沿海多雷地區(qū)低壓線路絕緣子的保護(hù)

蔣明春，鄔軍波

（奉化供電局，浙江 奉化 315500）

絕緣子是用來支持導(dǎo)線的絕緣體，可以保證導(dǎo)線和橫擔(dān)、桿塔有足夠的絕緣，在運行中應(yīng)能承受導(dǎo)線垂直方向的荷重和水平方向的拉力，還經(jīng)受著日曬、雨淋、氣候變化及化學(xué)物質(zhì)的腐蝕。因此，絕緣子既要有良好的絕緣性能，又要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。絕緣子遭受雷擊后出現(xiàn)裂紋、閃絡(luò)和燒傷均是導(dǎo)線漏電的原因，絕緣子裂紋越大，泄漏電流也越大，嚴(yán)重的情況下，還會造成線路短路和跳閘，也是線損升高和發(fā)生人身設(shè)備事故的因素之一，有必要研發(fā)絕緣子防雷保護(hù)裝置。

1 奉化配電網(wǎng)雷擊分析

奉化地處東部沿海，地形較為復(fù)雜，包括山區(qū)、半山區(qū)以及沿海地域，晝夜溫差較大，加上海拔高差，極易形成局部對流，產(chǎn)生雷暴天氣。根據(jù)奉化市氣象局統(tǒng)計，平均雷暴日為45日，最高為70日，屬于多雷暴地區(qū)。

10 kV配電線路線長面廣，而且絕大部分是用裸導(dǎo)線架設(shè)的架空線路，一到雷雨季節(jié)，受雷擊造成的事故停電概率較大。據(jù)統(tǒng)計，2008年6—9月變電所因線路運行異常及故障原因共跳閘194次，其中雷擊原因138次，占71.1%；2009年6—9月共發(fā)生線路事故及異常117次，其中雷擊原因78次，占66.6%；2010年6—9月，因線路事故及異常引起變電所保護(hù)動作150次，其中雷擊原因122次，占81.3%；2011年6—9月，因線路事故及異常引起變電所保護(hù)動作251次，其中雷擊原因102次，占40.6%。

雷擊后形成的永久故障表現(xiàn)為絕緣子擊穿、線路導(dǎo)線斷線、避雷器擊穿、開關(guān)擊穿等，除了線路斷線比較容易找到故障點外，其余如絕緣擊穿等故障引起的整條線路停電，尋找故障處很困難。從尋找、發(fā)現(xiàn)到修復(fù)，要花很多人力、物力、財力，長時間影響用戶正常用電，間接損失也很大。

2 絕緣子故障的原因

絕緣子的故障有閃絡(luò)和擊穿2種。閃絡(luò)發(fā)生在絕緣子表面，可見到燒傷痕跡，通常并不完全失去絕緣性能；擊穿發(fā)生在絕緣子的內(nèi)部，通過鐵帽與鐵腳間瓷體放電，外表可能不見痕跡，但已失去絕緣性能，也可能因產(chǎn)生電弧使絕緣子完全損壞。

研究表明10 kV架空配電線路由雷擊引起線路閃絡(luò)或故障的主要因素不是直擊雷過電壓，而是感應(yīng)雷過電壓。配電線路遭受直擊雷過電壓的概率很小，約占雷害事故的20%，感應(yīng)雷過電壓導(dǎo)致的故障比例約為80%。線路三相感應(yīng)過電壓基本相同，感應(yīng)雷電波向桿塔兩側(cè)迅速傳播，到達(dá)絕緣子附近的絕緣薄弱處，向線路橫擔(dān)放電從而造成雷擊閃絡(luò)。當(dāng)感應(yīng)過電壓引起兩相或三相同時閃絡(luò)時，就有可能在雷擊閃絡(luò)通道上建弧形成工頻續(xù)流，產(chǎn)生數(shù)千安的工頻短路電弧。如果工頻續(xù)流持續(xù)時間較長，就有可能線路短路跳閘或?qū)е麓善勘皵嗑€，發(fā)生安全事故。當(dāng)閃絡(luò)時間較短，線路跳閘時，在絕緣子表面可能留下燒傷痕跡，增加了泄漏電流。

