10KV絕緣導(dǎo)線的雷擊斷線故障及防范措施

李保華　霍曉艷　陳國雄

摘 要：伴隨著電網(wǎng)的發(fā)展，城鄉(xiāng)用電緊張和電力廊道樹線的矛盾不斷加深，并且隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，對配電網(wǎng)的供電可靠性要求越來越高。架空絕緣導(dǎo)線相比電纜具有造價(jià)低廉、絕緣性能好、適用于原桿塔廊道、改造便捷等優(yōu)點(diǎn)，自20世紀(jì)90年代以來在配電網(wǎng)中普遍應(yīng)用。文章簡要分析了10 ?kV絕緣導(dǎo)線雷擊斷線故障發(fā)生的原因，并提出相應(yīng)的預(yù)防措施。

關(guān)鍵詞：絕緣導(dǎo)線;雷擊斷線;措施

某地電力公司（以下簡稱公司）運(yùn)行維護(hù)的10 kV線路有298條，線路總長5 600 km，其中，絕緣導(dǎo)線長度為2 500 km，絕緣化率為44.6%。2019年，發(fā)生雷擊斷線故障3次，修復(fù)時(shí)間長，給電力用戶造成較大影響、給經(jīng)濟(jì)帶來較大損失，對此，應(yīng)該引起高度重視，并及時(shí)采取措施，防范此類故障的重復(fù)發(fā)生。

1 ? ?10 kV架空絕緣導(dǎo)線雷擊現(xiàn)狀

經(jīng)過現(xiàn)場調(diào)查，發(fā)生雷擊斷線的線路均是絕緣導(dǎo)線。10 kV裸導(dǎo)線沒有發(fā)現(xiàn)雷擊斷線故障，10 kV架空絕緣導(dǎo)線頻發(fā)雷擊斷線故障的原因分析如下。

公司所處西北地域，當(dāng)?shù)啬昶骄妆┤?0 d，與國內(nèi)南方地區(qū)80 d雷暴日有極大差距。西北延用慣例10 kV線路，一般不做防雷設(shè)施設(shè)計(jì)，只在10 kV線路變電站站端和配電變壓器側(cè)裝設(shè)避雷器。近年來，隨著線路絕緣化率的逐步提高，其他類型故障跳閘下降，發(fā)生雷擊斷線跳閘故障愈發(fā)顯得突出。每年每100 km線路落雷次數(shù)N：

N=r×10 h×100×T/1 000=0.01×120×100×10/1 000= 1.2 [次/（年·100 km）]

落雷密度r按常規(guī)取0.01，桿塔平均高度h取12 m，年平均雷暴日T取10。

公司區(qū)域內(nèi)10 kV架空絕緣導(dǎo)線理論雷擊次數(shù)2 700/100× 1.2=32.4（次）

由于10 kV架空絕緣線路為居民及工商業(yè)區(qū)供電，線路廊道80%延著綠化區(qū)和建筑物附近架設(shè)，建筑物及樹木有引雷作用，按照20%的概率來算，每年可能發(fā)生6次雷擊導(dǎo)線。

按照上述的理論計(jì)算，公司10 kV架空絕緣導(dǎo)線，在不采取防雷措施的情況下，發(fā)生3次雷擊斷線是必然的事情。

2 ? ?10 kV架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線的原因

根據(jù)靜電學(xué)原理，導(dǎo)體和絕緣體對電荷的移動能力是不同的，絕緣體表面產(chǎn)生靜電核后，不能顯著地向其他部分傳遞，而裸導(dǎo)體能把電荷迅速傳遞到其他各部分。

當(dāng)雷云到架空絕緣導(dǎo)線上空時(shí)，感應(yīng)電荷集中在絕緣層的內(nèi)層表面，由于絕緣層電阻極大，電荷不易中和，當(dāng)絕緣層上的電荷集聚到一定電量時(shí)，在雷云的作用下，正負(fù)電荷間放電，正負(fù)電荷中和瞬時(shí)產(chǎn)生的熱量把架空絕緣導(dǎo)線絕緣層擊穿，產(chǎn)生對地的雷電弧，交流電源產(chǎn)生續(xù)流源，持續(xù)拉弧，直到燒斷架空絕緣導(dǎo)線。從現(xiàn)場故障看，擊穿點(diǎn)通常在金屬橫擔(dān)附近，因?yàn)榇宋恢秒娀Φ鼐嚯x較近，相對絕緣最薄弱。

