胡 茜 林余杰 胡朋杰

（國網(wǎng)浙江樂清市供電公司運(yùn)維檢修部，浙江 樂清 325600）

我國經(jīng)濟(jì)正處于騰飛階段，社會(huì)各方面用電量驟增，需鋪設(shè)更長的輸配電線路，以緩解供電緊張。電纜敷設(shè)進(jìn)度慢，投資較大，而架空裸導(dǎo)線存在著走廊和安全問題，故架空絕緣導(dǎo)線在當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛。其優(yōu)點(diǎn)固然很多，但也有弊端，最為突出的就是雷擊斷線故障。架空絕緣導(dǎo)線長期暴露于空氣中，難免會(huì)遭到雷擊，一旦斷線，將影響到整個(gè)輸配電線路。從近幾年相關(guān)數(shù)據(jù)分析來看，國內(nèi)外每年都有多次雷擊斷線事故發(fā)生，不但造成了巨大的經(jīng)濟(jì)損失，還容易導(dǎo)致居民傷亡。國內(nèi)電網(wǎng)事業(yè)發(fā)展前景良好，隨著城鄉(xiāng)生活水平提升，10kV架空絕緣導(dǎo)線長度不斷增加。安全問題永遠(yuǎn)在第一位，線路密集帶來了一定的風(fēng)險(xiǎn)，為抑制雷擊斷線事故的上升趨勢，需果斷采取有效措施。

1 案例分析

20世紀(jì) 80年代初，隨著改革開放之風(fēng)蔓延，國家制定了一系列政策，某市憑借自身優(yōu)勢條件，在政府領(lǐng)導(dǎo)和政策鼓勵(lì)下，經(jīng)濟(jì)進(jìn)步，成績斐然。幾年后，用電量超了3倍，為滿足各方面用電，對配電網(wǎng)架空線路做了重新規(guī)劃，10kV架空絕緣導(dǎo)線得以廣泛使用。相關(guān)運(yùn)行資料顯示，絕緣導(dǎo)線長度越來越長，雷擊斷線事故發(fā)生次數(shù)也隨之增加。2000—2005年間，每年每一百公里約有3次雷擊斷線事故。2006年，該市出現(xiàn)8次雷擊斷線事故，因此導(dǎo)致了近600次線路故障。2007年7月，該市某高中附近發(fā)生雷擊斷線，造成13名學(xué)生重傷，停電也給當(dāng)?shù)鼐用駧碇T多不便。經(jīng)計(jì)算，若 10kV配電線路負(fù)荷為4500kV，每次修復(fù)時(shí)間4～5h，所花總費(fèi)用在12～15萬元之間?？芍?，雷擊斷線事故會(huì)直接造成經(jīng)濟(jì)損失，若能控制事故發(fā)生率，可避免很多損失。

2 關(guān)于10kV架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線的原理分析及現(xiàn)有預(yù)防對策

2.1 原理分析

雷擊是一種帶電云層與地面放電的自然現(xiàn)象，通常分為直擊雷和感應(yīng)雷，前者是指云層直接對地面某一點(diǎn)放電，破壞力巨大；后者又叫二次雷，多指直接雷發(fā)生后，所產(chǎn)生的余波，對周圍事物造成的放電現(xiàn)象。過電壓擊中裸導(dǎo)線后，工頻電弧會(huì)沿著導(dǎo)線移動(dòng)，因?yàn)榛「箿囟鹊陀诨「?，而弧根沿著?dǎo)線表面滑動(dòng)，弧腹則向空中飄浮，導(dǎo)體通常不會(huì)被燒損，也就不會(huì)發(fā)生斷線故障。而絕緣導(dǎo)線被雷電過電壓擊中時(shí)，過電壓勢能大但時(shí)間短，通常會(huì)引起絕緣層被擊穿，從而發(fā)生絕緣子閃絡(luò)現(xiàn)象。同時(shí)，工頻短路電流受限，不像裸導(dǎo)線被擊中時(shí)那般，弧根在表面滑動(dòng)，以至于高溫度的弧根，容易集中在被擊穿后的絕緣層處燃燒，最終因雷擊導(dǎo)致斷線。

2.2 預(yù)防手段

目前國際上多通過兩種方式預(yù)防雷擊斷線：一是疏導(dǎo)法，該方法通過裸露化絕緣子附近的絕緣導(dǎo)線，達(dá)到弧根移動(dòng)的目的，如此一來，高溫弧根就不再集中于一點(diǎn)燃燒，絕緣導(dǎo)線也就不易燒損。該方法成本較低，操作難度不高，不過絕緣導(dǎo)線一旦裸露化，絕緣性和密封性就會(huì)受到影響；二是堵塞，在絕緣導(dǎo)線上安裝避雷針等裝置，提高其絕緣性，從而降低閃絡(luò)發(fā)生率，阻止雷擊后工頻電流起弧。該方法具有良好的保護(hù)效果，但是成本昂貴，安裝具有很大難度。

