降低配電網(wǎng)架空絕緣線路雷擊斷線和跳閘率的防護(hù)措施

秦　林（國(guó)網(wǎng)池州供電公司，安徽省池州市247000）

降低配電網(wǎng)架空絕緣線路雷擊斷線和跳閘率的防護(hù)措施

秦林（國(guó)網(wǎng)池州供電公司，安徽省池州市247000）

配電網(wǎng)10kV架空線路具有較高的雷擊跳閘率，而絕緣導(dǎo)線遭受雷擊時(shí)往往發(fā)生斷線。一旦發(fā)生跳閘或雷擊斷線會(huì)對(duì)本地區(qū)供電造成直接的影響，嚴(yán)重影響供電可靠性，甚至導(dǎo)致人身事故，必須采取有效的防護(hù)措施來(lái)避免這一情況的發(fā)生。本文對(duì)架空配電線路的防雷水平進(jìn)行了簡(jiǎn)要的介紹，提出了降低配電線路雷擊斷線和跳閘率的具體防護(hù)措施。

跳閘率；雷擊斷線；配電線路

引言

雷擊會(huì)對(duì)10kV架空配電線路，造成直接的影響和損壞，很容易造成斷線故障。一旦發(fā)生雷擊斷線和跳閘，不僅會(huì)造成供電中斷或停電，還可能造成人身安全事故。因此必須采取有效的措施來(lái)提高配電線路的防雷水平，科學(xué)地選擇防雷擊斷線措施，降低配電線路雷擊斷線和跳閘率。

1　架空配電線路的防雷水平

配電線路的耐雷能力又被稱為配電線路的防雷水平，要對(duì)配電線路的防雷性能進(jìn)行判斷，必須參照配電線路的防雷水平。在配電線路運(yùn)行的過(guò)程中，感應(yīng)過(guò)電壓、直擊雷過(guò)電壓都會(huì)對(duì)其產(chǎn)生影響。在10kV架空線路的運(yùn)行過(guò)程中如果受到雷擊，就會(huì)產(chǎn)生雷擊過(guò)電壓。在配電線路上，雷擊過(guò)電壓往往會(huì)導(dǎo)致高幅值的過(guò)電流，從而損壞配電線路，對(duì)配電線路運(yùn)行的可靠性和安全性造成直接的影響。還有一種直接雷電并不會(huì)對(duì)配電線路造成直接的影響，而是對(duì)配電線路附近的大片區(qū)域的空氣電磁場(chǎng)產(chǎn)生影響，從而產(chǎn)生一定的感應(yīng)過(guò)電壓。在開始雷擊放電時(shí)，雷云和先導(dǎo)通道的電場(chǎng)中會(huì)出現(xiàn)先導(dǎo)放電線路，此時(shí)容易產(chǎn)生靜電感應(yīng)。導(dǎo)線的方向直接決定了也導(dǎo)向方向的電磁場(chǎng)強(qiáng)度分量，為了將導(dǎo)線兩端的正點(diǎn)負(fù)荷變?yōu)槭`電荷，必須先將其吸引到先導(dǎo)通道的一段導(dǎo)線上，然后在此變?yōu)槭`電荷[1]。但是在這個(gè)過(guò)程中，如果架空配電線路具有較低的防雷水平，雷擊電流就會(huì)對(duì)配電線路造成直接的損壞。因此必須采取有效的措施對(duì)配電線路的雷擊斷線和跳閘率進(jìn)行評(píng)估和控制，才能保障配電線路的可靠性和安全性。

2　安裝穿刺型防弧金具和絕緣橫擔(dān)雷擊跳閘率比較

絕緣橫擔(dān) （S-185）、復(fù)合懸式棒形絕緣子 （FXBW6-10/ 70）、FZB復(fù)合絕緣支柱、PS-15瓷絕緣子、P-20瓷絕緣子、P-15瓷絕緣子在10kV架空絕緣線路中應(yīng)用的非常普遍。本文選擇了FXBW6-10/70、S-185、P-15等常用絕緣子進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)，使用1.2/50Ls雷電壓波形。對(duì)以上絕緣子進(jìn)行導(dǎo)線連接的擊穿電壓Ub實(shí)驗(yàn)，以及U50%放電電壓實(shí)驗(yàn)。以實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，計(jì)算不同電流幅值下配電線路65m處的感應(yīng)雷擊跳閘率，具體情況見表1。

