一起10kV絕緣導線雷擊斷線故障的分析與探索

王和+徐誠

摘 要：在近些年的10kV配網(wǎng)改造工程中，架空絕緣線因其易施工、絕緣性好、緩解樹線矛盾等優(yōu)點，獲得供電部門一致青睞。但隨著其大規(guī)模使用，其與架空裸導線相比明顯提高了線故障發(fā)生率，影響了電網(wǎng)的可靠運行，一直困擾著基層供電部門。本文從分析一起發(fā)生在架設有避雷線的10kV架空絕緣線三相雷擊斷線故障出發(fā)，闡述配網(wǎng)絕緣線防雷現(xiàn)有技術和新技術，總結各種避雷措施的優(yōu)缺點，提出避雷線在配網(wǎng)絕緣線防雷工作中并非優(yōu)選，無間隙氧化鋅避雷器需加強維護，絕緣線防雷過電壓保護器合理安裝方式等建議。

關鍵詞：架空絕緣線；反擊閃絡；氧化鋅避雷器；避雷線

中圖分類號： TM862 文獻標識碼： B 文章編號： 1673-1069（2016）36-166-2

1 故障線路現(xiàn)場情況

1.1 線路運行情況

本次故障線路為110kV某供變10kV某長線，主線為純架空線路，主線路導線由JKLYJ-240絕緣導線和JYLYJ-185絕緣導線構成。該線路為110kV某供變的配套新線路，2012年8月1日正式投運，主線1#鋼塔至26#鋼塔架設有架空避雷線，經(jīng)現(xiàn)場測量避雷線保護角為16°左右，桿塔接地電阻均為5歐姆左右，基本符合相關要求，沿線支接令克、電纜處、變壓器、開關處均設有氧化鋅避雷器，線路總長度13.058km，包括分路線路均由絕緣線與電纜構成。

1.2 故障發(fā)生情況

2016年4月某日08時02分，某供電局調度報供電所某長線失去負荷。08時15分，轄區(qū)供電所搶修隊到達故障現(xiàn)場對線路進行巡視時，發(fā)現(xiàn)該線路出線側1#桿與出線開關連接的三相絕緣導線全斷，再組織人員對全線巡視，并未發(fā)現(xiàn)其他異常。08時45分，搶修隊員與調度聯(lián)系，經(jīng)變電站操作母線停役后，進行登桿進行檢查，發(fā)現(xiàn)斷線點三相絕緣導線端口齊整，均為熔斷；該線路1#桿出線開關三相絕緣子均有燒傷痕跡。09時47分，經(jīng)調度許可，事故處理小組進行了開關更換操作。10時52分，開關更換完畢送電后，經(jīng)調度確認，線路恢復正常運行。

1.3 故障初步分析

據(jù)該地區(qū)搶修隊員描述，故障發(fā)生為某日上午8時，前日夜8時至深夜2時，該地區(qū)為雷雨天氣，雷雨天氣時，該故障線路并無失電現(xiàn)象發(fā)生，雷雨結束后直至故障發(fā)生前，查閱調度系統(tǒng)中該線路數(shù)據(jù)曲線，也并無異?，F(xiàn)象。

因該故障點位于變電站與一處四層高廠房之間，周圍還有部分樹木圍繞，推測由于樹木與建筑物的屏蔽作用，該故障發(fā)生并非由直擊雷或者繞擊雷引起，而是由前夜雷雨天氣時，感應雷造成故障點開關絕緣子閃絡，閃絡電弧由于絕緣線絕緣層屏蔽的原因無法移動，熱量集中在連接處持續(xù)作用，導致三相導線熔斷。

