10 kV絕緣架空導線雷擊斷線分析與建議

和治翔，邵力，賀飛，廖龍

（1. 云南電網有限責任公司迪慶供電局，云南 迪慶 674400；2. 云南電網有限責任公司電力科學研究院，云南 昆明 650214；3. 云南電網有限責任公司普洱供電局，云南 普洱 665000；4. 云南電網有限責任公司德宏供電局，云南 德宏 678400）

0 前言

10 kV 架空配電線路雷擊斷線故障必然造成客戶停電，因斷線故障搶修耗時長，停電時間久，容易引發客戶不滿和投訴，造成一系列不良社會影響。此外，10 kV 架空配電線路雷擊斷線故障還可能造成人身事故或引發次生災害，為了便于運維，多數10 kV 架空配電線緊鄰道路、農田及其他人員活動區域，發生雷擊斷線后，若電源側導線斷落，可能造成人員觸電；在山區10 kV 架空配電線路穿越林區現象極為普遍，發生雷擊斷線，若電源側導線斷落，極可能引發山火，給供電企業和國家造成重大損失。所以，預防10 kV 架空配電線雷擊斷線對于提高客戶供電可靠性、防人身觸電和防山火等方面都具有重要意義。

1 10 kV絕緣架空配電線路雷擊斷線

1.1 雷擊故障

10 kV 配電線路數量龐大，分支線延申范圍廣泛，遭雷概率高[1]，由于絕緣水平低，雷擊后極易發生故障引起跳閘。據統計，每年雷擊故障約占10 kV 配網總故障的25%左右。線路雷擊形式主要為直擊雷過電壓和感應雷過電壓[2]。由于架設高度相對較低，10 kV 架空配電線路90% 以上的雷擊為感應雷過電壓。即使是感應雷過電壓也高達幾十千伏甚至上百千伏，可輕易擊穿10 kV 架空線路和設備絕緣，導致線路和設備故障。

1.2 雷擊故障原因分析

造成10 kV 架空配電線路雷擊故障的原因主要有以下幾個方面：

1）線路絕緣水平低。部分10 kV 架空配電線路絕緣子耐雷水平不高，雷擊閃絡、擊穿概率高；

2）防雷措施不完善。部分雷區10 kV 架空線路未按要求配置避雷器、架空地線等防雷設施，雷電過電壓和和雷電流無法得到限制和泄放；

3）線路絕緣配合不合理。注重線路絕緣提升，卻忽略防雷設備、設施建設，導致雷電對其余絕緣薄弱部分造成破壞；

4）避雷器老化嚴重。避雷器長期承受雷電沖擊及工頻電流，疲勞、老化，性能大幅下降[5]。由于缺乏避雷器在線檢測手段，絕大多數避雷器自投運至今未開展過檢測，無法有效監測避雷器狀態，雷擊故障率高；

5）接地電阻不達標。避雷器、架空地線等防雷措施都是通過將雷電壓和雷電流引入大地，從而實現對線路和設備的保護，因此可靠接地成為防雷裝置的關鍵所在[3]。部分防雷設備接地設置簡易、接地裝置材料發生劣化以及受環境影響等導致接地電阻不達標，影響防雷效果。

1.3 雷擊斷線機理

因絕緣子的外絕緣空氣間隙較短和絕緣子的老化原因，絕緣子附近是雷電過電壓最容易擊穿的位置，主要表現形式為沿絕緣子表面閃絡或絕緣子擊穿。絕緣子閃絡擊穿后雷電流對地形成短路電弧，在電網系統工頻電壓作用下形成工頻續流，電弧能量將劇增，工頻電弧弧根溫度可達1000 ℃～5000 ℃，若弧根固定于導線某一位置，則短時間內產生大量熱量會造成導線燒熔斷線[2-3]。絕緣導線和裸導線在雷擊斷線方面存在著明顯的差異。對于絕緣導線，雷電過電壓擊穿會在導線絕緣層上形成一個擊穿針孔，工頻續流的弧根會固定在針孔位置無法移動，工頻電弧會集中燒灼導致斷線；對于裸導線，當雷擊絕緣子閃絡時，接續的工頻電弧在電動力的作用下會沿導線表面滑動，不會集中在某一點燒灼，一般不會嚴重燒傷導線[1]。因此，絕緣導線比裸導線更容易發生雷擊斷線故障[6]。

由于10 kV 架空線路三相導線上的雷電感應過電壓幅值相近，所以雷擊可能引起多相閃絡，特別是在相間之間發生閃絡，容易造成多相接地或間接性相間短路斷線。雷擊斷線故障由于導線斷點位置特殊，不宜接續，往往只能進行更換，若發生多相斷線，還可能引起桿塔斷裂，故障范圍擴大。

2 典型案例分析

2.1 故障概況

2022 年1 月21 日17 時57 分，某縣供電局所轄110 kV 甲變電站10 kV 乙線045 斷路器過流Ⅰ段保護動作跳閘，重合閘成功，部分用戶反應無電。

2022 年1 月21 日20 時10 分，運維人員發現10 kV 乙線A 支線8 號桿大號側三相導線斷線脫落。斷線導線斷口平齊（如圖1 所示），針式絕緣子如圖2 所示。

圖1 導線斷口

圖2 P-15針式絕緣子

查詢配網雷電監測系統，2022 年1 月21 日17 時56 分在10 kV 乙線A 支線半徑1 km 范圍內發生雷電1 次，雷電最近桿塔：10 kV 乙線A 支線1 號桿；距離176.87 m；電流幅值：-39.4 kA，如圖3 所示。

