10kV配電架空絕緣導(dǎo)線的雷擊斷線問題及對策

1、10kV配電架空絕緣導(dǎo)線的雷擊斷線問題及對策2008-11-18 11:14:00上海兆邦電力器材有限公司供稿摘要：本文簡要介紹了近三年來上海城區(qū)配電線路雷擊情況，在對10kV架空絕緣導(dǎo)線受雷擊斷線事故進行分析的基礎(chǔ)上，找出斷線原因并提出對策。 關(guān)鍵詞：絕緣導(dǎo)線 雷擊 建弧率 工頻續(xù)流  1.概述 10kV配電線路系電力系統(tǒng)中公里數(shù)較長且與用戶關(guān)聯(lián)最為密切的電壓等級線路。由于眾所周知的原因，10kV線路的絕緣水平普遍較低，不僅在雷直擊導(dǎo)線和塔頂時會閃絡(luò)引起跳閘，而且在雷電擊中周邊的樹木或建筑時，因感應(yīng)電壓過高也會導(dǎo)致閃絡(luò)。 

2、目前我國大、中城市10kV配電線路采用絕緣導(dǎo)線作為架空配電線路的愈來愈多，有效地解決了裸導(dǎo)線難以解決的走廊和安全問題，與地下電纜相比具有投資省，建設(shè)快的優(yōu)點，但也帶來了一些新的技術(shù)問題，其中之一就是絕緣導(dǎo)線在運行中的雷擊斷線。上海市區(qū)自80年代末開始使用絕緣導(dǎo)線以來，至目前10kV城網(wǎng)已基本絕緣化。近期上海地區(qū)雷電活動頻繁，已造成數(shù)十起配電線路雷擊閃絡(luò)事故，絕緣導(dǎo)線遭雷擊斷線事件也時有發(fā)生。表一摘要了上海市區(qū)供電公司近三年雷擊線路跳閘統(tǒng)計情況（圖1為03年8月2日黃陂南路30#桿遭雷擊斷線一組實物照）。因此，對絕緣線路固有的雷擊斷線問題決不能等閑視之，本文針對這一問題綜合有關(guān)資料就雷擊斷線問題

3、從原理上進行分析并提出一些經(jīng)濟有效的對策。  2.雷擊斷線原理 2.1雷擊斷線的原因 10kV配電線路在設(shè)計上“先天不足”的耐雷水平，難以承受直接雷和感應(yīng)雷的作用。當(dāng)裸線遭受雷擊發(fā)生閃絡(luò)時，由于電動力關(guān)系，數(shù)千安培的工頻續(xù)流電弧向負荷端移動直至保護動作，不會造成導(dǎo)線嚴重?zé)龎?。絕緣導(dǎo)線則不同，在擊穿點的周圍存在絕緣，阻礙電弧的移動，使弧根停留在一點燃燒，此時即使將繼電器跳閘時間調(diào)整到最小，導(dǎo)線也將被幾千安的短路電流所損傷，斷線事故的發(fā)生仍然難以避免。 2.2高層建筑的屏蔽效應(yīng) 市區(qū)的各種高層建筑的屏蔽對減少直接雷的發(fā)生非常有效。但高層建

4、筑的引雷作用卻增加了鄰近線路感應(yīng)過電壓的發(fā)生。據(jù)國外資料統(tǒng)計，配電線路感應(yīng)雷占80%，感應(yīng)雷的放電電流通常小于1kA，感應(yīng)過電壓的幅值約可達200300kV。如此高的過電壓幅值對10kV線路來說是難以承受的。這也就說明了表一統(tǒng)計數(shù)據(jù)35kV線路跳閃率遠低于10kV線路的原因。 2.3影響10kV絕緣導(dǎo)線雷擊斷線的因素 線路絕緣水平與建弧率 當(dāng)雷擊作用于絕緣子,絕緣子的閃絡(luò)取決于過電壓值和線路絕緣水平.電弧產(chǎn)生的幾率取決于多個參數(shù):額定線電壓U2、閃絡(luò)路徑L、雷沖擊發(fā)生的時刻、雷電流的大小和線路參數(shù)等。在這些參數(shù)中主要決定于沿閃絡(luò)路徑的運行電壓平均梯度。 

