10kV架空絕緣線路雷擊斷線機理分析及預防措施

摘要：配電網運行過程中常常遭受雷擊導致10 kV架空絕緣線路斷線故障的發生。通過對10 kV架空絕緣線路遭受雷擊而斷線的機理進行分析，得出導致事故的關鍵因素，從而提出架設地線、使用防雷型絕緣子及過電壓保護器、降低桿塔電阻等預防性技術措施。同時，從管理角度出發，提出了把好設計入口關、做好防雷設施維護、進行防雷措施可行性評估等建議。

關鍵詞：配電網;架空絕緣線路;雷擊斷線;預防

0 引言

在當前的10 kV配電線路建設中，采用架空絕緣線路是較為常見的做法，相比于裸導體線路，絕緣線路有明顯的優勢：（1）由于表面比裸導線多一層絕緣層，其絕緣能力更為優越，降低了線路導體引雷的概率;（2）強風引起的導線瞬間碰撞不會造成短路，提高了線路的抗風能力，使線路跳閘率明顯降低，減少了交叉線路互相影響的風險;（3）克服了架空線路與走廊內樹木間的矛盾，使樹障不再對線路運行產生威脅，減少了清苗伐木工作量。

雖然架空絕緣線路的優勢明顯，但在運行維護中發現，其雷擊斷線率明顯高于架空裸導體導線。按照某供電局統計，雖然絕緣線路遭受雷擊故障數較少，但幾乎每次雷擊均會導致斷線問題。如果按線路平均修復時間為5 h、線路桿距為50 m計算，每條次線路斷線需搶修故障的人力、材料費用約15萬元。因此，開展架空絕緣線路雷擊斷線的機理分析并提出相應的防雷措施是十分必要的。

1 10 kV架空絕緣線路雷擊斷線機理

架空絕緣導線的雷擊耐受特性與架空裸導線的物理特性明顯不同。對架空裸導線，直擊雷或感應雷作用引起的閃絡會造成工頻短路電流，電流行波沿著導線移動，一方面在移動的過程中釋放部分能量，另一方面使遠方的保護迅速感知到故障存在，因此在短路電流燒斷導線或損壞絕緣子之前，斷路器即可動作跳閘切斷短路電流。

而對于架空絕緣導線，雷擊過電壓會在絕緣外層的薄弱點處形成擊穿點，擊穿點在10 kV恒壓作用下形成工頻短路電流。由于絕緣層阻礙了電弧在其表面滑移，短路電弧被固定至擊穿孔位置產生幾千攝氏度的高溫，此溫度遠高于鋁質導線的熔點，因此在導線兩端的拉力作用下，熔化的導線受力形成斷口。典型的雷擊燒蝕后拉斷斷口如圖1所示[1]。

2 防止雷擊斷線的技術措施

從上述雷擊斷線機理可知，可從幾個關鍵點著力防止雷擊造成架空絕緣線路斷線：（1）進一步降低線路遭受雷擊的概率;（2）加強絕緣薄弱點;（3）減少工頻短路電流存在的時間。以此為指導，可采取若干具體措施。

2.1? ? 架設避雷線或耦合地線

避雷線和耦合地線是最常用的避雷設備，其中避雷線在上相導線1.5 m以上的部位安裝，耦合地線則在下相導線1.5 m以下的部位安裝，兩者均可采用GJ-25型鋼絞線。通過對線路雷擊跳閘率進行分析可知：（1）架設避雷線的防雷效果優于耦合地線，耦合地線幾乎不會對直擊雷跳閘產生影響;（2）兩者都能夠有效降低后續雷擊引發的跳閘率。

避雷線的安裝需要結合線路的實際情況，考慮周邊地質情況、避雷線安裝角度等，以降低雷電繞擊線路的概率。相比于不合理的架設方式，合理架設的避雷線起到的防雷能力可大幅提升，且能更好地將直擊雷導入大地。

2.2? ? 合理使用防雷型絕緣子

相對于普通絕緣子，防雷型絕緣子增加了左、右兩個電極，一個電極位于導線端，是高電位;另一個電極位于桿塔端，是低電位，兩電極之間形成一個間隙作為雷擊閃絡通道和電弧放電通道[2]。懸式防雷絕緣子外形及安裝圖如圖2所示。

