降低配電網(wǎng)架空絕緣線路雷擊斷線和跳閘率的防護措施

秦　林（國網(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措施

秦林（國網(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，而絕緣導線遭受雷擊時往往發(fā)生斷線。一旦發(fā)生跳閘或雷擊斷線會對本地區(qū)供電造成直接的影響，嚴重影響供電可靠性，甚至導致人身事故，必須采取有效的防護措施來避免這一情況的發(fā)生。本文對架空配電線路的防雷水平進行了簡要的介紹，提出了降低配電線路雷擊斷線和跳閘率的具體防護措施。

跳閘率；雷擊斷線；配電線路

引言

雷擊會對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提高配電線路的防雷水平，科學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，要對配電線路的防雷性能進行判斷，必須參照配電線路的防雷水平。在配電線路運行的過程中，感應過電壓、直擊雷過電壓都會對其產(chǎn)生影響。在10kV架空線路的運行過程中如果受到雷擊，就會產(chǎn)生雷擊過電壓。在配電線路上，雷擊過電壓往往會導致高幅值的過電流，從而損壞配電線路，對配電線路運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對配電線路造成直接的影響，而是對配電線路附近的大片區(qū)域的空氣電磁場產(chǎn)生影響，從而產(chǎn)生一定的感應過電壓。在開始雷擊放電時，雷云和先導通道的電場中會出現(xiàn)先導放電線路，此時容易產(chǎn)生靜電感應。導線的方向直接決定了也導向方向的電磁場強度分量，為了將導線兩端的正點負荷變?yōu)槭`電荷，必須先將其吸引到先導通道的一段導線上，然后在此變?yōu)槭`電荷[1]。但是在這個過程中，如果架空配電線路具有較低的防雷水平，雷擊電流就會對配電線路造成直接的損壞。因此必須采取有效的措施對配電線路的雷擊斷線和跳閘率進行評估和控制，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雷擊跳閘率比較

絕緣橫擔 （S-185）、復合懸式棒形絕緣子 （FXBW6-10/ 70）、FZB復合絕緣支柱、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等常用絕緣子進行模擬實驗，使用1.2/50Ls雷電壓波形。對以上絕緣子進行導線連接的擊穿電壓Ub實驗，以及U50%放電電壓實驗。以實驗數(shù)據(jù)為基礎，計算不同電流幅值下配電線路65m處的感應雷擊跳閘率，具體情況見表1。

通過計算結(jié)果可以發(fā)現(xiàn)，要提高線路的防雷擊斷線，可以通過提高其絕緣水平，但是并不能完全避免雷擊斷線。因此應該使用更長的絕緣橫擔，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度，本文在絕緣橫擔和復合懸式棒形絕緣子中選取了不同的絕緣長度，對其進行雷電沖擊實驗，以期獲得合適的絕緣長度。通過實驗可知，復合絕緣子的最小電弧距離為400mm時，絕緣導線的絕緣層能夠耐受98.3kV的雷電全部沖擊。此時能夠?qū)Α?00kA雷電流距線路≥65m線路產(chǎn)生的感應過電壓進行有效的降低。在施工時可能會損傷導線的絕緣層，導致其難以達到出廠的絕緣強度，而且導線的絕緣強度，也具有較大的分散性，因此在實驗時不會對導線的絕緣強度進行考慮[2]。

表1　不同雷電流幅值下感應雷擊跳閘率

通過實驗數(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。而且絕緣長度為400mm的絕緣橫擔本身具有較強的雷電沖擊耐受電壓，通過對絕緣導線進行連接，也能夠保持一定的絕緣水平，使架空絕緣線路對感應過電壓的耐受能力增強，減少了雷電危害。但是如果采用穿刺型防弧金具進行安裝，又會提高跳閘率。加之絕緣導線芯線和穿刺型防弧金具之間的連接，會使絕緣層破損損傷，絕緣導線的芯線和絕緣層，很容易造成斷線。