通過(guò)計(jì)算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，要提高線路的防雷擊斷線，可以通過(guò)提高其絕緣水平，但是并不能完全避免雷擊斷線。因此應(yīng)該使用更長(zhǎng)的絕緣橫擔(dān)，使線路的絕緣水平得到提高。最小電弧距離又被稱為絕緣長(zhǎng)度，本文在絕緣橫擔(dān)和復(fù)合懸式棒形絕緣子中選取了不同的絕緣長(zhǎng)度，對(duì)其進(jìn)行雷電沖擊實(shí)驗(yàn)，以期獲得合適的絕緣長(zhǎng)度。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可知，復(fù)合絕緣子的最小電弧距離為400mm時(shí)，絕緣導(dǎo)線的絕緣層能夠耐受98.3kV的雷電全部沖擊。此時(shí)能夠?qū)Α?00kA雷電流距線路≥65m線路產(chǎn)生的感應(yīng)過(guò)電壓進(jìn)行有效的降低。在施工時(shí)可能會(huì)損傷導(dǎo)線的絕緣層，導(dǎo)致其難以達(dá)到出廠的絕緣強(qiáng)度，而且導(dǎo)線的絕緣強(qiáng)度，也具有較大的分散性，因此在實(shí)驗(yàn)時(shí)不會(huì)對(duì)導(dǎo)線的絕緣強(qiáng)度進(jìn)行考慮[2]。

表1　不同雷電流幅值下感應(yīng)雷擊跳閘率

通過(guò)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可知，如果雷電流的幅值是100kA，使用S-185的斷線事故率高于400mm絕緣橫擔(dān)。而且絕緣長(zhǎng)度為400mm的絕緣橫擔(dān)本身具有較強(qiáng)的雷電沖擊耐受電壓，通過(guò)對(duì)絕緣導(dǎo)線進(jìn)行連接，也能夠保持一定的絕緣水平，使架空絕緣線路對(duì)感應(yīng)過(guò)電壓的耐受能力增強(qiáng)，減少了雷電危害。但是如果采用穿刺型防弧金具進(jìn)行安裝，又會(huì)提高跳閘率。加之絕緣導(dǎo)線芯線和穿刺型防弧金具之間的連接，會(huì)使絕緣層破損損傷，絕緣導(dǎo)線的芯線和絕緣層，很容易造成斷線。

根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，與不安裝防護(hù)措施相比，安裝穿刺型防弧金具的線路具有更高的雷擊跳閘率，安裝絕緣橫擔(dān)的線路則雷擊跳閘率相對(duì)較低。穿刺型防弧金具能夠提供60～70%的絕緣子擊穿電壓幅值，作為放電間隙擊穿電壓幅值，也就是采用穿刺型防弧金具要防止雷擊斷線，就必須提高雷擊跳閘率。而使用絕緣橫擔(dān)則可以同時(shí)降低雷擊跳閘率和雷擊斷線率，具有更高的優(yōu)越性和適應(yīng)性。

3　使用外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器

3.1外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器的工作原理

圖1為外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器的電路原理圖。其中MOA是氧化鋅避雷器，R2是絕緣子，C是串聯(lián)空氣間隙、R1絕緣導(dǎo)線絕緣層。

圖1　外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器原理圖

外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器主要包括支撐橫擔(dān)、氧化鋅避雷器本體、引弧金具，為了使操作過(guò)電壓和工頻電壓對(duì)避雷器的作用減少，引弧金具和導(dǎo)線之間會(huì)形成串聯(lián)空氣間隙，對(duì)延長(zhǎng)外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器的使用壽命有一定的作用。一般情況下，10kV線路中并沒(méi)有設(shè)置接地網(wǎng)，而是使用自然接地，此時(shí)低壓端存在對(duì)水泥桿的對(duì)地阻抗?；炷翝駶?rùn)時(shí)電阻較低，干燥時(shí)電阻較高。因此雷雨天氣會(huì)產(chǎn)生較大的電阻。與此同時(shí)，如果導(dǎo)線上出現(xiàn)了感應(yīng)過(guò)電壓絕緣子的U50%高于外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器的擊穿電壓，因此先動(dòng)作的是外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器，絕緣子的U50%高于外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器動(dòng)作之后產(chǎn)生的殘壓，能夠?qū)^緣子閃絡(luò)進(jìn)行避免[3]。

3.2外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器的動(dòng)作特性

針對(duì)10kV配電線路的外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器，對(duì)其進(jìn)行動(dòng)作特性試驗(yàn)，并使用攝影儀對(duì)實(shí)驗(yàn)放電現(xiàn)象進(jìn)行拍攝，拍攝結(jié)果如圖2。

