对10kV架空绝缘配电线路防雷措施的探讨

段国琼

（楚雄市供电有限公司，云南 楚雄 675000）

前言

10kV配电网具有分布广、设备多、绝缘水平低的特点,容易因过电压造成绝缘事故。目前10kV线路还是以架空线路为主,在经济条件许可的情况下,提倡使用架空绝缘导线,但架空线路走廊比较空旷或容易受雷击,则需谨慎选用绝缘导线,或采取必要的防雷击技术措施才能采用绝缘导线。架空绝缘导线是介于裸导线与电缆线路之间的配电网络。与裸导线相比，它能有效地降低"线树矛盾"引起的停电事故；与电缆相比，它可避免道路开挖，投资少。基于上述优点，在配网中大量应用架空绝缘导线。近年来，随着城市配电网络绝缘化工作的深入开展，雷击断线问题日益突出。因此，如何妥善解决雷击断线问题，以确保架空绝缘配电网的安全运行已经成为配电网系统中一个需要迫切解决的重要问题。配电网雷电过电压闪络，是一种在大气压或高于大气压时的电弧放电形式。雷电过电压闪络时，瞬时的电弧电流很大，时间很短，仅在架空绝缘导线上形成击穿孔，不会烧断导线。当发生雷电过电压闪络，特别是在两相或三相(不一定在同一电杆上)之间发生闪络而形成金属性短路通道时会引起千安培工频续流，电弧能量将剧增。

1 绝缘导线雷击断线原因

架空绝缘导线线路遭受雷击后,直击雷或感应雷过电压作用于导线,引起绝缘子闪烙并击穿导线绝缘层,被击穿的绝缘层呈针孔状,接续的工频短路电流电弧受周围绝缘的阻隔,弧根只能在针孔处燃烧,在极短的时间内导线就会被整齐地烧断(事实显示,架空绝缘导线雷击断线大部分发生在绝缘子与导线固定处,且都是整齐被烧断的)。同样,裸导线也会由于雷击引起绝缘子闪烙,也存在工频续流的问题,但工频续流在通电导线电动力的作用下,电弧会沿着导线向背离电源方向滑动,不会集中在某一点烧蚀,所以不会严重烧伤导线,故架空裸导线较难被烧断。另外,固定导线的绑扎线与绝缘导线之间存在间隔,该间隔也容易发生局部放电。

2 10kV绝缘导线防雷措施

防范架空绝缘导线雷击断线的办法概括来说主要有“堵塞”和“疏导”两种方式。“堵塞”就是阻止雷击闪烙后工频续流起弧,而“疏导”就是将绝缘子附近的绝缘导线局部裸线化,使工频电弧弧根转移,从而保护导线免于烧伤。具体方法和措施如下:

(1)安装架空地线和避雷器等避雷装置,限制雷电过电压和分流了雷电能量：

①架空地线主要防止直击雷,对于10kV架空线路其效果不是非常明显,而且安装架空地线需要对现有的杆塔进行大规模的改造甚至重新组立,增加了施工的难度和成本。

②安装避雷器是比较容易实现的办法之一。与输电线路相比,配电线路需要保护的范围更广,要完全消除配电线路的雷故障是很难的。根据研究表明,安装避雷器的密度与限制雷电感应过电压的水平成正比关系,所以如果要消除配电线路的雷电事故,必须每基杆塔的每相都要安装避雷器。对于镇区内的线路,如果只单纯限制雷电感应过电压事故,则避雷器的安装密度可以降低至每隔200～360m每相安装避雷器。

安装的避雷器可以采用带串联间隙的架空配电线路复合外套避雷器,当雷击线路后,避雷器间隙击穿,雷电流经过间隙→避雷器→大地,从而保护了绝缘导线。避雷器选型时的主要参数如下(参考):

ⅰ)额定电压(有效值)：12.7kV

ⅱ)系统标称电压(有效值)：10kV

ⅲ)持续运行电压(有效值)：9.6kV

ⅳ)直流参考电压(U1mA)：18kV

ⅴ)标称电流下冲击残压(峰值):35.8kV

ⅵ)方波通流能力(2ms)：150A

ⅶ)大电流通流能力(4/10)：65kA

ⅷ)串联间隙特性:100±5mm(间隙大小随被保护绝缘子型号而稍有变化,该数值相应于线路使用PQ1系列针式绝缘子。)