2 雷擊斷線故障分析

當雷直擊架空導線或落在導線附近時，直擊雷或感應雷過電壓作用于導線，若該電壓超出線路的耐雷水平，將導致線路發(fā)生沖擊閃絡。但是雷擊過電壓持續(xù)時間極短，通常情況下只有幾十微秒，此時若閃絡電弧熄滅，則線路絕緣得以恢復，不會擴大影響，但現(xiàn)實中在閃絡發(fā)生后，由于10kV線路的絕緣水平不高，弧道內由于游離電子的存在，通常情況下會在工頻電壓作用下持續(xù)流過一定時間的短路電流，即所謂工頻續(xù)流。工頻續(xù)流產(chǎn)生的電弧產(chǎn)生較高的溫度，電弧溫度最高的弧根對導線損傷的影響最大。

當該現(xiàn)象發(fā)生在裸導線時，在短路的電磁力的作用下，電弧的弧根會隨整個電弧向非電源側移動，弧根的移動使得閃絡電弧不會集中燒傷對應的導線，所以裸導線不容易造成斷線故障。

而當該現(xiàn)象發(fā)生在絕緣導線時，雷電和雷電造成的過電壓所產(chǎn)生的瞬時大電流會對絕緣導線的絕緣層造成空洞，雖然不會立即引起斷線現(xiàn)象，但是由于兩相和三相閃絡作用產(chǎn)生的由于雷擊閃絡而導致的短路中產(chǎn)生很強的工頻電流，造成整個電路中電弧的能量提升，而該電弧受架空絕緣導線的絕緣層影響，又不能發(fā)生有效的移動，繼而弧根會在電弧出現(xiàn)的這個點上會產(chǎn)生高溫而燃燒，導致絕緣線斷線。這也解釋了為什么絕緣線斷線經(jīng)常會以兩相甚至三相齊斷的情況。

3 架空絕緣線防雷措施

3.1 目前普遍采取的防雷措施及不足

目前針對配電網(wǎng)絕緣線所廣泛采用的防雷措施主要有安裝無間隙氧化鋅避雷器、架設避雷線、使用防雷絕緣子。

3.1.1 無間隙氧化鋅避雷器的使用

使用無間隙氧化鋅避雷器是目前普遍采用的防雷措施，它能有效限制雷電過電壓，在閃絡后吸收放電能量。但是由于其安裝時需破開絕緣層，易造成絕緣導線線芯進水，形成電化學腐蝕導線，并且長期承受工頻電壓的作用，加速氧化鋅閥片老化，如若損壞，將導致線路接地，所以需要定期維護，且維護成本較高。

3.1.2 避雷線在架空絕緣線路防雷中的應用

避雷線的引雷特性保護線路免于受直擊雷的影響；耦合作用降低了絕緣子所受電壓；屏蔽作用又降低了導線上的感應過電壓，使得其在輸電線路防雷工作中受到廣泛青睞。但是在絕緣化水平普遍不高的配網(wǎng)線路中，架空避雷線反而容易造成反擊閃絡，引起工頻續(xù)流燒斷絕緣導線，加上其較高的施工成本，故目前國內外基本很少采用。

3.1.3 防雷絕緣子的采用

防雷絕緣子作為疏導型防雷設備，具有預防雷擊斷線，改變絕緣子閃絡路徑，安裝方便等優(yōu)點，但是需斷路器配合才能截斷工頻續(xù)流，使得線路雷擊跳閘率較高，影響供電可靠性和電能質量，同時其安裝時也需穿刺絕緣層，同樣會引起絕緣導線線芯進水及電化學腐蝕，對導線造成損傷。