根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn)，與不安裝防護措施相比，安裝穿刺型防弧金具的線路具有更高的雷擊跳閘率，安裝絕緣橫擔的線路則雷擊跳閘率相對較低。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。而使用絕緣橫擔則可以同時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、氧化鋅避雷器本體、引弧金具，為了使操作過電壓和工頻電壓對避雷器的作用減少，引弧金具和導線之間會形成串聯(lián)空氣間隙，對延長外串聯(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線路中并沒有設置接地網(wǎng)，而是使用自然接地，此時低壓端存在對水泥桿的對地阻抗。混凝土濕潤時電阻較低，干燥時電阻較高。因此雷雨天氣會產(chǎn)生較大的電阻。與此同時，如果導線上出現(xiàn)了感應過電壓絕緣子的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作之后產(chǎn)生的殘壓，能夠?qū)^緣子閃絡進行避免[3]。

3.2外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器的動作特性

針對10kV配電線路的外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器，對其進行動作特性試驗，并使用攝影儀對實驗放電現(xiàn)象進行拍攝，拍攝結(jié)果如圖2。

圖2

沒有安裝外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器的配電線路會受到雷電沖擊電壓的作用，出現(xiàn)絕緣子閃絡。而安裝外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器之后，通過外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器的作用，10kV配電線路沒有受到損壞。在雷電沖擊電壓的作用下對外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器進行安裝之后的放點現(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作用。如果增加R3，隨著阻值的增加，對外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器的動作特性增加進行檢驗。根據(jù)實驗發(fā)現(xiàn)，當R3為20Ω時，電阻兩端的放電會降低其等效電阻，從而降低殘壓值和電壓峰值。當R3為30Ω時，會出現(xiàn)兩個電阻的串聯(lián)放電，從而降低了殘壓值和沖擊電壓峰值。當R3為30MΩ時，由于外串聯(lián)間隙金屬氧化物避雷器動作，絕緣子的鋼腳處會出現(xiàn)放電顯效。此時在保護器的動作下，電阻會出現(xiàn)高阻抗。因此如果串聯(lián)的空氣間隙會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)電阻絕緣強度，從而出現(xiàn)沿面閃絡。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　合理應用架空避雷線

空避雷線。

5　結(jié)語

10kV架空絕緣線路最突出的缺點是雷擊斷線問題，在研究架空絕緣線路雷擊斷線防護措施時，要建立科學的防雷理念，以降低雷擊斷線事故率為主要目的。防雷保護應因地制宜、輕重有別，實現(xiàn)差異化；防雷保護應追求技術效果與經(jīng)濟成本的優(yōu)化配置，充分利用防護裝置的性能特點，科學地選用疏導式裝置或堵塞式裝置。架空絕緣線路雷擊斷線防護應本著以下原則；

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

（2）架設在雷電活動比較強烈的地區(qū)或者向重要負荷供電的線路，防護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強烈地區(qū)，可考慮配合帶外串聯(lián)間隙避雷器，優(yōu)先選用敷設避雷線。

（4）其它線路段，考慮經(jīng)濟成本因素，可采用疏導式防護裝置，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，防護裝置應逐桿逐相安裝。

疏導式方法實施簡單，成本較低，能防止雷擊斷線，提高線路重合率，缺點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，缺點是實施相對復雜，成本較高。以上兩種不同防護方法各有優(yōu)勢，也存在一定的局限性，需要運維人員和工程技術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架空絕緣導線雷擊斷線原因機理分析及防護措施[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防工作[J].科技創(chuàng)新導報，2014（26）.

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

[4]劉 靖，劉明光，屈志堅，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，2011（04）.

作為一種比較傳統(tǒng)的防雷擊斷線措施，架空避雷線的應用非常普遍。架空避雷線的作用在于對架空絕緣線路進行保護，避免其受到雷擊的損壞。架空避雷線會受到線路運行和環(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、無需維護的特點，仍然具有一定的應用價值。因此，應充分考慮配電線路的運行及環(huán)境要求，合理地選擇應用架

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2095-2066（2016）31-0028-02

2016-10-23