ⅸ)工频放电电压(有效值)：≥31kV

ⅹ)1.5/50μs冲击放电电压 (峰值)：≤105kV

其具体做法是将避雷器与绝缘子并联安装。首先将不锈钢电极装配到一起并套装到避雷器螺栓上,将绝缘支架与不锈钢电极装配到一起并套装到绝缘子的螺杆上,将避雷器接地侧的支架接到绝缘子的螺杆上,调整放电间隙(即调整不锈钢电极在避雷器高压端螺栓上的位置以及接地电极的安装位置),使绝缘导线与不锈钢电极之间的距离控制在设计要求的范围内,且不锈钢电极至绝缘子螺杆的距离不小于50mm,对杆塔的接地电阻要求控制在30Ω以下。

(2)局部增加绝缘厚度,或采用长闪烙路径避雷装置,延长闪烙路径,导致电弧容易熄灭。

雷电过电压作用在配电线路上,当绝缘子的绝缘水平低于过电压峰值时,配电线路将发生闪烙,而闪烙后是否产生工频续流引起短路故障,则取决于线路的额定电压、闪烙路径的长度、发生闪烙的时刻以及雷电流强度、线路参数等,其中线路的工作电压Uph(kV)及闪烙路径的长度L(m)是最重要的因素。对于中性点非直接接地配电系统,当工作电压与闪烙路径长度的比值即电场强度(E=Uph/L)减少时,由雷电闪烙发展为工频续流的可能性将大为减小,当E=7～10kV/m时,由雷电闪烙发展为工频续流的可能性基本为零,即建弧率为零。

该办法的实施方案有两种:

①不破坏绝缘导线的绝缘,在设计时考虑绝缘导线的绝缘没有被破坏前长闪烙避雷器与绝缘子的配合问题。但在长闪烙避雷器一旦发生一次沿面闪烙后,意味着绝缘导线与避雷器对应处的绝缘已被破坏,这样,长闪烙避雷器的冲击放电电压会比绝缘子的低得多,两者之间的配合就宽松了。

②在安装长闪烙避雷器时,事先破坏与避雷器对应处绝缘导线的绝缘,在设计时则只需考虑绝缘导线的绝缘被破坏后长闪烙避雷器与绝缘子的配合问题,这种方案在绝缘配合上是极其宽松的,实现起来十分容易。

(3)采用新型结构的绝缘子,在绝缘子与导线联接处,剥离局部绝缘导线的绝缘层,使电弧能够在剥离部分滑动,而不是固定在某一点烧蚀,该绝缘子应设计为带有灭弧外间隔,雷电过电压作用时,能切断工频续流,防止续流烧断导线。

(4)在架空绝缘导线上安装防弧金具。该办法需要破坏绝缘导线的绝缘层,具体做法如下:

①对于辐射型线路将导线的绝缘层由绝缘子轴线起向负荷侧剥离100～150mm,在剥离段负荷侧端部加装一个重的铝合金线夹,当雷击引起绝缘子闪烙后,工频续流电弧在电动力的作用下迅速沿着被剥离的导线段向防弧线夹处移动,且弧根固定在防弧线夹上燃烧。

②对于环网线路将绝缘子两侧的导线绝缘层分别剥离100～150mm,剥离段的两侧端部都加装防弧线夹,当雷击引起绝缘子闪烙后,工频续流电弧在电动力的作用下迅速沿着剥离导线段向背离电源方向的防弧线夹处移动,且弧根固定在防弧线夹上燃烧。

结语

综上所述,对于防止架空绝缘导线雷击断线的措施是多种多样的,各有优缺点,而且某些办法还是比较容易实施,比如避雷器或防弧金具。因其中一些方法实施时需要破坏绝缘导线的绝缘层,此时应注意做好剥离断口的防水措施。另外,在配电线路上加装避雷器后,因避雷器事故率较高,导致增加维护费用。应根据本身的实际情况选择合适的防绝缘导线雷击断线事故措施,保证配电网的安全运行。

[1]孙海渤.防架空绝缘导线雷击断线的新型防弧金具[J].高电压技术，2006年06期.

[2]文武，李自品，陈玉，裴金勇.多导体配电线路感应雷过电压分析 [J].高电压技术，2006年08期.

[3]曹宏裕,王凯睿,罗彦,张成勇.架空绝缘导线雷击断线和雷击跳闸的防治[J].高电压技术，2004年S1期.