城市配電線路絕緣化和防雷措施研究

摘要：近年來，城市配電線路絕緣化已經成為配電線路的發展趨勢，但因為配電線路時常遭遇雷擊斷線事故，所以必須采取防雷措施對其加以防范，以此進一步提高城市配電線路的安全運行水平。

關鍵詞：城市供電；配電線路；絕緣化；防雷措施

作者簡介：張全立（1973-），男，安徽肥東人，國網安徽肥東縣供電公司，助理工程師。（安徽 合肥 231600）

中圖分類號：TM726 文獻標識碼：A 文章編號：1007-0079（2014）15-0262-02

城市配電線路絕緣化與配電線路裸線相比有著如下優勢：首先，可以大幅度減少由于外力如雷擊事故導致的線路導線碰撞、線路短接、絕緣子發生故障或線樹矛盾引發的停電事故，有效增強供電線路的正常運營效率[1]；其次，大幅減少由于誤撞帶電導線引發的人身安全事故；再次，降低配電線路與建筑物間的距離，使占用空間明顯縮??；最后，盡可能使配電線路的架空配電裝置及設備小型化，在節省材料的同時減少了施工人員的工作難度與強度，有效提高了維修工作質量?；谝陨蟽烖c，國外在1950年就開始研究、使用架空絕緣束線，用這種架空絕緣束線替換了原來的架空裸導線，有效降低了配電線路的故障率，并取得巨大的經濟效益。

一、雷擊城市配電線路絕緣線斷線的事故分析

1.國內外雷擊城市配電線路絕緣線斷線的事故概述

我國從1980年著手進行了先進成熟的架空絕緣線的研究并試行，在一些大型工程如9511工程（20世紀90年代初開展的電力建設工程）及9950工程（首都電網建設）中開始大量選取了這種輻照交聯聚乙烯的架空絕緣線。在這兩項工程的配網工作實施過程中，因為絕大多數工作是把原來線路上的架空裸導線換下后換成架空絕緣線，但對應的防雷措施并沒有更新。原來裸導線線路的防雷措施是在線路的開關、線路變壓器及線路出線電纜頭等位置安裝避雷器防雷，由于沒有更新架空絕緣線的防雷措施，1998年配電線路共計遭遇了14起雷擊而引發斷線事故。目前城市配電線路上均普遍使用絕緣導線。可以說，我國的配電電網線路絕緣化技術已經相當成熟。

國外在剛剛研究并試用架空絕緣線架設時，因為未能及時選取更恰當的防雷措施也發生過多起雷擊配電線路絕緣線事故。如日本從1969年到1971年間共發生了中壓配電絕緣線事故1300次，由于雷擊而發生的斷線事故達到475次。而這三年間的裸線中壓配電事故則達到8000多次，其中由于雷擊而發生的斷線事故為539次。從數據可以看出，架空裸線被架空絕緣線替代后，發生故障次數大大減少。無論是架空裸線，還是架空絕緣線，雷擊斷線均是導致架空線路發生事故的重要原因。

2.雷擊城市配電線路絕緣線斷線的事故分析

城市架空配電線路有兩種過電壓，分別是內部過電壓和大氣過電壓。內部過電壓是按照GB14049-93 額定電壓10kV、35kV 架空絕緣電纜所需要的技術條件，選用10kV交聯聚乙烯絕緣線，屬于薄絕緣結構的架空絕緣線。所能承受的沖擊電壓水平是75kV，只要將內部過電壓控制在75kV之內就不會對10kV交聯聚乙烯絕緣線造成損害[2]；大氣過電壓則是指當雷擊架空裸導線的時候，電磁點憑借電磁力產生作用而沿著整個導線快速移動，使得雷電流通過開關與變壓器等不同設備安裝的避雷器導入地面?；蛘咴诠ゎl電流（一般的市電頻率）燒斷架空裸導線前引發配電線路的斷路器跳閘，因此斷線事故并不時常發生。

但是當雷擊城市配電線路的架空絕緣線時，架空絕緣線的絕緣層就會對移動的電弧產生阻礙，導致電弧移動速度變得緩慢，工頻電弧多是集中于架空絕緣線絕緣層對應的破壞點，因為直擊雷（帶電云層和大地的某點發生的迅猛放電現象，通常會對城市建筑物及建筑物的內電子設備及人員造成傷害）或感應雷（靜電感應雷和電磁感應雷）而使得架空絕緣線的絕緣層遭受損壞，它的電弧電流會導致相間短路。由于架空絕緣線的電弧部位是固定不動的，因此它比架空裸導線更容易雷擊燒斷，即架空絕緣線比架空裸導線的熔斷時間要短，這也是架空絕緣線在發生雷擊時經常斷線且端頭平滑整齊的原因。[3]

