浅析10 k V架空绝缘导线防雷技术

2014-03-06楼伟杰

机电信息 2014年12期

关键词：断线闪络避雷器

楼伟杰

（1.华北电力大学，北京 102206；2.国网浙江省电力公司金华供电公司，浙江金华 321000）

0 引言

我国配电网架空线路采用绝缘导线已经有20多年，并且配网绝缘化的趋势越来越明显，之所以选择架空绝缘导线，主要因为绝缘导线较之于裸导线具有以下的优越性：

（1）更好地融入城市整体规划。采用绝缘导线可有效缩减架空线路架设空间，高效利用线路走廊，在缓解树线矛盾、释放供电能力的同时，有利于配合城市整体建设，美化城市街道。

（2）明显降低事故发生率。采用绝缘导线能够有效降低外物引起相间短路和单项接地故障的发生，减少架空线路维护工作量，提升线路运行效益。

（3）提高供电可靠性。采用绝缘导线抗不利环境能力较强，能够较显著减少故障停电，保障了对电力用户的持续稳定供电。

（4）降低电能损耗。采用绝缘导线便于高压深入负荷中心，能够更好地提高供电电压质量，降低电能损耗。但是，绝缘导线抗雷击能力较弱，这也是绝缘导线最大的缺点，其遭受雷击时容易发生断线事故，因此探索和研究10 k V架空绝缘导线防雷技术十分必要。

1 绝缘导线雷击断线机理分析

1.1 电磁场分析

当发生雷电现象时，导线上空会形成带电云层，并使绝缘导线上产生感应电荷，该电荷的存在使导线横截面的电场强度发生畸变，造成空气击穿场强弱于绝缘介质击穿场强，空气电离，成为雷电流进入导线的放电通道。

1.2 应力分析

绝缘导线的材质一般为铝，在特定的脆性温度区间内时，铝原子结构相对不稳定，非常容易产生裂纹，在受到雷电冲击时导线表面产生裂纹。电弧持续灼烧导线则进一步加深裂纹，降低导线抗拉强度，在导线局部温度迅速升高的同时，高低压电极形成的电弧通道产生电磁推力作用于导线，加上导线自重产生的轴向拉力的作用，使铝导线呈现塑性形变。

1.3 热量分析

除去上述分析的电磁因素和应力因素，造成绝缘导线断线的最根本原因是数千安的工频短路电流产生的热量。

10 k V架空绝缘导线雷电过电压主要分为直击雷电过电压和感应雷电过电压，比例分配大概为2∶8。大部分直击雷电流大于20 k V，使导线在雷击位置瞬间产生大量热量，造成导线熔断，这也就是受到直击雷不管是裸导线还是绝缘导线基本断线的主要原因。

感应雷电过电压作用于绝缘导线时，引起绝缘子闪络并击穿绝缘层，击穿点呈针孔状，一般感应雷电流小于1 k A，持续几微秒至几毫秒，这一般不会造成断线。但感应雷电过电压常常会引起两相或三相导线同时闪络，相对地电弧在电磁力和热应力的作用下，弧腹向负荷侧的上空漂移，两相电弧交汇易发展成相间电弧，由于绝缘层的阻拦，电弧弧根集中在击穿点持续燃烧，导线会很快被整齐烧断。

2 常用防雷技术及其优缺点

（1）安装氧化锌避雷器。氧化锌避雷器是目前比较先进的防雷设备，其本质上是一种过电压保护电器，能够对有限的过电压（如雷电过电压或操作过电压）起到有效的限压保护。同时因其保护动作只泄放雷电流，而雷电流泄放时间一般小于100μs，泄放完毕后能够迅速恢复到再次动作的状态，具有连续雷电冲击保护能力。氧化锌避雷器最大缺点在于保护范围较小，如果全线安装则投资成本较大。另外，氧化锌避雷器5年1个周期的校验工作，对电网运行和供电可靠性压力较大，因此建议只在架空线路开关、杆上熔断器等防雷少数重要部位采用。

（2）架设架空避雷线。架设架空避雷线对架空绝缘导线进行屏蔽保护是一种比较常用有效的方法，该方法能够较为有效地防止绝缘线路感应雷电过电压。但是由于配电架空绝缘线路的绝缘水平相对较低，采用架空避雷线后仍旧容易造成反击闪络继而引发工频续流造成绝缘导线烧断，因此防直击雷的作用不是很大。同时，架空避雷线的投资成本相对较大，对于老旧线路来说安装比较困难。

（3）装设放电间隙。在每基杆塔上装设带穿刺线夹的放电间隙，其成本投入相较于氧化锌避雷器要低很多，防雷效果也较好，并且能够较好地防止绝缘导线渗水现象的出现。但是放电间隙的安装十分依赖安装工艺，如果安装工艺不到位会引起间隙不到位，从而影响防雷效果。

（4）其他防雷技术。除了上述主要的防雷技术外，还有以下一些防雷技术措施：架空绝缘导线的支持点局部剥皮处理，使用带避雷器的支柱绝缘子，采用长闪络避雷器及增加局部绝缘层厚度等，这里不展开分析。

3 新型防雷绝缘子的使用

目前金东地区配网架空绝缘线路的防雷技术主要采用防雷绝缘子，效果比较满意，下面对金东地区采用的新型防雷绝缘子进行介绍，如图1所示。

工作原理：当线路受到雷击过电压或工频过电压且尚未达到绝缘子闪络电压时，间隙开始放电，之后将过电流导向电阻片，并经电阻片释放。在过电压过后的系统工频电压下，由于电阻片的过电压吸收能力能自己熄灭工频续流，从而防止架空绝缘线路雷击断线及绝缘子闪络或击穿，保护了架空绝缘线路，保持系统不失压，避免系统失压和继电保护动作跳闸情况的发生，从而避免发生断线、绝缘子闪络或击穿而造成大面积停电和售电量的损失或引起重大的人身伤害事故，保证正常供电，增加经济效益，提高供电可靠性。防雷绝缘子内装带间隙氧化锌电阻片组，并与氧化锌电阻片串联连接，上端金具即电极，下端安装螺栓通过金属支架或导线接地。

图1 新型防雷绝缘子结构图

产品特点：安装时不需剥除绝缘导线绝缘层或采用穿刺线夹，不会损伤导线绝缘层，而导致雨水从剥除点渗入，腐蚀绝缘导线，并可降低安装及材料成本。内间隙由非线性瓷环与铜质电极组成，其放电电压不受外部环境影响，安装时无需调整安装位置和间隙距离，具有放电稳定的特性；线路正常运行时，由于内间隙的隔离作用，防雷绝缘子中的电阻片不承受工频电压，电阻片不容易老化，防雷绝缘子自身安全可靠，即使绝缘子内部电阻片劣化也不会影响线路的正常运行。与箝位绝缘子、普通放电间隙相比，防雷绝缘子在过电压以后能及时切断工频续流。具有良好的抗弯作用，其机械负荷能力与普通绝缘子相同，集绝缘子与避雷器功能于一身，降低了输电线路投资的成本。

防雷击断线案例：2012年5月，金东配网某绝缘线路防雷绝缘子因雷击炸裂，但是导线无损伤，说明该产品防雷效果比较理想，如图2所示。