按具體的方法來分，有以下多種：安裝氧化鋅避雷器、架空避雷線，使用鉗位絕緣子，增強(qiáng)導(dǎo)線絕緣能力，加長閃絡(luò)路徑，使用防弧金具、過電壓保護(hù)器等。最后兩種方法在我國應(yīng)用較為普遍，雖能起到很好的保護(hù)效果，但在運(yùn)行維護(hù)等方面仍有不足。隨著現(xiàn)代化科技的進(jìn)步，一些新的防雷擊斷線的技術(shù)逐漸興起，某市自2007年開始研制一種新型的穿刺型防雷金具，并于2009年投入使用，經(jīng)過多年監(jiān)測觀察，雷擊斷線事故得到較好的控制。

3 新型10kV架空絕緣導(dǎo)線防雷擊斷線用防雷金具的設(shè)計(jì)分析

3.1 結(jié)構(gòu)組成

此新型防雷金具結(jié)構(gòu)圖如圖1所示，主要由絕緣導(dǎo)線、絕緣子、絕緣子下部金屬電極、穿刺線夾、硅橡膠護(hù)套、延伸電極和屏蔽電極幾部分組成。它可以直接安裝在絕緣子上端，除了良好的防雷擊斷線功能，運(yùn)行安全度大大提高，且安裝工作簡單，維護(hù)難度小，非常適用于10kV架空絕緣導(dǎo)線。

圖1 新型防雷金具結(jié)構(gòu)圖

3.2 工作原理

在該裝置中，利用穿刺線夾，放電間隙可移至絕緣子下部金屬電極和屏蔽電極之間加以固定。穿刺刀片和導(dǎo)體直接相連，當(dāng)雷電過電壓擊中 10kV架空絕緣導(dǎo)線時(shí)，在穿刺刀片導(dǎo)引作用下，過電壓會(huì)被轉(zhuǎn)移流向絕緣子下端的金屬電極和屏蔽電極上，并對此直接放電。如此一來，產(chǎn)生的工頻續(xù)流電弧就解決了在架空絕緣導(dǎo)線上集中于一點(diǎn)燃燒的問題，而是在裝置的放電間隙燃燒，從而避免了斷線。從其實(shí)質(zhì)上看，即在絕緣子處依照裸導(dǎo)線的結(jié)構(gòu)將絕緣導(dǎo)線進(jìn)行改變，保證其不被燒損。

3.3 技術(shù)性能要求

為體現(xiàn)此新型防雷金具的優(yōu)勢，對其技術(shù)性能有要求，需滿足以下三點(diǎn)：首先，穿刺電極和絕緣導(dǎo)線部分保持緊密的接觸，并保證其熱穩(wěn)定性。一般會(huì)開展熱穩(wěn)定試驗(yàn)，電流有效值為 20kA，持續(xù)1s；其次，PS-15型絕緣子在10kV架空絕緣導(dǎo)線配電線路中應(yīng)用較多，以此為例，新型防雷裝置的雷擊閃絡(luò)電壓至少要達(dá)到 105kV；最后，該裝置需經(jīng)過工頻短路電流試驗(yàn)和相應(yīng)的電弧試驗(yàn)，并達(dá)到試驗(yàn)要求，即保證絕緣導(dǎo)線不被燒損，但允許高壓電極和低壓電極局部被燒。電弧試驗(yàn)包括大電流試驗(yàn)和小電流試驗(yàn)，前者的短路電流有效值為12.5kA，時(shí)間0.3s，試驗(yàn)次數(shù)5次；小電流電弧試驗(yàn)短路電流有效值為1.5kA，時(shí)間1s，試驗(yàn)次數(shù)5次。

4 通過開展試驗(yàn)分析新型防雷金具的可行性

4.1 熱穩(wěn)定試驗(yàn)

為保證新型防雷金具能起到良好的防雷擊斷線效果，需通過幾項(xiàng)試驗(yàn)對其各項(xiàng)性能進(jìn)行檢測。熱穩(wěn)定試驗(yàn)由沈陽機(jī)械工業(yè)高壓電器質(zhì)量檢測中心負(fù)責(zé)，試驗(yàn)用的電源頻率為 50Hz，功率因數(shù)在 0.15以內(nèi)。試驗(yàn)前，把該裝置直接安裝在截面面積為180mm2的10kV架空絕緣導(dǎo)線上，絕緣子采用PS-15型。

本試驗(yàn)要求的短路電流值為 20kA，實(shí)際值為22.5kA；要求的時(shí)間為1s，實(shí)際值為1.05s。試驗(yàn)結(jié)果見表 1，試驗(yàn)前后穿刺電極和導(dǎo)線間的接觸電阻變化情況見表2。

表1 22kA短時(shí)耐受電流熱穩(wěn)定試驗(yàn)

表2 試驗(yàn)前后的接觸電阻變化情況

從試驗(yàn)結(jié)果來看，試品損傷較小，沒有明顯痕跡，前后的接觸電阻變化率為3%，在試驗(yàn)前的20%以內(nèi)，說明該新型裝置熱穩(wěn)定試驗(yàn)通過。

