摘要：針對10KV架空配電線路常發(fā)生雷擊斷線事故，從而進(jìn)行防范措施探討，以求提高10KV配電網(wǎng)安全運(yùn)行水平。目前10KV架空配電線路上，現(xiàn)在都已廣泛地應(yīng)用了絕緣導(dǎo)線?？梢哉f，配電網(wǎng)架空導(dǎo)線的絕緣化，已是一項(xiàng)成熟的技術(shù)。
但是，絕緣導(dǎo)線在應(yīng)用過程中，也出現(xiàn)了一些新的問題。其中，最為突出的問題，是遭受雷擊時，容易發(fā)生斷線事故。據(jù)有關(guān)資料的統(tǒng)計(jì)，南昌經(jīng)開區(qū)2008至2009年兩年內(nèi)，一個30平方公里的供電區(qū)域內(nèi)，雷擊斷線事故與雷擊跳閘事故約為35次，直接損失電量約為30萬千瓦時，嚴(yán)重降低了供電可靠性，給社會帶來了不良的效果。這兩年里雷擊斷線事故率占76.2%。
以上一些統(tǒng)計(jì)資料表明：雷擊斷線事故，是應(yīng)用絕緣導(dǎo)線中最突出的一個嚴(yán)重問題，這引起我們的廣泛注意，并積極開展對等試驗(yàn)研究工作，并找到許多有效的防范措施。
一、雷擊斷線與跳閘機(jī)理
1電弧放電規(guī)律
① 電網(wǎng)雷電過電壓閃絡(luò)，亦即大氣壓或高于大氣壓中大電流放電，為電弧放電形式。
② 雷電過電壓閃絡(luò)時，瞬間電弧電流很大、但時間很短。
③ 當(dāng)雷電過電壓閃絡(luò)，特別是在兩相或三相（不一定是在同一電桿上）之間閃絡(luò)而形成金屬性短路通道，引起數(shù)千安培工頻續(xù)流，電弧能量將驟增。
2 架空絕緣導(dǎo)線斷線
當(dāng)雷擊架空絕緣線路產(chǎn)生巨大雷電過電壓，當(dāng)它超過導(dǎo)線絕緣層的耐壓水平時（一般大于139KV）就會沿導(dǎo)線尋找電場最薄弱點(diǎn)將導(dǎo)線的絕緣層擊穿（通常在絕緣子兩端30公分范圍內(nèi)），形成針孔大小的擊穿點(diǎn)，然后對絕緣子沿面放電形成閃絡(luò)，最后工頻電弧向絕緣子根部的金屬發(fā)展后形成金屬性短路通道，工頻電弧固定在一點(diǎn)燃燒后熔斷導(dǎo)線。
3 架空裸導(dǎo)線的斷線率低但跳閘事故頻繁
當(dāng)雷擊架空裸導(dǎo)線產(chǎn)生巨大雷電過電壓時，就會沿導(dǎo)線尋找電場最薄弱點(diǎn)的絕緣子沿面放電形成閃絡(luò)，最后工頻電弧向絕緣子根部的金屬發(fā)展后形成金屬性短路通道，引發(fā)線路跳閘事故。由于接續(xù)的工頻短路電流電弧在電磁力的作用下沿著導(dǎo)線向背離電源方向移動，一般不會燒斷導(dǎo)線。
二、滅弧方法
1?????? 使電弧的弧根拉長熄滅
2?????? 斷路器跳閘滅弧
3?????? 使過電壓能量釋放
三、防止雷擊斷線與跳閘事故的思路
1 提高線路絕緣水平或避免產(chǎn)生雷電過電壓。
如：局部加強(qiáng)絕緣、架空避雷線
2 使電弧燃燒熔斷導(dǎo)線的時間延長到超過斷路器跳閘的時間,通過斷路器跳閘來滅弧。
如：放電絕緣子、保護(hù)間隙、防雷金具等
3 使電弧在熔斷導(dǎo)線前瞬間熄滅。
如：避雷器、線路過電壓保護(hù)器等
四、過電壓保護(hù)措施
1 局部加強(qiáng)絕緣提高線路絕緣水平
將配電線路中的瓷絕緣子更換成為硅橡膠絕緣橫擔(dān)，全線提高線路絕緣水平，雷電引發(fā)的工頻續(xù)流因爬距大而無法建弧。為了降低線路造價(jià)，可采用架空絕緣導(dǎo)線加強(qiáng)局部絕緣的方式，即在絕緣導(dǎo)線固定處加厚絕緣也是一種嘗試的辦法。
優(yōu)點(diǎn)：有效提高線路絕緣水平，免維護(hù)。
缺點(diǎn)：更換絕緣子的投資成本較大，而且只能減少斷線機(jī)率，防止絕緣導(dǎo)線雷擊斷線效果不明顯。