圖3 配網雷電監測系統數據

結合10 kV 乙線045 斷路器故障跳閘時間、配網雷電監測系統監測到的雷電時間、雷擊點與線路距離以及斷線導線的表象特征，判斷10 kV 乙線A 支線8 號桿絕緣導線三相斷線為雷擊造成。

2.2 故障分析

一般情況下，架空配電線路雷電感應過電壓可以用以下公式進行計算：

當S≥65 m，S>>Hd，公式可進一步簡化為：

式中：Ug為導線上的感應雷過電壓最大值，kV；k1為感應過電壓系數，我國標準一般取k1=25 Ω；IL為雷電流幅值，m；Hd為導線懸掛的平均高度，m；S為雷擊點與導線的距離，m[1,4]。

本次雷電流幅值IL為-39.4 kA，導線懸掛的平均高度Hd為10 m，雷擊點與導線的距離S為約76.9 m，代入上式計算，得出導線上的感應雷過電壓約為128 kV。

10 kV 乙線A 支線8 號桿采用針式絕緣子型號為P-15 針式絕緣子，型號參數如表1 所示。

表1 P-15T（M）絕緣子參數

綜合以上信息，判斷造成本次雷擊斷線故障的原因為：

1）10 kV 乙線A 支線絕緣水平低，所用P-15針式絕緣子雷電沖擊耐受電壓為90 kV，而經計算導線上感應雷過電壓為128 kV，遠大于絕緣子承受值，絕緣子必然發生閃絡和擊穿。

2）該支線無線路避雷器、架空地線等防雷措施，線路防雷能力不足，感應雷過電壓和雷電流在該支線未得到限制和泄放，在絕緣相對偏低的10 kV 乙線A 支線8 號桿絕緣子處發生三相閃絡和擊穿，造成絕緣導線斷線。

3 防雷擊斷線措施及建議

基于10 kV 線路斷線的原理和案例分析，提出相關的改進技術措施和管理措施。

3.1 技術措施

現有防雷技術和裝置分為兩種方式：堵塞式和疏導式。堵塞式以限制雷電過電壓、降低雷擊閃絡概率或者阻止雷擊閃絡后工頻續流建弧為目的，主要包括加強線路絕緣、安裝避雷器、裝設架空地線，改善接地。疏導式主要實現改變雷擊閃絡路徑、并對后續工頻電弧進行疏導、防止工頻電弧燒損絕緣子及燒斷導線，包括安裝并聯放電間隙。根據10 kV 線路斷線的根本原因，綜合考慮裝置成本，線路防雷擊斷線措施以堵塞式為主，疏導式為輔。

1）提高線路絕緣水平。將易擊線路（區段）普通針式陶瓷絕緣子更換為瓷柱式絕緣子或復合絕緣子，增加耐張桿懸式絕緣子片數，增加線路絕緣強度，增大導線與橫擔距離，可減少閃絡。對于極易擊線路可更換瓷橫擔或復合橫擔進一步加強絕緣，但因機械強度有限，線路檔距不易過大。

2）增加線路避雷器，改善接地。增加易擊線路（區段）避雷器布點，同步完成接地建設，提升線路限制雷電過電壓和泄放雷電流的能力。對于極易擊線路可采用架設架空地線的方法防雷。提升線路絕緣和安裝線路避雷器須有效結合，才能使線路防雷效果最大化。

3）使用放電間隙。在導線和接地端分別安裝放電間隙兩極，形成一個空氣間隙。當過電壓超過一定數值時，空氣間隙被擊穿，形成短路通道，泄放過電壓的能量。這種防雷裝置依靠自然滅弧，不能確保在線路保護動作前將電弧熄滅，可能會引起線路跳閘。

4）使用多腔室吹弧式保護裝置。易擊線路或易擊線路區段可以與絕緣子并聯安裝，利用多個小滅弧室將大電弧分解為小電弧，并將其吹至周圍空氣中，從而把電弧熄滅。裝置保護范圍大，壽命長，滅弧能力高，能在線路保護動作前釋放雷電能量，但價格相對較高。

3.2 管理措施

10 kV 架空線路數量龐大，且雷擊具有一定的地域性和選擇性，防雷治理前需要對雷擊線路開展評估，根據評估結果，逐級開展治理[3]。根據相關研究，雷擊存在一定的選擇性，一般體現在以下方面：

1）在平原等空曠地區，由于尖端效應，突出地面或高聳的物體容易遭受雷擊；

2）山頂的突出物體、山坡迎風面、山區盆地、山溝中處于風口的物體容易遭受雷擊；

3）雷擊與地質條件有關，地下有礦物質的地面物體容易遭受擊；

4）在湖沼、低洼地區及地下水位高的地區，地面物體容易遭受雷擊。雷擊的這一特性，可作為10 kV 架空線路防雷評估的重要依據。再結合地區雷擊強度和線路往年雷擊故障次數等情況評估線路或線路區段易擊等級[1]。

4 結束語

本文針對10 kV 絕緣架空配電線路雷擊斷線問題，分析了其故障類型、原因和機理，并提出了一套綜合技術方案來防止或減少雷擊斷線故障的發生。除技術措施外，還需要在管理措施中加強對線路易受雷擊和故障高發區段進行有效評估，明確重點治理對象，提升技術措施實用效果，切實降低雷擊對線路和設備的影響。