沿海多雷地区低压线路绝缘子的保护

蒋明春，邬军波

（奉化供电局，浙江 奉化 315500）

绝缘子是用来支持导线的绝缘体，可以保证导线和横担、杆塔有足够的绝缘，在运行中应能承受导线垂直方向的荷重和水平方向的拉力，还经受着日晒、雨淋、气候变化及化学物质的腐蚀。因此，绝缘子既要有良好的绝缘性能，又要有足够的机械强度。绝缘子遭受雷击后出现裂纹、闪络和烧伤均是导线漏电的原因，绝缘子裂纹越大，泄漏电流也越大，严重的情况下，还会造成线路短路和跳闸，也是线损升高和发生人身设备事故的因素之一，有必要研发绝缘子防雷保护装置。

1 奉化配电网雷击分析

奉化地处东部沿海，地形较为复杂，包括山区、半山区以及沿海地域，昼夜温差较大，加上海拔高差，极易形成局部对流，产生雷暴天气。根据奉化市气象局统计，平均雷暴日为45日，最高为70日，属于多雷暴地区。

10 kV配电线路线长面广，而且绝大部分是用裸导线架设的架空线路，一到雷雨季节，受雷击造成的事故停电概率较大。据统计，2008年6—9月变电所因线路运行异常及故障原因共跳闸194次，其中雷击原因138次，占71.1%；2009年6—9月共发生线路事故及异常117次，其中雷击原因78次，占66.6%；2010年6—9月，因线路事故及异常引起变电所保护动作150次，其中雷击原因122次，占81.3%；2011年6—9月，因线路事故及异常引起变电所保护动作251次，其中雷击原因102次，占40.6%。

雷击后形成的永久故障表现为绝缘子击穿、线路导线断线、避雷器击穿、开关击穿等，除了线路断线比较容易找到故障点外，其余如绝缘击穿等故障引起的整条线路停电，寻找故障处很困难。从寻找、发现到修复，要花很多人力、物力、财力，长时间影响用户正常用电，间接损失也很大。

2 绝缘子故障的原因

绝缘子的故障有闪络和击穿2种。闪络发生在绝缘子表面，可见到烧伤痕迹，通常并不完全失去绝缘性能；击穿发生在绝缘子的内部，通过铁帽与铁脚间瓷体放电，外表可能不见痕迹，但已失去绝缘性能，也可能因产生电弧使绝缘子完全损坏。

研究表明10 kV架空配电线路由雷击引起线路闪络或故障的主要因素不是直击雷过电压，而是感应雷过电压。配电线路遭受直击雷过电压的概率很小，约占雷害事故的20%，感应雷过电压导致的故障比例约为80%。线路三相感应过电压基本相同，感应雷电波向杆塔两侧迅速传播，到达绝缘子附近的绝缘薄弱处，向线路横担放电从而造成雷击闪络。当感应过电压引起两相或三相同时闪络时，就有可能在雷击闪络通道上建弧形成工频续流，产生数千安的工频短路电弧。如果工频续流持续时间较长，就有可能线路短路跳闸或导致瓷瓶爆炸及断线，发生安全事故。当闪络时间较短，线路跳闸时，在绝缘子表面可能留下烧伤痕迹，增加了泄漏电流。

从以上分析可见，要减少线路跳闸，必须通过在线路上加装保护装置得以实现：减少线路受雷击次数；线路受雷击后在雷电波击穿绝缘前放电，放电后迅速恢复绝缘。

3 绝缘子防护方案

目前线路的防雷主要是安装氧化锌避雷器，但氧化锌避雷器的应用也存在以下问题：

（1）氧化锌避雷器遭雷击击穿或损坏后，损伤口小不易巡视发现。

（2）氧化锌避雷器需3～5年做1次试验，试验工作量太大。

（3）氧化锌避雷器需接地，施工和维护的成本都很高。

（4）相对于绝缘子而言成本高，不利于大量使用。

针对以上问题，奉化供电局联合了奉欣电气科技有限公司进行绝缘子防雷装置的开发。

经过分析，认为采用空气间隙结构简单、价格低廉，比较适合作为线路绝缘子的保护。这种空气间隙利用工频电弧在自身电动力和热气流的作用下易于向上运动的特性，使电弧伸长，从而达到使电弧熄灭。因此，设计了由引弧线夹、正极棒、负极板组成的绝缘子防雷保护装置，同时采用了可以更换的结构，使引弧线夹和正极棒分开，采用螺栓组合，绝缘子防雷保护装置见图1。

图1 绝缘子防雷保护装置

如果电弧燃烧使正极棒损坏，即可更换正极棒，不必整套更换，降低了成本。

4 绝缘子防雷保护装置技术参数

4.1 线路绝缘子与绝缘子防雷保护装置的放电间隙的配合

在雷电冲击过电压作用下，应可靠地保证雷击引起的闪络发生在绝缘子防雷保护装置的正极棒与负极板之间，而不是在绝缘子表面。

对绝缘子防雷保护装置进行50%正负雷电冲击闪络电压试验，根据绝缘子的干弧距离预先假设和现场调整空气间隙，在间距为140 mm时，测试数据为正极性118.5 kV，负极性208.3 kV。而10 kV线路常用的柱式绝缘子PS-15/500的雷电冲击电压为105 kV，118.5 kV＞105 kV。因此适当缩短放电间距，以保证雷击引起的闪络在正极棒与负极板之间进行，有效地保护柱式绝缘子。

4.2 线夹的耐烧灼能力

雷电流参数根据DL/T 620-1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》标准，可用式（1）计算雷电流幅值概率曲线：

式中：P为雷电流幅值概率；I为雷电流幅值。

雷击放电时，雷电流波形取2．6/50 gs的斜角波波形，幅值在20～100 kA范围内变化，雷电波阻抗取300 Ω。

根据以上计算，线夹短时耐受电流试验选取20 kA，1 s进行测试，同时对短时耐受电流试验后的电阻变化进行测试，电阻变化率0.32%。由此，判断线夹在承受雷击电流后，仍然能保持良好的接触性能。

5 防雷保护装置的应用

莼湖供电所管辖的范围为环象山港区域，沿海且多山，历来雷暴活动较频繁，因此将绝缘子防雷保护装置安装试点设在莼湖供电所。10 kV友谊D411线、吴江D413线、桐照943线、裘村873线都为裸导线，4条线路的杆塔大多在山地丘陵地带，地形较为复杂，接地电阻变化较大，属于雷击事故多发线路。在这4条线路上共安装防雷保护装置663套，其现场安装见图2，主要安装在直线杆和小转角杆上。

图2 防雷保护装置的应用

10 kV街东935线、鲒奇933线以及章胡863线，双回路采用的都是架空绝缘导线，5条线路共安装防雷保护装置120套。这5条线路多处于空旷地区，雷击频率较高，有利于观察其使用情况。

以上9条线路2011年运行半年共发生雷击跳闸1次，且重合成功，同比去年减少4次，未发生雷击断线事故。

对比分析表明，安装绝缘子防雷保护装置后，雷击跳闸率和雷击断线次数大为下降，保护绝缘子效果较好，具有推广价值。在今后的运行工作中要不断地总结和归纳绝缘子防雷保护装置的抗老化和试验周期问题，进一步提高线路的供电可靠性。

[1]周浩，余虹云.高电压技术[M].杭州：浙江大学出版社，2007.

[2]DL/T 620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S].北京：中国电力出版社，1997.