5、E=U2/3·L L閃絡(luò)長度，m 建弧率是隨著E的降低而降低的。通過對電弧火花放電過程的數(shù)據(jù)分析得到結(jié)論，E710kV/m時，建弧率為零。 工頻短路電流與雷電產(chǎn)生的熱量 造成電弧熔斷絕緣導(dǎo)線的熱量與電弧作用時間有關(guān)，電弧電流產(chǎn)生的熱量： Q=I2Rt I電弧電流 R電弧電阻 T作用時間 假定雷電波波頭時間為2s，雷電幅值為1kA；工頻短路電流作用時間為0.2s，短路電流亦為1kA。則按上式公式計算可知工頻續(xù)流產(chǎn)生的熱量將比雷電流產(chǎn)生的熱量大10000倍。由此可見感應(yīng)過電壓是雷擊斷線的誘因，而工頻

6、續(xù)流則是造成絕線導(dǎo)線斷線的決定因素。 研究雷擊斷線的原理主要目的是確定閃絡(luò)部位并采取相應(yīng)措施，使線路結(jié)構(gòu)更為完善。 3、對策 在10kV線路中全線裝設(shè)無間隙避雷器的防雷效果是不言而喻的。但是這得增加較大的投資，同時，大量地和架空線并聯(lián)的無間隙避雷器將使架空線的運行可靠性不可避免地由于附加設(shè)備可能出現(xiàn)的故障而降低了。裝設(shè)雷擊線，可使雷電流迅速從避雷線上釋放。雷擊時導(dǎo)線上只產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，具有較好的防雷效果。但因10kV線路絕緣強度較低，感應(yīng)雷仍能引起閃絡(luò)而發(fā)生雷擊斷線事故。故避雷器可減少雷擊斷線事故，但不能杜絕雷擊斷線事故。而下述幾種方案不失為防止雷擊斷線經(jīng)濟有效措

7、施。 3.1采用玻璃鋼絕緣橫擔(dān) 雷擊閃絡(luò)取決于過電壓值和線路絕緣水平，研究表明雷擊引起的電弧嚴重程度是隨著沿閃絡(luò)路徑的電場梯度的降低而降低的，因此提高PS-15絕緣子的絕緣水平就可使雷擊閃絡(luò)率大為降低，同時，即使發(fā)生雷擊閃絡(luò)其電弧強度也大為降低。然而由于技術(shù)經(jīng)濟原因，要大幅度提高支柱絕緣子的絕緣水平較為困難，目前上海地區(qū)大量使用的玻璃鋼熔絲橫擔(dān)具有機械強度高、絕緣性能好等優(yōu)點。若將其用作支柱絕緣子橫擔(dān)（見圖2），則可顯著增加閃絡(luò)路徑，從而大幅度提高線路的耐雷水平，減低線路的建弧率而基本避免了雷擊斷線事故的發(fā)生。 圖2     

8、; 3.2采用保護型絕緣間隙橫擔(dān) 玻璃鋼絕緣橫擔(dān)的應(yīng)用固然可減少線路的雷擊跳閘和雷擊斷線問題，但其過強的絕緣可能會將雷電流引向其他設(shè)備，造成其它設(shè)備的損壞事故，為使線路在遭受高強度雷擊時雷電流有一個釋放通道，我們在線路中采用了保護型絕緣間隙橫擔(dān)（見圖3）。 圖3  保護型絕緣間隙橫擔(dān)由火花放電間隙，非線性電阻限流元件。玻璃鋼絕緣橫擔(dān)所造成?；鸹ǚ烹婇g隙限制了雷電過電壓幅值，通過放電間隙的調(diào)整可控制架空線絕緣閃絡(luò)的位置。限流元件能夠在瞬間截斷工頻續(xù)流，有效地保護了架空絕緣導(dǎo)線。玻璃鋼絕緣橫擔(dān)則可在限流元件難以承受高強度雷擊作用時給線路提供一個長閃絡(luò)距離的避

9、雷保護，從而抑制工頻續(xù)流的產(chǎn)生。 3.3采用保護型金具柱式絕緣子 保護型金具柱式絕緣子，防雷擊斷線的主要作用在于：1）提高絕緣子的放電距離來減少線路的雷擊閃絡(luò)率；2）通過保護型金具將導(dǎo)線圍繞起來形成厚實的部件，以防止短路電弧根部的燃燒效應(yīng)。閃絡(luò)時，電弧在保護型金具的厚實部分之間燃燒（見圖4），而使導(dǎo)線免受損傷。 圖4 3.4低壓電網(wǎng)的防雷 低壓用電線路絕緣水平低，最易發(fā)生事故。因此，對低壓用電線路的防雷保護要充分重視。我們在變壓器出口處電纜定位支架上安裝了穿刺型無間隙氧化鋅避雷器（見圖5）。 圖5   3.

