城市配电线路绝缘化和防雷措施研究

摘要：近年来，城市配电线路绝缘化已经成为配电线路的发展趋势，但因为配电线路时常遭遇雷击断线事故，所以必须采取防雷措施对其加以防范，以此进一步提高城市配电线路的安全运行水平。

关键词：城市供电；配电线路；绝缘化；防雷措施

作者简介：张全立（1973-），男，安徽肥东人，国网安徽肥东县供电公司，助理工程师。（安徽 合肥 231600）

中图分类号：TM726 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2014）15-0262-02

城市配电线路绝缘化与配电线路裸线相比有着如下优势：首先，可以大幅度减少由于外力如雷击事故导致的线路导线碰撞、线路短接、绝缘子发生故障或线树矛盾引发的停电事故，有效增强供电线路的正常运营效率[1]；其次，大幅减少由于误撞带电导线引发的人身安全事故；再次，降低配电线路与建筑物间的距离，使占用空间明显缩小；最后，尽可能使配电线路的架空配电装置及设备小型化，在节省材料的同时减少了施工人员的工作难度与强度，有效提高了维修工作质量。基于以上优点，国外在1950年就开始研究、使用架空绝缘束线，用这种架空绝缘束线替换了原来的架空裸导线，有效降低了配电线路的故障率，并取得巨大的经济效益。

一、雷击城市配电线路绝缘线断线的事故分析

1.国内外雷击城市配电线路绝缘线断线的事故概述

我国从1980年着手进行了先进成熟的架空绝缘线的研究并试行，在一些大型工程如9511工程（20世纪90年代初开展的电力建设工程）及9950工程（首都电网建设）中开始大量选取了这种辐照交联聚乙烯的架空绝缘线。在这两项工程的配网工作实施过程中，因为绝大多数工作是把原来线路上的架空裸导线换下后换成架空绝缘线，但对应的防雷措施并没有更新。原来裸导线线路的防雷措施是在线路的开关、线路变压器及线路出线电缆头等位置安装避雷器防雷，由于没有更新架空绝缘线的防雷措施，1998年配电线路共计遭遇了14起雷击而引发断线事故。目前城市配电线路上均普遍使用绝缘导线。可以说，我国的配电电网线路绝缘化技术已经相当成熟。

国外在刚刚研究并试用架空绝缘线架设时，因为未能及时选取更恰当的防雷措施也发生过多起雷击配电线路绝缘线事故。如日本从1969年到1971年间共发生了中压配电绝缘线事故1300次，由于雷击而发生的断线事故达到475次。而这三年间的裸线中压配电事故则达到8000多次，其中由于雷击而发生的断线事故为539次。从数据可以看出，架空裸线被架空绝缘线替代后，发生故障次数大大减少。无论是架空裸线，还是架空绝缘线，雷击断线均是导致架空线路发生事故的重要原因。

2.雷击城市配电线路绝缘线断线的事故分析

城市架空配电线路有两种过电压，分别是内部过电压和大气过电压。内部过电压是按照GB14049-93 额定电压10kV、35kV 架空绝缘电缆所需要的技术条件，选用10kV交联聚乙烯绝缘线，属于薄绝缘结构的架空绝缘线。所能承受的冲击电压水平是75kV，只要将内部过电压控制在75kV之内就不会对10kV交联聚乙烯绝缘线造成损害[2]；大气过电压则是指当雷击架空裸导线的时候，电磁点凭借电磁力产生作用而沿着整个导线快速移动，使得雷电流通过开关与变压器等不同设备安装的避雷器导入地面。或者在工频电流（一般的市电频率）烧断架空裸导线前引发配电线路的断路器跳闸，因此断线事故并不时常發生。

但是当雷击城市配电线路的架空绝缘线时，架空绝缘线的绝缘层就会对移动的电弧产生阻碍，导致电弧移动速度变得缓慢，工频电弧多是集中于架空绝缘线绝缘层对应的破坏点，因为直击雷（带电云层和大地的某点发生的迅猛放电现象，通常会对城市建筑物及建筑物的内电子设备及人员造成伤害）或感应雷（静电感应雷和电磁感应雷）而使得架空绝缘线的绝缘层遭受损坏，它的电弧电流会导致相间短路。由于架空绝缘线的电弧部位是固定不动的，因此它比架空裸导线更容易雷击烧断，即架空绝缘线比架空裸导线的熔断时间要短，这也是架空绝缘线在发生雷击时经常断线且端头平滑整齐的原因。[3]

绝缘线对应的特性范围和绝缘电线种类、绝缘电线张力、绝缘电线所处的气象条件及绝缘电线电弧的产生方法密切相关。天气因素通常会影响绝缘电线电弧的持续时间，建弧以后通常持续的时间为0.2～0.6秒，这样的持续时间比较常见。因为城市配电线路设备的耐电压水平通常较低，因此落雷建弧率（冲击闪络转为稳定工频电弧的概率）相对较高。当闪络回路被加载了相电压时，会使得电流流过的区域发生接地短路，对于部分城市配电线路的不接地系统而言，由于接地电流不大，通常不会造成断线。而城市配电线路也能够马上恢复对接地侧金属附件的绝缘。对于中性点经小电阻接地系统而言，由于接地电流比较高，所以很容易发生烧断线事故。若是雷击闪络回路发生在两相变压器或三相变压器之间，则工频电弧电流会达到数千安培，并集中于架空绝缘线绝缘层的破坏点上，进而将导线熔断，断路器跳闸。