2 架空避雷線
作用：
在空曠地區(qū)同桿架設(shè)架空避雷線對配電架空絕緣線路進(jìn)行屏蔽保護(hù)，架空絕緣線上的感應(yīng)電壓將降低(1-k)倍，k為避雷線與導(dǎo)線之間的耦合系數(shù)乘以沖擊系數(shù)。
缺點(diǎn)：
① 投資成本大。
② 雷擊架空避雷線后容易造成反擊閃絡(luò)/定位高度較低的雷電先導(dǎo)容易產(chǎn)生繞擊閃絡(luò)：仍然可能引發(fā)工頻續(xù)流熔斷絕緣導(dǎo)線。
3 保護(hù)間隙
作用：
保護(hù)間隙將電弧拉長，使電網(wǎng)電壓不能維持電弧燃燒，是一種最簡單的滅弧裝置。
缺點(diǎn)：
① 間隙不能切斷雷電流之后的工頻短路電流，必須借助于自動重合閘配合來切斷電弧。
② 間隙電壓擾動將影響電能質(zhì)量。
③ 間隙放電可能導(dǎo)致線圈形式的設(shè)備陡波擊穿。
4 放電絕緣子
也稱放電絕緣子或鉗位絕緣子。
日本東京電力公司采用放電鉗位絕緣子以防止絕緣導(dǎo)線雷擊斷線，如圖所示。即在絕緣導(dǎo)線固定處剝離絕緣層，加裝特殊設(shè)計(jì)的金屬線夾。當(dāng)雷電閃絡(luò)引發(fā)工頻續(xù)流時，工頻續(xù)流在該金屬線夾上燃弧直至線路跳閘以熄滅工頻續(xù)流，從而避免燒傷絕緣子和熔斷絕緣導(dǎo)線。
5 防雷金具
防雷金具在原理上與鉗位絕緣子相同。
在絕緣導(dǎo)線固定處剝離絕緣層，加裝特殊設(shè)計(jì)的金屬線夾。當(dāng)雷電閃絡(luò)引發(fā)工頻續(xù)流時，工頻續(xù)流在該金屬線夾上燃弧直至線路跳閘以熄滅工頻續(xù)流，從而避免燒傷絕緣子和熔斷絕緣導(dǎo)線。
6 懸垂線夾閃絡(luò)保護(hù)器
根據(jù)同一原理，芬蘭Nokia公司研發(fā)的被覆線配電系統(tǒng)（SAX系統(tǒng)），采用懸垂線夾和其它裝置作為閃絡(luò)保護(hù)器，懸垂線夾承受工頻電弧。該裝置抗震性能較差，線路風(fēng)吹舞動時，常發(fā)生故障。
﹡放電絕緣子、防雷金具及懸垂線夾的缺點(diǎn)：
① 對供電可靠性和電能質(zhì)量有所降低；
② 存在如何防水浸入絕緣線芯的問題，可能導(dǎo)致導(dǎo)線線芯的電化學(xué)腐蝕引起斷線；
③ 由于絕緣層的收縮作用和不同材料的熱脹系數(shù)不同，剝離部分的長度很難控制在一個固定的值，可能露出帶電部分；
④ 靠絕緣子及放電間隙硬扛雷電流、工頻續(xù)電流，需要線路出線斷路器配合掉閘、重合閘，需要顧及出線斷路器的性能；
⑤ 影響絕緣導(dǎo)線的機(jī)械拉伸性能。
7 增長閃絡(luò)路徑
通過增長閃絡(luò)路徑，降低工頻建弧率，是防止架空絕緣線路雷擊斷線事故的另一思路。俄羅斯國家電力公司首先提出長閃絡(luò)間隙保護(hù)方式，如圖所示。在橫擔(dān)上安裝一U形絕緣閃絡(luò)路徑，使U形頭部與絕緣導(dǎo)線之間的沖擊放電電壓比絕緣子放電電壓低。當(dāng)雷電過電壓時，該間隙先于絕緣子擊穿閃絡(luò)，并沿絕緣閃絡(luò)路徑發(fā)展。設(shè)計(jì)該絕緣路徑足夠長，就可以阻止工頻續(xù)流建弧，切斷工頻續(xù)流。
優(yōu)點(diǎn)：投資成本較低，免維護(hù)。
缺點(diǎn)：如何保持間隙的問題和如何與同桿及其它線路保持間距的問題很難解決，間隙電壓擾動將影響電能質(zhì)量。
8 限流消弧角
該裝置利用放電線夾刺穿絕緣導(dǎo)線的絕緣層，形成對氧化鋅限流元件3的尖端放電間隙，當(dāng)線路出現(xiàn)雷電過電壓時，尖端間隙2首先放電，雷電流經(jīng)氧化鋅限流元件釋放，而工頻續(xù)流則被氧化鋅限流元件截?cái)啵瑥亩乐辜芸战^緣線路雷擊斷線事故的發(fā)生。
9 氧化鋅避雷器
作用：