10、0;5采用NXL型耐張線夾 絕緣導(dǎo)線在法國、日本、澳大利亞等國家20世紀60年代初開始采用，已經(jīng)有40多年的經(jīng)驗，根據(jù)有關(guān)資料，日本90年代初將架空裸絞線大部分更換為架空絕緣線。線路的雷擊斷線事故也增加，雷擊閃絡(luò)發(fā)生在兩相或三相之間，工頻電流往往集中在絕緣層的擊穿點上，從而使絕緣導(dǎo)體在斷路器跳閘前熔斷。裝夾不剝皮耐張線夾的架空絕緣線在以下情況下容易發(fā)生絕緣皮蠕變或損傷： 在張力作用下 發(fā)生振動情況下 受到雷擊情況下 損傷的部位大都發(fā)生在電桿上的絕緣線固定之處，距電桿200500毫米，城網(wǎng)絕緣線防雷，一般采用安裝避雷器的方法，或選裝防雷擊斷線型的

11、支柱絕緣子及防雷擊斷線型的耐張線夾。 耐張金具的選用對斷線事故的發(fā)生有一定的影響，一種是剝皮的NXL型的耐張線夾，另幾種是不剝皮的NXJ型和NLL型耐張線夾。NXL楔型（剝皮）耐張線夾的優(yōu)點有以下三點：一是考慮防雷和應(yīng)力集中引起的斷線以及絕緣層蠕變引起的滑線。不剝皮線夾，耐張夾持處為硬塑膠兩塊楔型夾板，夾板處絕緣導(dǎo)線的絕緣皮，因產(chǎn)生的握力使絕緣層蠕變破壞，再加上它的線夾殼體結(jié)構(gòu)有平行尖銳角會產(chǎn)生感應(yīng)過電壓，引起雷擊斷線。原因二是非直接雷擊導(dǎo)線。由于地面或樹木被雷擊的反擊電壓在導(dǎo)線上，不剝皮線夾與導(dǎo)線是絕緣狀態(tài)，絕緣導(dǎo)線承受很高的殘壓而擊斷導(dǎo)線。剝皮線夾由于是厚實的金屬體，起到水庫容量

12、及散熱的作用，承受的殘壓由耐張線夾自身承受，這和在直線針式絕緣子上安裝帶間隙的避雷器或安裝長閃絡(luò)避雷器是同等道理。三是，當(dāng)我們用剝皮耐張線夾和不剝皮耐張線夾在240mm2絕緣導(dǎo)線上分別做試驗，在拉力逐漸加大的情況下，剝皮的NXL型楔型耐張線夾始終沒有抽筋的現(xiàn)象，直到拉力超過3.5噸時，導(dǎo)線才被破壞。而不剝皮的NXJ型耐張線夾，當(dāng)拉力達到1.7噸時，絕緣外皮就與鋁芯線分離，發(fā)生抽筋現(xiàn)象。國際上很多絕緣線路設(shè)計規(guī)程上明確規(guī)定絕緣導(dǎo)線安裝耐張線夾時必須剝皮。（見圖6） 圖6  4、防雷措施的綜合應(yīng)用 針對近年來我市雷電活動較為頻繁，而10kV配電線路絕緣又較為薄弱這一特

13、點，我們在市區(qū)供電公司所轄地區(qū)對防雷薄弱的線路采用上述措施進行了防雷改造，改造中采用了下述原則。 1）曠野地區(qū)在原電桿上設(shè)避雷線，以防直擊雷的侵襲。 2）采用絕緣導(dǎo)線保護型絕緣子取代原PS-15絕緣子以適當(dāng)提高絕緣子的雷電沖放電壓并降低工頻建弧率。同時，在閃絡(luò)時將電弧引向絕緣子金具有利于散熱可避免絕緣導(dǎo)線斷線。 3）在線路重要位置采用玻璃鋼絕緣橫擔(dān)取代原有的鐵橫擔(dān)，以加強絕緣。 4）在線路重要設(shè)備處安裝保護型絕緣間隙橫擔(dān)。保護型絕緣間隙橫擔(dān)在線路中具有控制閃絡(luò)位置、釋放雷電流、保護鄰近設(shè)備等諸多功能，在配電線路防雷中具有重要作用。 5）用NXL型耐張線夾取代原有的NXJ、NLL、NLD型耐張線夾以以防直擊雷和過電壓引起的雷擊斷線。 通過