圖2

沒(méi)有安裝外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器的配電線路會(huì)受到雷電沖擊電壓的作用，出現(xiàn)絕緣子閃絡(luò)。而安裝外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器之后，通過(guò)外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器的作用，10kV配電線路沒(méi)有受到損壞。在雷電沖擊電壓的作用下對(duì)外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器進(jìn)行安裝之后的放點(diǎn)現(xiàn)象為R3。外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器能夠起到良好的保護(hù)作用。如果增加R3，隨著阻值的增加，對(duì)外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器的動(dòng)作特性增加進(jìn)行檢驗(yàn)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，當(dāng)R3為20Ω時(shí)，電阻兩端的放電會(huì)降低其等效電阻，從而降低殘壓值和電壓峰值。當(dāng)R3為30Ω時(shí)，會(huì)出現(xiàn)兩個(gè)電阻的串聯(lián)放電，從而降低了殘壓值和沖擊電壓峰值。當(dāng)R3為30MΩ時(shí)，由于外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器動(dòng)作，絕緣子的鋼腳處會(huì)出現(xiàn)放電顯效。此時(shí)在保護(hù)器的動(dòng)作下，電阻會(huì)出現(xiàn)高阻抗。因此如果串聯(lián)的空氣間隙會(huì)被雷電沖擊電壓擊穿，抬高外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器高壓端的電壓，高于串聯(lián)電阻絕緣強(qiáng)度，從而出現(xiàn)沿面閃絡(luò)。由于降低了阻值，盡管增加了沖擊電壓峰值，但是仍然降低了殘壓值[4]。

4　合理應(yīng)用架空避雷線

空避雷線。

5　結(jié)語(yǔ)

10kV架空絕緣線路最突出的缺點(diǎn)是雷擊斷線問(wèn)題，在研究架空絕緣線路雷擊斷線防護(hù)措施時(shí)，要建立科學(xué)的防雷理念，以降低雷擊斷線事故率為主要目的。防雷保護(hù)應(yīng)因地制宜、輕重有別，實(shí)現(xiàn)差異化；防雷保護(hù)應(yīng)追求技術(shù)效果與經(jīng)濟(jì)成本的優(yōu)化配置，充分利用防護(hù)裝置的性能特點(diǎn)，科學(xué)地選用疏導(dǎo)式裝置或堵塞式裝置。架空絕緣線路雷擊斷線防護(hù)應(yīng)本著以下原則；

（1）在變電站的近區(qū)線路段上宜采用堵塞式保護(hù)方法，防護(hù)裝置應(yīng)使用帶外串聯(lián)間隙金屬氧化避雷器。

（2）架設(shè)在雷電活動(dòng)比較強(qiáng)烈的地區(qū)或者向重要負(fù)荷供電的線路，防護(hù)裝置宜使用帶外串聯(lián)間隙金屬氧化避雷器。

（3）新建線路如處于雷電活動(dòng)強(qiáng)烈地區(qū)，可考慮配合帶外串聯(lián)間隙避雷器，優(yōu)先選用敷設(shè)避雷線。

（4）其它線路段，考慮經(jīng)濟(jì)成本因素，可采用疏導(dǎo)式防護(hù)裝置，優(yōu)先選用剝線型放電箝位絕緣子或穿刺型防弧金具。

（5）對(duì)可能發(fā)生雷害事故的線路段，特別是城鄉(xiāng)結(jié)合部、人口密集區(qū)域、多雷區(qū)域，防護(hù)裝置應(yīng)逐桿逐相安裝。

疏導(dǎo)式方法實(shí)施簡(jiǎn)單，成本較低，能防止雷擊斷線，提高線路重合率，缺點(diǎn)是不能降低線路的雷擊跳閘率。堵塞式方法可以降低線路雷擊跳閘率、阻止線路產(chǎn)生工頻續(xù)流電弧，防雷擊斷線的綜合效果更好，缺點(diǎn)是實(shí)施相對(duì)復(fù)雜，成本較高。以上兩種不同防護(hù)方法各有優(yōu)勢(shì)，也存在一定的局限性，需要運(yùn)維人員和工程技術(shù)人員綜合考慮各種因素，做出最合理的選擇。

[1]張 鑫，鄧 鵬，徐 鵬，雷鋒瑞，陳 智.10kV架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線原因機(jī)理分析及防護(hù)措施[J].電瓷避雷器，2012（01）.

[2]周永生，李 龍.如何做好架空配電線路的防雷預(yù)防工作[J].科技創(chuàng)新導(dǎo)報(bào)，2014（26）.

[3]向大國(guó).架空配電線路故障與防雷探討[J].科技創(chuàng)新與應(yīng)用，2013（23）.

[4]劉 靖，劉明光，屈志堅(jiān)，劉 鐵.不同地形條件下架空配電線路的防雷分析[J].高電壓技術(shù)，2011（04）.

作為一種比較傳統(tǒng)的防雷擊斷線措施，架空避雷線的應(yīng)用非常普遍。架空避雷線的作用在于對(duì)架空絕緣線路進(jìn)行保護(hù)，避免其受到雷擊的損壞。架空避雷線會(huì)受到線路運(yùn)行和環(huán)境的影響，防雷效果并不理想，但是由于其具有安裝便利、初期投資少、無(wú)需維護(hù)的特點(diǎn)，仍然具有一定的應(yīng)用價(jià)值。因此，應(yīng)充分考慮配電線路的運(yùn)行及環(huán)境要求，合理地選擇應(yīng)用架

TM755

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2095-2066（2016）31-0028-02

2016-10-23