隨著氧化鋅閥片的技術(shù)性能提高，氧化鋅避雷器優(yōu)良的保護(hù)性能已被人們接受，近年來廣泛地應(yīng)用于電氣設(shè)備過電壓保護(hù)。
缺點(diǎn)：
① 保護(hù)范圍較?。褐荒軌虮Ｗo(hù)附近的電氣設(shè)備免受雷害。
② 長期承受運(yùn)行電壓：加速了電阻片的劣化而損壞。
③ 在消弧線圈接地系統(tǒng)中，如果發(fā)生避雷器擊穿，將會造成長接地。
10 架空線路過電壓保護(hù)器
架空線路過電壓保護(hù)器是消化吸收日本、澳大利亞采用限流消弧角的工作原理，在國內(nèi)率先研制開發(fā)成功適合國情的防雷技術(shù)措施，填補(bǔ)了國內(nèi)防止架空導(dǎo)線雷擊斷線和跳閘新技術(shù)和新措施的空白。
它是由非線性電阻限流元件（氧化鋅閥片）串聯(lián)放電間隙組成，安裝在線路絕緣子上。
它的保護(hù)原理是：當(dāng)雷電過電壓或其它故障原因引發(fā)對地閃絡(luò)形成金屬性電弧放電短路時，線路保護(hù)器中特殊設(shè)計(jì)的不銹鋼引流環(huán)可以將KA級工頻續(xù)流直接引向氧化鋅非線性電阻限流元件，并借助于氧化鋅電阻的非線性特性將正弦波形的工頻續(xù)流轉(zhuǎn)變成為尖頂波。尖頂波電流在過零前有相當(dāng)長的時間內(nèi)電流幅值較小，同時，限流元件的殘壓削減放電電壓，使電弧瞬間熄滅而達(dá)到迅速截?cái)喙ゎl續(xù)流，達(dá)到有效防止架空導(dǎo)線因工頻續(xù)流高溫而熔斷（雷擊斷線）或跳閘的目的。簡單的說它的滅弧原理是通過與絕緣子串聯(lián)間隙的引流環(huán)、氧化鋅非線性電阻限流元件的合理配合，在雷電過電壓的作用下通流動作，釋放雷電過電壓能量，有效限制雷電過電壓。
﹡線路過電壓保護(hù)器的優(yōu)缺點(diǎn)：
缺點(diǎn)：
① 投資較大；
② 桿上設(shè)備數(shù)量增加；
③ 需要安裝接地裝置。
優(yōu)點(diǎn)：
① 安裝方便，不需更換絕緣子，也不需更改原有線路設(shè)計(jì)；
② 它的滅弧原理是通過限流元件快速切斷工頻續(xù)流，有效限制雷電過電壓，不需斷路器跳閘滅弧，不會造成供電中斷或影響供電質(zhì)量；
③ 不需破開導(dǎo)線絕緣層，無需解決導(dǎo)線密封防水問題，不會影響導(dǎo)線機(jī)械拉伸性能和使用壽命；
④ 不承受工頻電壓，線路損耗低，使用壽命長免維護(hù)；
⑤ 串聯(lián)間隙的隔離效果可避免故障時形成單相死接地，也不影響線路的安全運(yùn)行。
五、取得效果
南昌經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)電力有限公司2009年投資20余萬元，加大供電區(qū)域內(nèi)的架空配電線路防雷改造工作，對雷擊頻繁動作斷線的線路進(jìn)行改造，對每基砼電桿安裝線路過壓保護(hù)保護(hù)器，還對每基砼電桿加裝接地裝置，接地電阻值小于10歐姆。通過一年來運(yùn)行或雷擊考驗(yàn)，經(jīng)過在架空配電線路安裝了過壓保護(hù)器的線路，雷擊斷線跳閘率明顯降低，取得了良好的效果。2010年，加大對其它線路改造力度，并堅(jiān)持對每基砼電桿加裝過壓保護(hù)器原則，從而徹底降低雷擊斷線事故率，提高供電可靠率。
六、結(jié)束語
綜合上述，對于防止架空配電線路導(dǎo)線雷擊斷線措施是多種多樣的，各有優(yōu)缺點(diǎn)，南昌經(jīng)濟(jì)技術(shù)開發(fā)區(qū)電力有限公司根據(jù)自身實(shí)際情況，采取了在架空配電線路安裝過壓保護(hù)器措施，有效地防止雷擊斷線事故發(fā)生，保證配電網(wǎng)安全運(yùn)行。
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