架空绝缘线路防雷措施分析

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【摘 要】架空绝缘导线可降低导线碰撞短接引起的停电事故，可大大提高供电可靠性，因此在城市配网中应用越来越广泛。但随着架空绝缘导线的大量应用，绝缘导线雷击断线的问题也日益突出。本文分析了防雷击断线的原理，论述了常用的几种防雷击断线方法，并对线路的防雷击断线改造和新建设计提供了建议。

【关键词】架空线路；防雷；措施

0.引言

在配电网络中架空绝缘线与传统的裸导线相比，可大幅度降低因外力事故造成导线碰撞短接和绝缘子故障及线树矛盾引起的停电事故，大大提高供电可靠性；可大幅度降低因误碰带电导线造成的人身伤亡事故；可明显的减小相间距离及对建筑物的水平距离，从而减少占用的空间走廊；可使架空配电线路装置小型化，节约了材料，减轻了重量，降低了施工人员的劳动强度，大大减少了维修工作量等优点。因而随着我国配电网近年来的高速发展，架空绝缘线也得到了大范围的推广和应用。但在应用过程中，绝缘导线雷击断线问题也日益突出。

随着近年来我国大规模城乡电网改造，全国越来越多的城市配电网大量采用架空绝缘线。在这种情况下，如何妥善解决雷击断线问题，以确保架空绝缘配电网的安全运行已经成为了我国配电网系统中迫切需要解决的重要问题。

1.雷击断线机理

架空绝缘导线的雷击耐受特性与架空裸导线的物理特性明显不同， 当直击雷或感应雷过电压作用于裸导线引起绝缘子闪络时， 连续的工频电流电弧在电磁力的作用下， 沿导线向着背离电源的方向快速移动， 电弧的弧根固定在导线表面运动， 弧腹在随同弧根向前运动的同时， 受到热应力的作用不断向上空飘浮。根据电弧的温度分布特性， 弧根的温度最高， 对导线的烧损最严重； 弧腹的温度较低， 一般不会烧损导线。在上述过程中， 电弧的弧根是沿导线运动的， 而不是固定在一点燃烧， 因此不会集中烧伤导线， 引起断线的几率很小。当直击雷或感应雷过电压作用于绝缘导线时，幅值足够高的雷电过电压将引起导线的绝缘层和绝缘子同时击穿和闪络， 被击穿的绝缘导线绝缘层呈一针孔状， 接续的工频续流电弧受到周围绝缘层的阻凝， 不能移动， 弧根只能固定地在针孔处燃烧， 在极短的时间内导线就会被整齐地烧断。导线的断点一般位于绝缘子附近， 约在10-40cm 范围内， 或者在耐张和支出搭头处， 即绝缘水平较弱的地方。

2.防雷击断线措施

为了降低日益高涨的雷击断线事故率，先后采用了不少预防措施和方法，具体如下：

2.1架空避雷线

配网线路雷击事故，80%为感应雷造成。在空旷地区对配电线路设置接地避雷线进行屏蔽，可以有效降低导线上的感应过电压。架设避雷线可使线路感应电压降低20%-30%。另架设避雷线对直击雷也有一定的防护效果，但因10kV架空绝缘线路本身绝缘水平低，即使架设避雷线，线路也会闪络。

从防雷击断线效果来看，架设避雷线对防直击雷和感应雷都有一定效果，但效果不是很明显；从经济方面来看，配网线路全线架设避雷线造价太高；从施工难度来看，若为线路改造，架设避雷线还需要对杆塔及横担进行改造。

2.2增强线路绝缘

增强线路绝缘，提高线路的绝缘水平，也可显著增加闪络路径，从而大幅度提高线路的耐雷水平，降低线路闪络率和建弧率而避免雷击断线事故。目前增强线路绝缘的方法由采用绝缘横担和更换线路绝缘子。相关研究表明绝缘水平由100kV提高到120kV时，线路非直击雷耐雷水平提高了21.66%；由120kV提高到140kV的过程中，耐雷水平提高了17.80%。

为了降低线路造价，可采用架空绝缘导线加强局部绝缘的方式，根据线路多年的运行经验，对易击段增加绝缘子片数，或将悬式绝缘子更换为闪络路径更大的柱式绝缘子，以增长闪络路径阻止电弧的形成，或将IOkV配电线路中采用的瓷绝缘子更换为瓷横担，或在绝缘导线与绝缘子的固定位置加强局部绝缘，使雷电不闪络或闪络后引发的接续工频短路电流因爬距较大而无法建弧，从而有效降低雷击跳闸率，防止绝缘导线发生断线事故。

