探討10kV架空絕緣導線雷擊斷線的防護措施


廣東佛山電力設計院 (528000) 練振輝

民居與雷擊

為了減少樹枝、鳥類等外物引起架空裸線的故障、減小停電時間、提高供電可靠性，佛山電力局從1999年開始使用10kV架空絕緣導線。從運行情況看，確實達到了預期的效果。但是，也帶來了一些新的技術問題，主要是雷擊斷線問題十分突出。在已架設的20條架空絕緣線路中，在兩年時間內已有7條線路受到雷擊而斷線。因此，為確保架空絕緣配電網的安全運行，必須妥善解決雷擊斷線問題。

一、架空絕緣導線雷擊斷線的機理

架空絕緣導線的雷擊耐受特性與架空裸導線的物理特性明顯不同：當直擊雷或感應雷過電壓作用于裸導線引起絕緣子閃絡時，接續的工頻短路電流電弧在電動力的作用下沿著導線向背離電源方向移動，并在工頻續流燒斷導線或損壞絕緣子之前引起斷路器動作，切斷電弧；對于架空絕緣導線，在雷擊過電壓閃絡時，瞬間電弧的電流很大但時間很短，僅在架空絕緣導線絕緣層上形成擊穿孔，不會燒斷導線。但是，當雷電過電壓閃絡，特別是在兩相或三相(不一定是在同一桿、塔上)之間閃絡而形成金屬性短路通道，會引起數千安培工頻續流，電弧能量將驟增，此時，由于架空絕緣導線絕緣層阻礙電弧在其表面滑移，高溫弧根被固定在絕緣層的擊穿點而在斷路器動作之前燒斷導線。由此可見，雷擊過電壓引起工頻續流是導致架空絕緣導線雷擊斷線的主要原因。

二、防范措施

1．安裝架空地線架空地線的作用，主要是將幅值很大的雷電過電壓轉化為電流，經很低的桿塔接地電阻排泄出去，從而大幅度降低雷電過電壓，使導線得到保護。這在絕緣水平很高的110kV及以上電壓等級送電線路是作為防雷的主要措施。10kV配電網絕緣水平較低，雷擊架空地線后極容易造成反擊閃絡，仍然會發生工頻續流燒斷絕緣導線。而且根據統計，配電線路遭受直接雷擊或繞擊的概率很小，約占雷害事故的20%，配電線路上80%的雷電過電壓故障是感應過電壓。因此，架空地線只能在直擊雷頻繁的區域使用。

2．安裝氧化鋅避雷器隨著氧化鋅閥片技術性能的提高，氧化鋅避雷器的優良保護性能已被人們所接受，近年來已廣泛應用于電氣設備過電壓保護。氧化鋅避雷器可以限制感應過電壓幅值，在雷擊閃絡后吸收放電能量，阻止工頻續流起弧，達到保護導線的目的。氧化鋅避雷器價格比較高，因此要研究每隔多少距離安裝一組，既要安裝得最小又能夠保護全線。氧化鋅避雷器的保護范圍與雷電特性、氧化鋅避雷器參數、氧化鋅避雷器接地裝置的接地電阻數值和線路絕緣水平有關。而其中的雷電特性目前還缺乏數據。只能加以假定。以佛山市區為例：配電線路的感應過電壓幅值為200－300kV峰值，波頭為2μS，線路采用P－15T針式絕緣子，防雷接地電阻為10歐姆，建議每隔200－300米安裝一組氧化鋅避雷器。但安裝氧化鋅避雷器亦有不足之處：(1)破壞架空絕緣導線的主絕緣，可能會因密封不良而引起架空絕緣導線線芯進水，容易在線路弧垂最低點處產生積聚水份并發生電－化腐蝕，運行至六、七年后會發生腐蝕斷線事故；(2)氧化鋅避雷器在使用時，長期承受工頻電壓的作用，一旦氧化鋅避雷器意外損壞，將會造成系統死接地的故障。

3．安裝防弧金具在距離絕緣子中心150－200mm的范圍內(負荷側)剝離一小段絕緣導線的絕緣層，安裝上防弧金具，可使雷電過電壓均在防弧金具與絕緣子鋼腳之間定位閃絡，接續的工頻短路電流電弧的弧根固定在防弧金具上燃燒，從而保護導線免于燒傷。該方式操作簡便，投資少，能防止雷擊斷線，但需剝離絕緣層，存在局部導體裸露，并且在雷擊后必須要更換燒傷的防弧金具。

4．安裝線路過電壓保護器線路過電壓保護器是由非線性電阻限流元件(氧化鋅閥片)及串聯放電間隙(不銹鋼引流環)組成，在雷電過電壓閃絡后引起的工頻續流流過線路過電壓保護器，非線性電阻限流元件(氧化鋅閥片)利用其電壓高時阻值低，電壓低時阻值高的特性，將正弦波形的工頻續流轉變成尖頂波，尖頂波電流在過零前有相當長的時間電流幅值較小，同時，限流元件的殘壓削減放電電壓，截斷工頻續流使電弧瞬間熄滅。此時，串聯間隙起隔離作用，保護限流元件耐受較高的過電壓而不損壞，有效地阻止架空絕緣導線發生雷擊斷線事故。這種方式成本比安裝氧化鋅避雷器稍低，而且與絕緣子并聯安裝，不損壞絕緣導線的主絕緣層，基本上免維護裝合成絕緣子采用合成絕緣子，提高了線路的沖擊耐壓水平，確保只在特別高的雷電感應過電壓作用下才閃絡，工頻續流會因合成絕緣子的放電爬距大而無法建弧而熄滅。但合成絕緣子價格比較貴，經多次閃絡后將會損傷，適用于新建線路。


三、結論 絕緣導線雷擊必斷，這是其特性所然，在架設架空絕緣導線的地方，應重視雷擊斷線問題.......