當(dāng)雷云出現(xiàn)在架空裸線上空時(shí)，感應(yīng)電荷在導(dǎo)線上分布是均勻的，更容易產(chǎn)生中和，降低了能量。正負(fù)電荷的中和也不是集中在一點(diǎn)，因此，裸導(dǎo)線很少發(fā)生雷擊斷線。

3 ? ?10 kV架空線路的防雷擊的基本原則及10 kV架空絕緣導(dǎo)線雷擊的預(yù)防措施

按照過電壓保護(hù)規(guī)程的規(guī)定，在年平均雷暴日少于15天的區(qū)域，除了采用自動重合閘外，經(jīng)過具體論證后線路可以不裝設(shè)避雷線。對于環(huán)裝運(yùn)行或雙回運(yùn)行的線路，按照負(fù)荷性質(zhì)，可以簡化防雷保護(hù)要求。由此可見，西北區(qū)域年平均雷暴日10天，配電線路可以不設(shè)避雷線和簡化防雷保護(hù)要求，是規(guī)程允許的，這也導(dǎo)致了10 kV架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線故障的頻發(fā)。

4 ? ?10 kV架空絕緣導(dǎo)線防雷擊的措施

（1）架設(shè)架空避雷線。利用架空避雷線保護(hù)線路避免雷擊是一種傳統(tǒng)、有效的做法，防雷擊效果好，日常維護(hù)少，但投資成本較高，不適于大面積防雷擊。

（2）安裝過電壓保護(hù)器。一般采用線路加裝氧化鋅避雷器，限制雷電過電壓和感應(yīng)過電壓，截?cái)喙ゎl續(xù)流，是線路避雷的有效做法，其防雷擊效果較好，但投資成本較高，需要每級桿塔裝設(shè)，避雷器長期承受工頻電壓，容易老化接地，接地故障不易查找，日常維護(hù)成本高，不適于大面積采用。

（3）安裝保護(hù)間隙.使用鉗位絕緣子或間隙橫擔(dān)，是近期新采用的一種線路防雷技術(shù)方案。在絕緣子或橫擔(dān)上加裝間隙，當(dāng)雷電閃絡(luò)時(shí)，引發(fā)的工頻續(xù)流在間隙間燃弧，線路保護(hù)動作跳閘然后重合，起到切斷故障，保護(hù)導(dǎo)線作用，當(dāng)間隙放電時(shí)，電弧容易將周邊的絕緣子傘裙燒蝕損壞，需要及時(shí)更換，不適合頻繁雷擊場所使用。

（4）更換玻璃鋼絕緣橫擔(dān)。采用玻璃鋼絕緣橫擔(dān)，提高10 kV線路的絕緣水平，降低雷擊閃絡(luò)率，提高線路的耐雷水平，減低線路的起弧率，避免雷擊斷線故障的發(fā)生，但其投資高、改造難度大，不適于大面積采用。

5 ? ?結(jié)語

10 kV架空絕緣導(dǎo)線的防雷措施需要因地制宜，根據(jù)供用電單位的實(shí)際情況，所在區(qū)域的雷電強(qiáng)度、線路途經(jīng)的地形地貌、線路負(fù)荷性質(zhì)以及運(yùn)行方式綜合做出方案選擇，既要考慮保證線路安全運(yùn)行的安全性，又要考慮采取措施改造線路的經(jīng)濟(jì)性和日常運(yùn)維的工作便利。筆者所在地區(qū)年平均雷暴日較少、地域?qū)拸V，10 kV架空絕緣導(dǎo)線以前沒有采取防雷措施，大面積加裝防雷擊措施既不經(jīng)濟(jì)，也不科學(xué)。可以先針對已經(jīng)發(fā)生雷擊線路的雷擊斷線點(diǎn)采取防雷措施，在技術(shù)方案的選用上，建議采用間隙氧化鋅避雷器的技術(shù)方案。正常運(yùn)行時(shí)間隙隔離工頻電流，雷擊時(shí)限制雷電過電壓，既保護(hù)了線路，避免了雷擊的危害，又減少了日常維護(hù)的困難。在新建10 kV架空絕緣線路時(shí)，根據(jù)線路路徑的周邊環(huán)境和桿型，特別是空曠地帶20 m以上的鋼管塔，設(shè)計(jì)加裝間隙氧化鋅避雷器，改善防雷設(shè)計(jì)不足的問題。

[參考文獻(xiàn)]

[1]王明邦，王常余，王哲斐.架空配電線路防雷設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].北京：中國電力出版社，2012.