4.2 雷電沖擊放電試驗(yàn)

圖2是雷電沖擊電壓試驗(yàn)線路原理圖。

圖2 雷電沖擊電壓試驗(yàn)線路原理圖

從前面分析可知，新裝置的雷擊閃絡(luò)電壓最少要達(dá)到 105kV，需要分為正極和負(fù)極，分別開展試驗(yàn)，圖3是本次試驗(yàn)的波形圖，如其中負(fù)極性標(biāo)準(zhǔn)雷擊放電電壓波形圖所示，臨界擊穿電壓為241.3kV；正極性圖的臨界擊穿電壓為214.5kV，高于要求的 105kV。在沒有安裝此新型防護(hù)裝置時(shí)，考慮到現(xiàn)實(shí)中雷擊以負(fù)極性為主，其負(fù)極性波形圖的臨界擊穿電壓為 260kV。相比之下，安裝與否并沒有很顯著的差異，究其原因，主要在于安裝在表面的電場分布得到明顯改變，所以對其擊穿閃絡(luò)PS-15型絕緣子上的穿刺型高壓電極沒有使絕緣子特性影響較小。

圖3 試驗(yàn)波形圖

4.3 工頻電弧試驗(yàn)

為保證新防雷金具在遭受雷擊后，工頻續(xù)流電弧能夠被引導(dǎo)至絕緣子下部金屬電極和屏蔽電極之間的放電間隙，并在此燃燒，避免絕緣導(dǎo)線被燒損，需開展工頻電弧試驗(yàn)。試驗(yàn)接線圖如圖4所示。

圖4 試驗(yàn)接線圖

試驗(yàn)前，將該裝置直接安裝于絕緣導(dǎo)線，采用PS-15型柱式絕緣子，所有的試驗(yàn)在同一個(gè)樣品上開展。試驗(yàn)過程分為兩步：①完成連續(xù)5次大短路電流工頻電弧試驗(yàn)，電流為12.5kA，電弧燃燒時(shí)間0.3s；②完成連續(xù) 5次小短路電路工頻電弧，電流為2.5kA，電弧燃燒時(shí)間0.5s。此外，為保證試驗(yàn)的科學(xué)性和精確性，10次試驗(yàn)總時(shí)間必須控制在30min以內(nèi)。

表3為工頻5次大電流電弧試驗(yàn)結(jié)果，表4為工頻5次小電流電弧試驗(yàn)結(jié)果。對兩個(gè)表格進(jìn)行分析，該新型裝置經(jīng)過10次電弧灼燒試驗(yàn)，雖然高壓電極被燒損，低壓電極也有明顯損傷，但絕緣導(dǎo)線基本上保持完好，并未被明顯燒損，整個(gè)防雷金具性能不受影響，說明此次試驗(yàn)通過，試品符合要求。由此可知，新型防雷金具選擇耐燒灼金屬材料具有其合理性，可保證絕緣子被燒損的情況下不會(huì)斷線，其抗電弧灼燒性要明顯高于其他普通防雷擊方式，用于 10kV架空絕緣導(dǎo)線，對降低雷擊斷線事故發(fā)生率大有幫助。

表3 工頻5次大電流電弧試驗(yàn)結(jié)果

表4 工頻5次小電流電弧試驗(yàn)結(jié)果

5 新型防雷金具與過電壓保護(hù)器、防弧金具在各方面的對比分析

前面3個(gè)試驗(yàn)表明：不管是在熱穩(wěn)定性，還是工頻電弧等方面，該市設(shè)計(jì)的新型防雷斷線用防雷金具均符合要求，具有良好的使用價(jià)值，值得進(jìn)一步推廣。為進(jìn)一步求證其經(jīng)濟(jì)使用價(jià)值，該市在研究過程中，從其他市區(qū)選擇了過電壓保護(hù)器、防弧金具兩種防雷擊斷線裝置，與新型裝置的綜合性能加以對比分析。對比結(jié)果見表 5，共涉及穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性、實(shí)際能力、安裝難度、免維護(hù)性等七個(gè)方面。

表5 新型防雷金具與過電壓保護(hù)器、防弧金具在各方面的對比

對比分析結(jié)果顯示，經(jīng)穩(wěn)定性、經(jīng)濟(jì)性等方面的綜合比較，新型 10kV架空絕緣導(dǎo)線防雷擊斷線金具的綜合性能要優(yōu)于過電壓保護(hù)器和防弧金具兩種防護(hù)方式。該市2009年開始使用這種新型裝置，每年大約可減少 75%的雷擊斷線故障，應(yīng)用效果明顯。

6 結(jié)論

作為當(dāng)前社會(huì)不可缺的資源，電能供求日益緊張，配電網(wǎng)中 10kV架空絕緣導(dǎo)線明顯增多，隨之而來的安全問題也不容忽視。雷擊斷線是發(fā)生率較高、威脅最大的一種故障，必須采取有效的措施盡量避免。當(dāng)前已有的防護(hù)措施大都存在有弊端，在此提出了一種新型防雷金具，今后可加以推廣。

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