降低配电网架空绝缘线路雷击断线和跳闸率的防护措施

秦　林（国网池州供电公司，安徽省池州市247000）

降低配电网架空绝缘线路雷击断线和跳闸率的防护措施

秦林（国网池州供电公司，安徽省池州市247000）

配电网10kV架空线路具有较高的雷击跳闸率，而绝缘导线遭受雷击时往往发生断线。一旦发生跳闸或雷击断线会对本地区供电造成直接的影响，严重影响供电可靠性，甚至导致人身事故，必须采取有效的防护措施来避免这一情况的发生。本文对架空配电线路的防雷水平进行了简要的介绍，提出了降低配电线路雷击断线和跳闸率的具体防护措施。

跳闸率；雷击断线；配电线路

引言

雷击会对10kV架空配电线路，造成直接的影响和损坏，很容易造成断线故障。一旦发生雷击断线和跳闸，不仅会造成供电中断或停电，还可能造成人身安全事故。因此必须采取有效的措施来提高配电线路的防雷水平，科学地选择防雷击断线措施，降低配电线路雷击断线和跳闸率。

1　架空配电线路的防雷水平

配电线路的耐雷能力又被称为配电线路的防雷水平，要对配电线路的防雷性能进行判断，必须参照配电线路的防雷水平。在配电线路运行的过程中，感应过电压、直击雷过电压都会对其产生影响。在10kV架空线路的运行过程中如果受到雷击，就会产生雷击过电压。在配电线路上，雷击过电压往往会导致高幅值的过电流，从而损坏配电线路，对配电线路运行的可靠性和安全性造成直接的影响。还有一种直接雷电并不会对配电线路造成直接的影响，而是对配电线路附近的大片区域的空气电磁场产生影响，从而产生一定的感应过电压。在开始雷击放电时，雷云和先导通道的电场中会出现先导放电线路，此时容易产生静电感应。导线的方向直接决定了也导向方向的电磁场强度分量，为了将导线两端的正点负荷变为束缚电荷，必须先将其吸引到先导通道的一段导线上，然后在此变为束缚电荷[1]。但是在这个过程中，如果架空配电线路具有较低的防雷水平，雷击电流就会对配电线路造成直接的损坏。因此必须采取有效的措施对配电线路的雷击断线和跳闸率进行评估和控制，才能保障配电线路的可靠性和安全性。

2　安装穿刺型防弧金具和绝缘横担雷击跳闸率比较

绝缘横担 （S-185）、复合悬式棒形绝缘子 （FXBW6-10/ 70）、FZB复合绝缘支柱、PS-15瓷绝缘子、P-20瓷绝缘子、P-15瓷绝缘子在10kV架空绝缘线路中应用的非常普遍。本文选择了FXBW6-10/70、S-185、P-15等常用绝缘子进行模拟实验，使用1.2/50Ls雷电压波形。对以上绝缘子进行导线连接的击穿电压Ub实验，以及U50%放电电压实验。以实验数据为基础，计算不同电流幅值下配电线路65m处的感应雷击跳闸率，具体情况见表1。

通过计算结果可以发现，要提高线路的防雷击断线，可以通过提高其绝缘水平，但是并不能完全避免雷击断线。因此应该使用更长的绝缘横担，使线路的绝缘水平得到提高。最小电弧距离又被称为绝缘长度，本文在绝缘横担和复合悬式棒形绝缘子中选取了不同的绝缘长度，对其进行雷电冲击实验，以期获得合适的绝缘长度。通过实验可知，复合绝缘子的最小电弧距离为400mm时，绝缘导线的绝缘层能够耐受98.3kV的雷电全部冲击。此时能够对≤100kA雷电流距线路≥65m线路产生的感应过电压进行有效的降低。在施工时可能会损伤导线的绝缘层，导致其难以达到出厂的绝缘强度，而且导线的绝缘强度，也具有较大的分散性，因此在实验时不会对导线的绝缘强度进行考虑[2]。

表1　不同雷电流幅值下感应雷击跳闸率

通过实验数据可知，如果雷电流的幅值是100kA，使用S-185的断线事故率高于400mm绝缘横担。而且绝缘长度为400mm的绝缘横担本身具有较强的雷电冲击耐受电压，通过对绝缘导线进行连接，也能够保持一定的绝缘水平，使架空绝缘线路对感应过电压的耐受能力增强，减少了雷电危害。但是如果采用穿刺型防弧金具进行安装，又会提高跳闸率。加之绝缘导线芯线和穿刺型防弧金具之间的连接，会使绝缘层破损损伤，绝缘导线的芯线和绝缘层，很容易造成断线。

根据实验发现，与不安装防护措施相比，安装穿刺型防弧金具的线路具有更高的雷击跳闸率，安装绝缘横担的线路则雷击跳闸率相对较低。穿刺型防弧金具能够提供60～70%的绝缘子击穿电压幅值，作为放电间隙击穿电压幅值，也就是采用穿刺型防弧金具要防止雷击断线，就必须提高雷击跳闸率。而使用绝缘横担则可以同时降低雷击跳闸率和雷击断线率，具有更高的优越性和适应性。