當線路受到直擊雷擊或者感應雷擊時，由于空氣空隙的伏秒特性曲線在絕緣子伏秒性質曲線以下，絕緣子左、右兩端電極提供的空間間隙能夠在絕緣子閃絡之前先動作放電，從而建立雷電閃絡通道;在此通道上建立起來的工頻電弧短路電流，其弧根只能固定在通道兩端的高、低壓電極上，而不會流竄到導線，從而避免燒斷導線。

2.3? ? 安裝過電壓保護器

過電壓保護器如圖3所示，由非線性電阻限流元件（氧化鋅閥片）及放電間隙（不銹鋼引流環）串聯而成。當雷擊或其他誘因造成線路過電壓，引發閃絡形成工頻短路電流通道時，不銹鋼引流環可將短路電流引向非線性電阻限流元件。限流元件則利用本身的非線性特性，將正弦波形的短路電流限制成尖頂波，同時削減放電電壓至設定的殘壓水平[3]。

相比于正弦波，尖頂波電流的特點是過零前的一段時間內電流幅值較小，再加上放電電壓降低，電弧在過零時可瞬間熄滅，從而避免短路電流長期存在導致導線熔斷。

2.4? ? 降低桿塔接地電阻

當雷擊線路桿頂或地線時，雷電流將通過桿塔接地裝置導泄入地，此時如果接地裝置合理可靠，則接地電阻較小，桿塔頂部的電位就較低，能減小雷擊過電壓對線路運行的威脅。反之，如果接地裝置運行不良，導致桿塔的接地電阻偏高，遭遇雷擊時，桿塔頂部出現高電位，將產生較高的反擊電壓，從而引起線路的絕緣閃絡，造成雷擊事故。

3 防止雷擊斷線的管理措施

3.1? ? 把好設計入口關

設計是防雷工作的關鍵。以桿塔接地電阻為例，接地裝置設計是否科學合理，將直接影響接地電阻的實際水平與運維難度。為此，對勘察設計人員應提出以下要求：（1）開展實地勘察，對桿塔位置周邊的地理特點進行詳細記錄，以此為基礎開展設計，使設計圖實相符;（2）對土壤電導率等參數應開展實際測量，不可僅憑地形圖和查閱地質資料估計，測量時應注意使用標準方法，防止測量結果失真導致設計輸入參數錯誤;（3）應根據現場勘察及測量結果開展設計，避免生搬硬套舊工程圖紙或典型設計。

3.2? ? 做好防雷設施維護

配電線路運維人員應按照供電企業的維護標準，對線路范圍內的防雷設施進行定時巡視及維護，及時發現設備的缺陷和隱患并安排處理。與此同時，需要加強一線運維人員的能力培訓及考核，提高技術水平，防止發生巡維不到位的情況。

技術管理部門要合理安排配電線路檢修周期，按時完成防雷設施的預防性試驗，及時發現絕緣、耐壓等性能異常的防雷設施，并做好備品備件管理，保證損壞的設施可迅速更換。

3.3? ? 科學評估防雷措施可行性

判斷防雷措施是否可行需考慮多種因素，除了考慮防雷措施的效果和費用，還需要計及擬采取的防雷措施對系統的影響、維護是否方便等因素。對此類多目標、多層次，難以完全用定量方法進行決策的系統工程問題，可考慮用層次法等決策方法予以評估[4]，對各種措施進行綜合評估和計算，得到線路的最佳防雷措施。

4 結語

做好架空絕緣線路的防雷擊斷線工作需要技術和管理兩方面形成合力，兩者齊抓共管，就能有效降低線路雷擊的影響，從而保證配網的安全穩定運行，更好地為終端用戶提供優質的供電服務。

[參考文獻]

[1] 周剛，林德源，韓紀層，等.沿海及強臺風環境下10 kV配網架空絕緣導線的失效機理分析[J].腐蝕科學與防護技術，2019，31（6）：643-649.

[2] 王沁.懸式絕緣子在10 kV線路防雷擊斷線措施中的應用[J].煤礦現代化，2017（6）：76-79.

[3] 趙偉，郭燕國.后續雷擊對10 kV配電線路耐雷性能產生的具體影響及其防雷措施分析[J].工業A，2016（1）：166.

[4] 劉剛，馬浩禹，張弦.改進層次分析法在配網線路防雷評估中的應用[J].華南理工大學學報（自然科學版），2016，44（4）：71-76.

收稿日期：2021-08-16

作者簡介：劉紹紀（1976—），男，廣東英德人，電氣助理工程師，研究方向：配電網運維。