二、城市配电线路绝缘化的防雷措施

下面就城市配电线路绝缘化的防雷措施进行分析：

1.架空绝缘线的同杆直接架设架空避雷线或屏蔽线

架空绝缘线的同杆直接架设架空避雷线或屏蔽线的方法投资大、耗费多，属于一种传统的防雷措施，性价比较低。因为城市配电线路的绝缘水平普遍不太高，使得当雷击架空绝缘线的同杆直接架设架空避雷线或屏蔽线后极易导致反击闪络，这样会引起工频续流建弧而熔断架空避雷线或屏蔽线。所以针对35kV以下的城市配电线路通常不架设整条线路的避雷线或屏蔽线。[4]

2.提高绝缘子的两侧导线局部绝缘力度

雷击城市配电线路绝缘线发生以后，可以适当延长工频干弧的强度与闪络路径，进而减少了工频干弧续流变成稳定工频电弧的概率。前文已述，天气条件与环境条件会影响城市配电线路的架空绝缘层，造成架空绝缘线的绝缘值快速下滑。并且由于目前城市配电线路的绝缘水平普遍不高，通常只能承担小幅（20kV范围）内的雷电冲击。而感应雷产生的过电压可以高达50kV。即使是城市配电线路绝缘化的绝缘强度提升至35kV配电线路的绝缘等级也会在感应雷击下发生绝缘层被击穿现象。说明这种方法只能防止20kV的城市配电线路绝缘线遭受雷击。此外，还有一种方法就是选取绝缘横担提升绝缘子的两侧导线局部绝缘力度，现行的绝缘横担多是选取树脂玻纤制作，它的内部中空用泡沫塑料将其填满，所以在长期城市配电线路绝缘化的使用与运行中会产生因潮湿而影响绝缘特性等问题，因此这一方法虽然也可能在一定程度上降低城市配电线路绝缘化的断线概率，但不能从根本上避免城市配电线路绝缘化受到雷击。

3.“分流”和散热

把绝缘子周围的导线绝缘层完全剥开，在剥离部分安放特制的金属件，使工频电弧固定在特制金属件上燃烧或将弧根转移，能够大面积增加城市配电线路架空绝缘线的散热面，进而避免“针孔效应”发生，并且可以避免发生因雷击而烧断电线的情况。如近年来芬兰采用了在绝缘子与架空绝缘导线的连接处剥离绝缘层的方法，选取闪络保护型的线夹；瑞典与美国等两个国家把绝缘子两边的绝缘导线部分剥离绝缘层，并同时安装闪络防弧线夹。这些方法对第一种断线形式是有一定用处的。

4.其他防雷措施

其他针对城市配电线路绝缘化的防雷措施如下：一是可以根据一定的间距在装置杆设置避雷器，通常以间隔150米为最佳。在部分多雷的城市区域可以多安装避免雷击，每一个杆设置一组避雷器，从而提高避雷效果，降低雷击断线事故的发生率；二是可以适当延长闪络路径，经由延长城市配电线路的闪络路径可以使得电弧极易熄灭，并且在局部提升了绝缘厚度，进一步提升防雷效果。[5]

三、结语

本文通过有效分析国内外城市电线路绝缘化的架空裸线替换为架空绝缘线以后发生的雷击断线事故，针对目前城市配电线路绝缘化提出了科学的防雷措施。城市配电线路绝缘化的防雷措施受到所在區域的天气、自然及环境等情况影响，针对不同的雷击事故发生的特点及薄弱环节，选用切实可行的防雷设计方案和质量合格、性能可靠的防雷设备以便更好地防止雷击事故发生。简单来说，根据城市配电线路绝缘化的实际情况有针对性地提出切实有效的防雷措施具有非常重要的意义。

参考文献：

[1]陈云林，葛维标.配电线路防雷措施研究与总结[A].中国电机工程学会变电专业委员会2012输变电年会论文集[C].2012：7.

[2]闫文奕.配电线路防雷措施研究及新型线路避雷器的运用[J].电瓷避雷器，2012，（6）：76-80.

[3]吴燕燕，徐秀峰.10kV架空绝缘导线的应用与防雷措施初探[J].电源技术应用，2012，（12）：221-222.

[4]王化山.配电线路绝缘导线的防雷措施及分析[J].安徽电力，

2010，（1）：6-8，60.

[5]陈占辉，高飞，吕强.架空绝缘配电线路防雷措施的探讨[J].农村电气化，2008，（S1）：225-227.

（责任编辑：王祝萍）