2.3线路过电压保护器

线路过电压保护器为串联间隙氧化锌避雷器，利用外间隙，形成对氧化锌限流元件的外放电间隙，当线路正常运行时，由于串联放电间隙，氧化锌阀片上无工频续流流过；当线路出线雷电过电压时，外间隙首先放电，雷电流经氧化锌限流元件释放，而工频续流则被氧化锌限流元件截断，从而防止雷击断线事故的发生。

当配电线路没有装设避雷器进行保护时，线路的耐雷水平很低，雷击闪络率高。每隔一定间距在线路上装设避雷器后，能显著提高线路的耐雷水平，耐雷水平的提升效果跟避雷器的安装间距密切相关，总体趋势是安装密度越大，非直击雷耐雷水平越高，闪络次数越低。在实际应用时，可根据具体防雷要求来选择避雷器的具体安装间距。推荐每隔200m安装一组带串联间隙避雷器，将非直击雷击闪络次数降低90%以上。

2.4防弧金具

防弧金具常分为剥线型和穿刺型金具。剥线型金具常在绝缘子轴线距离300-500mm处绝缘层剥离，在剥离段加装一个厚重的铝合金线夹，当雷击闪络建弧后，工频续流电弧在电动力的作用下迅速沿着被剥离的导线向防弧线夹处移动，且弧根固定在防弧线夹上燃烧；穿刺型线夹，无需剥离绝缘层，直接对绝缘导线穿刺接触。

防弧金具是防架空绝缘线雷击断线的最直接有效方法。防弧金具防护效果好、价格低廉、施工简单、性能可靠、设备免维护。安装时对于开环运行的架空绝缘线路，防弧金具应安装在绝缘子的负荷侧，对于环网架空绝缘线路，防弧金具应在绝缘子两侧对称安装，且用铝线将两个高压电极连接。剥线型防弧金具相较于穿刺型防弧金具而言，需要剥离杆塔附近一段绝缘层，会造成导线进水氧化，同时在剥线过程中还很有可能会对导线造成损伤。因此，在选择防弧金具时应优先选用穿刺型防弧金具。

2.5降低绝缘电阻

从防雷效果来看，降低接地电阻对直击雷有很好的防护效果，但对感应雷则起不到什么效果。从经济方面来看，对于土壤电阻率较高的山地等降低接地电阻率则花费加大，且降阻效果较差。

3.设计改造原则

3.1新建线路防雷击断线原则

a.新建10kV架空线路可以根据其重要性、线路单位面积年落雷个数，在部分线段架设避雷线。

b.变电站出线2km范围内10kV架空绝缘线路应装设过电压保护器并架设避雷线。

c.对雷电活动强烈的地区，应尽量降低杆塔接地电阻，并适当提高绝缘水平。

d.对雷害多发区、易击段、易击点，设计应考虑加装过电压保护器，以增加线路防雷水平。

e.对雷害多发区、易击段、易击点线应选用柱式绝缘子或绝缘横担。

3.2防雷击断线改造原则

a.对于易击段或易击杆塔，应优先选用穿刺型防弧金具。

b.对于受直击雷影响较大的线路段，应采用降阻措施将接地电阻降至较低水平。对于降阻较为困难的地段，应在易击段安装过电压保护器。

c.对于变电站出线段架空绝缘线路的改造应架设避雷线并安装过电压保护器。 （下转第176页）

（上接第113页）d.对于10kV架空绝缘线路中耐张杆塔不宜采用防弧金具，应安装过电压保护器进行保护。

4.结论

（1）架设避雷线、增强线路绝缘、线路过电压保护器、防弧金具、降低绝缘电阻等方法均能防止雷击断线事故。

（2）架空绝缘线设计时应以当地雷暴日等雷电参数为基础，以提高线路绝缘水平、降低接地电阻、降低接地电流等手段为主。

（3）架空绝缘线改造时应以加装线路避雷器、防弧金具等防雷击断线手段为主。

【参考文献】

[1]黄庆祥.中压架空绝缘线路雷击断线浅析.福建电气，2005-10-15.

[2]陈维江，孙昭英，何金良等.配电网10kV架空绝缘导线雷击断线机理及防护措施研究项目工作总结报告，2006-05.

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