3　使用外串联间隙金属氧化物避雷器

3.1外串联间隙金属氧化物避雷器的工作原理

图1为外串联间隙金属氧化物避雷器的电路原理图。其中MOA是氧化锌避雷器，R2是绝缘子，C是串联空气间隙、R1绝缘导线绝缘层。

图1　外串联间隙金属氧化物避雷器原理图

外串联间隙金属氧化物避雷器主要包括支撑横担、氧化锌避雷器本体、引弧金具，为了使操作过电压和工频电压对避雷器的作用减少，引弧金具和导线之间会形成串联空气间隙，对延长外串联间隙金属氧化物避雷器的使用寿命有一定的作用。一般情况下，10kV线路中并没有设置接地网，而是使用自然接地，此时低压端存在对水泥杆的对地阻抗。混凝土湿润时电阻较低，干燥时电阻较高。因此雷雨天气会产生较大的电阻。与此同时，如果导线上出现了感应过电压绝缘子的U50%高于外串联间隙金属氧化物避雷器的击穿电压，因此先动作的是外串联间隙金属氧化物避雷器，绝缘子的U50%高于外串联间隙金属氧化物避雷器动作之后产生的残压，能够对绝缘子闪络进行避免[3]。

3.2外串联间隙金属氧化物避雷器的动作特性

针对10kV配电线路的外串联间隙金属氧化物避雷器，对其进行动作特性试验，并使用摄影仪对实验放电现象进行拍摄，拍摄结果如图2。

图2

没有安装外串联间隙金属氧化物避雷器的配电线路会受到雷电冲击电压的作用，出现绝缘子闪络。而安装外串联间隙金属氧化物避雷器之后，通过外串联间隙金属氧化物避雷器的作用，10kV配电线路没有受到损坏。在雷电冲击电压的作用下对外串联间隙金属氧化物避雷器进行安装之后的放点现象为R3。外串联间隙金属氧化物避雷器能够起到良好的保护作用。如果增加R3，随着阻值的增加，对外串联间隙金属氧化物避雷器的动作特性增加进行检验。根据实验发现，当R3为20Ω时，电阻两端的放电会降低其等效电阻，从而降低残压值和电压峰值。当R3为30Ω时，会出现两个电阻的串联放电，从而降低了残压值和冲击电压峰值。当R3为30MΩ时，由于外串联间隙金属氧化物避雷器动作，绝缘子的钢脚处会出现放电显效。此时在保护器的动作下，电阻会出现高阻抗。因此如果串联的空气间隙会被雷电冲击电压击穿，抬高外串联间隙金属氧化物避雷器高压端的电压，高于串联电阻绝缘强度，从而出现沿面闪络。由于降低了阻值，尽管增加了冲击电压峰值，但是仍然降低了残压值[4]。

4　合理应用架空避雷线

空避雷线。

5　结语

10kV架空绝缘线路最突出的缺点是雷击断线问题，在研究架空绝缘线路雷击断线防护措施时，要建立科学的防雷理念，以降低雷击断线事故率为主要目的。防雷保护应因地制宜、轻重有别，实现差异化；防雷保护应追求技术效果与经济成本的优化配置，充分利用防护装置的性能特点，科学地选用疏导式装置或堵塞式装置。架空绝缘线路雷击断线防护应本着以下原则；

（1）在变电站的近区线路段上宜采用堵塞式保护方法，防护装置应使用带外串联间隙金属氧化避雷器。

（2）架设在雷电活动比较强烈的地区或者向重要负荷供电的线路，防护装置宜使用带外串联间隙金属氧化避雷器。

（3）新建线路如处于雷电活动强烈地区，可考虑配合带外串联间隙避雷器，优先选用敷设避雷线。

（4）其它线路段，考虑经济成本因素，可采用疏导式防护装置，优先选用剥线型放电箝位绝缘子或穿刺型防弧金具。

（5）对可能发生雷害事故的线路段，特别是城乡结合部、人口密集区域、多雷区域，防护装置应逐杆逐相安装。

疏导式方法实施简单，成本较低，能防止雷击断线，提高线路重合率，缺点是不能降低线路的雷击跳闸率。堵塞式方法可以降低线路雷击跳闸率、阻止线路产生工频续流电弧，防雷击断线的综合效果更好，缺点是实施相对复杂，成本较高。以上两种不同防护方法各有优势，也存在一定的局限性，需要运维人员和工程技术人员综合考虑各种因素，做出最合理的选择。

[1]张 鑫，邓 鹏，徐 鹏，雷锋瑞，陈 智.10kV架空绝缘导线雷击断线原因机理分析及防护措施[J].电瓷避雷器，2012（01）.

[2]周永生，李 龙.如何做好架空配电线路的防雷预防工作[J].科技创新导报，2014（26）.

[3]向大国.架空配电线路故障与防雷探讨[J].科技创新与应用，2013（23）.

[4]刘 靖，刘明光，屈志坚，刘 铁.不同地形条件下架空配电线路的防雷分析[J].高电压技术，2011（04）.

作为一种比较传统的防雷击断线措施，架空避雷线的应用非常普遍。架空避雷线的作用在于对架空绝缘线路进行保护，避免其受到雷击的损坏。架空避雷线会受到线路运行和环境的影响，防雷效果并不理想，但是由于其具有安装便利、初期投资少、无需维护的特点，仍然具有一定的应用价值。因此，应充分考虑配电线路的运行及环境要求，合理地选择应用架

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