配网绝缘线路防雷分析及应用

配网绝缘线路防雷分析及应用

陈垠锟 邓贤军 史灵

南网海南电网有限责任公司海口供电局 海南省海口市 570000

引言

对于配网的架空线路，绝缘导线相比裸导线有着防止树障等引起的相间短路、减少电力线路通道空间、降低线路绝缘支柱件的绝缘要求等优点。因而架空线路绝缘化改造在配网得以广泛推广，但随之而来的是雷击造成断线事故频发。据不完全统计，绝缘线路发生的安全运行事故，80%都是因为雷击造成的架空绝缘导线事故。为此，本文基于对配网架空线路防雷的现状及线路防雷的关键因素进行分析，采用新型综合防雷保护措施，并通过10kV 新民乡线进行防雷效果验证。

1 配网雷击特点

架空绝缘导线的特点是有落体导线所不具备的安全性、有电缆所不具备的经济性，因此在近年来的配电网络建设过程中应用越来越广泛。然而在实际的应用过程中也爆漏了一些其他的问题，如架空绝缘导线很容易造成雷击断线的情况，因此对于配电网络的可靠稳定性均造成巨大的威胁。资料显示架空绝缘导线雷击断线的事故总发生率为96.8%。经过多次的观察发现，绝缘导线的档距中央的导线遭受雷击时，断裂部位的大多数情况均位于符合测绝缘子大概300m左右的地方，而且断裂面非常平整，断面的颜色都呈现出暗亮色情况。经推断导线的断裂方式是介于脆性和韧性之间。

因为当档距中央的导线遭受雷击时，雷电流的分配方式是根据两侧的线路波阻抗的情况进行的，由于工频电流会产生电磁力，因此雷电流会流经远离电源侧的杆塔位置，因次在电源一侧的导线则很容易发生雷击，从而导致短路断裂。绝缘导线表面有保护层因此即使在雷电流的作用下也不会形成氧化铝，所以当雷击过电压在相对比较容易击穿的位置进行击穿，而且会在导线的表面遗留下裂纹。在过电压击穿之后工频短路的高电流直通向塔杆顶部，但是在运行途中会遭受绝缘层的阻碍因此在击穿点发生燃烧引发导线断裂；或者工频电流会产生电磁力，到现在收到电磁力、自身的重力等作用力的影响，击穿点的作用力不平衡导致断裂。

雷电感应过电压和过电流值的估算如下：

　　Ug=25Ihd/s

上式中Ug表示的是过电压的峰值，单位v，I表示雷电的主放电电流，单位是a，hd表示的是导线和地面的距离。S表示的是雷击点和导线之间的距离。

当雷击作用于裸导线时，工频续流电弧的弧根会在短时间内沿线路潮流方向滑移，热量得以释放不容易形成局部温度过高。而受绝缘线的结构影响（绝缘导线采用半导电屏蔽和交联聚乙烯作为绝缘层，其中使用的半导体材料具有单向导性能），电弧的弧根会在绝缘层的薄弱点发生，而当雷击于绝缘导线时，产生针孔状的击穿，持续的工频电弧会在极短的时间内在击穿点形成上千度高温，引起绝缘导线的断线。

另外感应雷击过电压容易导致绝缘子顶部附近导线和绝缘子下金属形成放电通道，形成绝缘子闪络，严重时导致单相接地，在工频电流作用下，接地电弧不能自行熄灭，形成持续放电通道，最终引起线路跳闸。因此配网线路的防雷重点是绝缘导线雷击断线和雷击跳闸。

2 配网线路防雷措施

经过电力工作者长期研宄和多年实践。像治理水患一样，电力线路的雷击防护方法，主要分为“堵”和“疏”两大类。

“堵”的理论是通过提高线路的耐受能力以降低雷击危害，其方法主要包括提供足够的保护范围、増强线路绝缘水平等。“疏”的理论是通过短时间的泄流以降低对线路损害，其方法主要通过在绝缘子串上并联保护间隙，引导工频续流电弧离开绝缘子串到并联保护间隙上，避免绝缘子闪络。

目前，10kV 线路常用的防雷措施主要有：（1）架设避雷线；（2）降低线路接地电阻；（3）架设耦合地线；（4）安装避雷器；（5）增强绝缘水平；（6）其他防雷措施。其中，配网架空线路安装避雷线、耦合地线的作用不明显,尤其是在地形较复杂的山区,绕击、反击事故频发,且还有避雷线雷击断落引发事故的情况。另外降低线路接地电阻及增强绝缘水平由于经济成本较高、需要较大的人力和材料成本，还在典型区域试点应用。

目前常用的防雷措施是安装线路防雷设备，其中最常用的线路防雷设备是采用无间隙氧化锌避雷器，但该产品在应用过程中存在以下不足：产品必须可靠接地；（2）产品长期承受工频电压，寿命短；（3）一旦发生故障击穿，会形成永久性故障点，影响供电可靠性。

另外也有有部分10kV 线路采用并联放电间隙方式, 如防雷金具、过电压保护器等对线路进行保护，但这种方式需要人为根据线路安装点的实际情况调整放电间隙的大小，使其满足空气击穿的条件，因此现场的安装工艺在一定程度上影响到设备的线路保护性能。

3新型综合防雷保护措施在10kV 线路防雷应用

根据雷击产生的理论和防雷设计的实际工作经验，于2017年4-7月份在多雷区的旧州供电所选择2条典型线路（10kV旧州线、10kV道美线）采取下列措施进行防雷改造：

1. 对重点雷击地段线路每基杆塔采用“绑扎线+支柱处绝缘导线环切的方式”，对使用年限较久的支柱绝缘子进行更换。利用杆塔自身横担接地不需要另外敷设接地装置等特点，以牺牲部分点位绝缘为代价，在线树矛盾不突出的杆段先行采用该种模式，确保在感应雷击过电压产生时保障有效电弧滑移距离，不会因为局部突然温升导致线路烧断，也在目前实际安装运行中达到了绝缘线路防雷的要求。

2. 重点空旷地势较高地段的耐张杆塔、15 m及以上的杆塔安装脱扣式避雷器或者并联放电间隙。通过限制感应过电压的幅值，吸收雷电放电后的闪络电能，限制工频续流，达到保护导线的目的。而且，脱扣式避雷器具有遇到雷击击穿后自动脱扣、瞬间与带电线路分离的优点，避免了雷击避雷器引起的二次接地事故的发生。

3. 对重点雷击地段的水泥杆塔进行接地改造，通过接地扁铁与杆塔横担之间有效接地改造，避免雷击时产生的巨大泄漏电流引起绝缘子击穿闪络造成绝缘线路断线事故。

10kV旧州线、10kV道美线改造后运行稳定，在雷雨季节未发生雷击断线的情况甚至未有雷击跳闸。

4 结语

笔者分析了配网雷击特点，阐释了配网线路防雷措施的特点和不足，最后有针对性的将新型综合防雷保护措施应用在旧州供电所2条典型线路上，取得了不错的成效。该成果若能广泛应用，能大大降低成本的同时也方便运维工作开展，具有很好的推广前景。

陈垠锟（1986.03-）；性别：男，籍贯：江苏徐州，学历：硕士研究生，毕业于华北电力大学；现有职称：工程师；研究方向：电气工程