化鋅電阻非線性限流元件，并借助于氧化鋅電阻的非線性特性將正弦波形的工頻續(xù)流轉(zhuǎn)變成為尖頂波。尖頂波電流在過零前有相當(dāng)長的時(shí)間內(nèi)電流幅值較小，同時(shí)，限流元件的殘壓削減放電電壓，使電弧瞬間熄滅而達(dá)到迅速截?cái)喙ゎl續(xù)流，達(dá)到有效防止架空絕緣導(dǎo)線因工頻續(xù)流高溫而熔斷（雷擊斷線）的目的。對于10kV系統(tǒng)，建議每間隔一基電桿安裝一組保護(hù)器，并要求電桿接地電阻值小于30Ω。

三、10kV架空絕緣線路安裝過電壓保護(hù)器應(yīng)用效果分析

分析不同防雷裝置的防雷效果，結(jié)合筆者所在地區(qū)供電分局管轄線路情況，對不同雷害地區(qū)，建議采取不同防雷措施：

（1）把安裝穿刺型防弧金具納入配網(wǎng)架空絕緣導(dǎo)線的設(shè)計(jì)，非強(qiáng)雷區(qū)新建絕緣線路或原有絕緣線路采取每隔三支桿塔（約200-300m）安裝一組穿刺型防弧金具的防雷措施進(jìn)行安裝改造。

（2）對強(qiáng)雷區(qū)已安裝過電壓保護(hù)器的架空絕緣線路，增強(qiáng)防雷防護(hù)措施，在每一桿塔均補(bǔ)充安裝過電壓保護(hù)器。

（3）新建或改造的絕緣線路，采取每隔三支桿塔（約200-300m）安裝一組穿刺型防弧金具的防雷裝置。

（4）將線路柱上開關(guān)普通氧化鋅避雷器更換為脫扣式避雷器。

（5）接地電阻的大小，對線路的防雷作用影響很大。對線路、開關(guān)、刀閘、令克等設(shè)備的防雷裝置接地電阻進(jìn)行普測，對接地電阻不滿足小于10Ω要求的接地網(wǎng)進(jìn)行改造。通過改造，逐步提高架空絕緣線路的防雷水平，減少雷擊絕緣導(dǎo)線斷線故障，降低配網(wǎng)故障率，以保證配電線路可靠供電。

四、結(jié)束語

綜上所述，10kV架空絕緣線路安裝過電壓保護(hù)器是當(dāng)下比較有效的預(yù)防雷電措施，不僅有利于預(yù)防架空絕緣線路引發(fā)雷電襲擊，也有利于降低雷電襲擊致使線路開關(guān)跳動的可能性，成本低廉、安裝便利、效果顯著，有效的提高了10kV架空絕緣線路預(yù)防雷電和運(yùn)行的穩(wěn)定性及安全性。

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