3.2 新興架空絕緣線防雷措施及優(yōu)缺點

目前國內外的新興配網(wǎng)絕緣線防雷措施主要有有防雷過電壓保護器和防弧金具兩種：①防雷過電壓保護器。近年來，防雷過電壓保護器在國內外配網(wǎng)絕緣線防雷工作中越來越受到重視，其結構相當于帶有串聯(lián)間隙的氧化鋅避雷器與絕緣線路并聯(lián)，當架空絕緣線受雷擊影響產(chǎn)生過電壓時，串聯(lián)間隙被擊穿，通過泄流元件釋放能量，從而限制了雷電過電壓，氧化鋅閥片及時又截斷了工頻續(xù)流，使得絕緣子不發(fā)生閃絡。同時，該設備安裝時無須破壞線路絕緣層，外部間隙也保證了設備在正常運行時免于遭受工頻電壓影響，間接延長設備使用壽命，并且損壞時也不會導致線路接地故障，基本可以免于維護。在日本近些年的大量實踐過程中，發(fā)現(xiàn)安裝該設備后，線路與感應過電壓與該設備的安裝密度有關，當安裝密度越大，線路感應過電壓值就越低，從保護性和經(jīng)濟型綜合考慮，最優(yōu)化的安裝密度為每隔一基桿塔敷設一組該保護器裝置，此時過電壓保護器的防雷效果最佳。②防弧金具。除防雷過電壓保護器外，根據(jù)電弧燃燒的特點研制出的防弧金具也是近期絕緣線防雷工作的重要組成部分，目前主要分穿刺型和非穿刺型防弧金具兩種。它的保護原理主要是定位雷電沖擊放電路徑，疏導工頻續(xù)流弧根，“犧牲”自己從而保護導線免于燒傷。但是它的缺點是安裝上煩瑣，放電電壓不易控制，加上保護原理決定了它屬于消耗品，需定期進行維護操作，使用上并不方便，從實際工作角度，本文并不推薦使用該類設備。

4 絕緣線防雷合理化建議

4.1 避雷線在配電線路防雷工作中并非優(yōu)選

避雷線在輸電線路中的防雷效果顯而易見，但當其應用在絕緣化水平普遍不高的配電線路時，結合本次故障案例中避雷線的表現(xiàn)，雷擊避雷線后造成的反擊閃絡易于引發(fā)工頻續(xù)流熔斷絕緣導線的情況，加上其昂貴的施工成本，可見應用避雷線路作為配電線路防雷主要措施并不是優(yōu)選，據(jù)悉國外也已很少采用。

4.2 無間隙氧化鋅避雷器需定期維護

目前普遍應用于絕緣線導線的無間隙氧化鋅避雷器因其優(yōu)異的防雷特性受到供電部門的廣泛青睞。但是其安裝過程中易于對導線造成損傷，工作中承受的工頻電壓易于使其氧化鋅閥片損壞，且損壞后容易導致線路接地故障等問題，這就要求供電部門定期對安裝有氧化鋅避雷器的線路進行維護，而目前大量的基層供電部門對于氧化鋅避雷器的維護工作并未引起足夠重視，對于線路的可靠性是個嚴峻考驗。

4.3 絕緣線過電壓保護器應隔基安裝

絕緣線過電壓保護器因其免維護、使用壽命長、可自行截斷工頻續(xù)流等優(yōu)點將會成為將來的配網(wǎng)絕緣線防雷的主流措施，但是其安裝密度與其防雷的效果有較大的聯(lián)系，經(jīng)國外的實踐經(jīng)驗每隔一基桿塔敷設一組是最優(yōu)化的配置，同時在線路開路的末端桿塔處同步安裝一組，以防線路開路末端桿塔的絕緣子發(fā)生全電壓反射導致線路絕緣子閃絡。

5 結束語

隨著電網(wǎng)建設中絕緣導線的持續(xù)推廣，其相較裸導線易于受雷擊斷線的問題會越發(fā)嚴峻。為避免此類問題對電網(wǎng)的影響擴大化，供電部門必須不斷斷實踐各種技術，直至找出經(jīng)濟適用、行之有效的降低絕緣線斷線概率的方法，增強配網(wǎng)線路的防雷能力，以增強供電的可靠性，提高電網(wǎng)運行的穩(wěn)定性，從源頭上減少故障的發(fā)生概率，更好地服務社會。

參 考 文 獻

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