絕緣線對應的特性范圍和絕緣電線種類、絕緣電線張力、絕緣電線所處的氣象條件及絕緣電線電弧的產生方法密切相關。天氣因素通常會影響絕緣電線電弧的持續時間，建弧以后通常持續的時間為0.2～0.6秒，這樣的持續時間比較常見。因為城市配電線路設備的耐電壓水平通常較低，因此落雷建弧率（沖擊閃絡轉為穩定工頻電弧的概率）相對較高。當閃絡回路被加載了相電壓時，會使得電流流過的區域發生接地短路，對于部分城市配電線路的不接地系統而言，由于接地電流不大，通常不會造成斷線。而城市配電線路也能夠馬上恢復對接地側金屬附件的絕緣。對于中性點經小電阻接地系統而言，由于接地電流比較高，所以很容易發生燒斷線事故。若是雷擊閃絡回路發生在兩相變壓器或三相變壓器之間，則工頻電弧電流會達到數千安培，并集中于架空絕緣線絕緣層的破壞點上，進而將導線熔斷，斷路器跳閘。

二、城市配電線路絕緣化的防雷措施

下面就城市配電線路絕緣化的防雷措施進行分析：

1.架空絕緣線的同桿直接架設架空避雷線或屏蔽線

架空絕緣線的同桿直接架設架空避雷線或屏蔽線的方法投資大、耗費多，屬于一種傳統的防雷措施，性價比較低。因為城市配電線路的絕緣水平普遍不太高，使得當雷擊架空絕緣線的同桿直接架設架空避雷線或屏蔽線后極易導致反擊閃絡，這樣會引起工頻續流建弧而熔斷架空避雷線或屏蔽線。所以針對35kV以下的城市配電線路通常不架設整條線路的避雷線或屏蔽線。[4]

2.提高絕緣子的兩側導線局部絕緣力度

雷擊城市配電線路絕緣線發生以后，可以適當延長工頻干弧的強度與閃絡路徑，進而減少了工頻干弧續流變成穩定工頻電弧的概率。前文已述，天氣條件與環境條件會影響城市配電線路的架空絕緣層，造成架空絕緣線的絕緣值快速下滑。并且由于目前城市配電線路的絕緣水平普遍不高，通常只能承擔小幅（20kV范圍）內的雷電沖擊。而感應雷產生的過電壓可以高達50kV。即使是城市配電線路絕緣化的絕緣強度提升至35kV配電線路的絕緣等級也會在感應雷擊下發生絕緣層被擊穿現象。說明這種方法只能防止20kV的城市配電線路絕緣線遭受雷擊。此外，還有一種方法就是選取絕緣橫擔提升絕緣子的兩側導線局部絕緣力度，現行的絕緣橫擔多是選取樹脂玻纖制作，它的內部中空用泡沫塑料將其填滿，所以在長期城市配電線路絕緣化的使用與運行中會產生因潮濕而影響絕緣特性等問題，因此這一方法雖然也可能在一定程度上降低城市配電線路絕緣化的斷線概率，但不能從根本上避免城市配電線路絕緣化受到雷擊。

3.“分流”和散熱

把絕緣子周圍的導線絕緣層完全剝開，在剝離部分安放特制的金屬件，使工頻電弧固定在特制金屬件上燃燒或將弧根轉移，能夠大面積增加城市配電線路架空絕緣線的散熱面，進而避免“針孔效應”發生，并且可以避免發生因雷擊而燒斷電線的情況。如近年來芬蘭采用了在絕緣子與架空絕緣導線的連接處剝離絕緣層的方法，選取閃絡保護型的線夾；瑞典與美國等兩個國家把絕緣子兩邊的絕緣導線部分剝離絕緣層，并同時安裝閃絡防弧線夾。這些方法對第一種斷線形式是有一定用處的。

4.其他防雷措施

其他針對城市配電線路絕緣化的防雷措施如下：一是可以根據一定的間距在裝置桿設置避雷器，通常以間隔150米為最佳。在部分多雷的城市區域可以多安裝避免雷擊，每一個桿設置一組避雷器，從而提高避雷效果，降低雷擊斷線事故的發生率；二是可以適當延長閃絡路徑，經由延長城市配電線路的閃絡路徑可以使得電弧極易熄滅，并且在局部提升了絕緣厚度，進一步提升防雷效果。[5]

三、結語

本文通過有效分析國內外城市電線路絕緣化的架空裸線替換為架空絕緣線以后發生的雷擊斷線事故，針對目前城市配電線路絕緣化提出了科學的防雷措施。城市配電線路絕緣化的防雷措施受到所在區域的天氣、自然及環境等情況影響，針對不同的雷擊事故發生的特點及薄弱環節，選用切實可行的防雷設計方案和質量合格、性能可靠的防雷設備以便更好地防止雷擊事故發生。簡單來說，根據城市配電線路絕緣化的實際情況有針對性地提出切實有效的防雷措施具有非常重要的意義。

參考文獻：

[1]陳云林，葛維標.配電線路防雷措施研究與總結[A].中國電機工程學會變電專業委員會2012輸變電年會論文集[C].2012：7.

[2]閆文奕.配電線路防雷措施研究及新型線路避雷器的運用[J].電瓷避雷器，2012，（6）：76-80.

[3]吳燕燕，徐秀峰.10kV架空絕緣導線的應用與防雷措施初探[J].電源技術應用，2012，（12）：221-222.

[4]王化山.配電線路絕緣導線的防雷措施及分析[J].安徽電力，

2010，（1）：6-8，60.

[5]陳占輝，高飛，呂強.架空絕緣配電線路防雷措施的探討[J].農村電氣化，2008，（S1）：225-227.

（責任編輯：王祝萍）