從以上分析可見，要減少線路跳閘，必須通過在線路上加裝保護(hù)裝置得以實現(xiàn)：減少線路受雷擊次數(shù)；線路受雷擊后在雷電波擊穿絕緣前放電，放電后迅速恢復(fù)絕緣。

3 絕緣子防護(hù)方案

目前線路的防雷主要是安裝氧化鋅避雷器，但氧化鋅避雷器的應(yīng)用也存在以下問題：

（1）氧化鋅避雷器遭雷擊擊穿或損壞后，損傷口小不易巡視發(fā)現(xiàn)。

（2）氧化鋅避雷器需3～5年做1次試驗，試驗工作量太大。

（3）氧化鋅避雷器需接地，施工和維護(hù)的成本都很高。

（4）相對于絕緣子而言成本高，不利于大量使用。

針對以上問題，奉化供電局聯(lián)合了奉欣電氣科技有限公司進(jìn)行絕緣子防雷裝置的開發(fā)。

經(jīng)過分析，認(rèn)為采用空氣間隙結(jié)構(gòu)簡單、價格低廉，比較適合作為線路絕緣子的保護(hù)。這種空氣間隙利用工頻電弧在自身電動力和熱氣流的作用下易于向上運動的特性，使電弧伸長，從而達(dá)到使電弧熄滅。因此，設(shè)計了由引弧線夾、正極棒、負(fù)極板組成的絕緣子防雷保護(hù)裝置，同時采用了可以更換的結(jié)構(gòu)，使引弧線夾和正極棒分開，采用螺栓組合，絕緣子防雷保護(hù)裝置見圖1。

圖1 絕緣子防雷保護(hù)裝置

如果電弧燃燒使正極棒損壞，即可更換正極棒，不必整套更換，降低了成本。

4 絕緣子防雷保護(hù)裝置技術(shù)參數(shù)

4.1 線路絕緣子與絕緣子防雷保護(hù)裝置的放電間隙的配合

在雷電沖擊過電壓作用下，應(yīng)可靠地保證雷擊引起的閃絡(luò)發(fā)生在絕緣子防雷保護(hù)裝置的正極棒與負(fù)極板之間，而不是在絕緣子表面。

對絕緣子防雷保護(hù)裝置進(jìn)行50%正負(fù)雷電沖擊閃絡(luò)電壓試驗，根據(jù)絕緣子的干弧距離預(yù)先假設(shè)和現(xiàn)場調(diào)整空氣間隙，在間距為140 mm時，測試數(shù)據(jù)為正極性118.5 kV，負(fù)極性208.3 kV。而10 kV線路常用的柱式絕緣子PS-15/500的雷電沖擊電壓為105 kV，118.5 kV＞105 kV。因此適當(dāng)縮短放電間距，以保證雷擊引起的閃絡(luò)在正極棒與負(fù)極板之間進(jìn)行，有效地保護(hù)柱式絕緣子。

4.2 線夾的耐燒灼能力

雷電流參數(shù)根據(jù)DL/T 620-1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》標(biāo)準(zhǔn)，可用式（1）計算雷電流幅值概率曲線：

式中：P為雷電流幅值概率；I為雷電流幅值。

雷擊放電時，雷電流波形取2．6/50 gs的斜角波波形，幅值在20～100 kA范圍內(nèi)變化，雷電波阻抗取300 Ω。

根據(jù)以上計算，線夾短時耐受電流試驗選取20 kA，1 s進(jìn)行測試，同時對短時耐受電流試驗后的電阻變化進(jìn)行測試，電阻變化率0.32%。由此，判斷線夾在承受雷擊電流后，仍然能保持良好的接觸性能。

5 防雷保護(hù)裝置的應(yīng)用

莼湖供電所管轄的范圍為環(huán)象山港區(qū)域，沿海且多山，歷來雷暴活動較頻繁，因此將絕緣子防雷保護(hù)裝置安裝試點設(shè)在莼湖供電所。10 kV友誼D411線、吳江D413線、桐照943線、裘村873線都為裸導(dǎo)線，4條線路的桿塔大多在山地丘陵地帶，地形較為復(fù)雜，接地電阻變化較大，屬于雷擊事故多發(fā)線路。在這4條線路上共安裝防雷保護(hù)裝置663套，其現(xiàn)場安裝見圖2，主要安裝在直線桿和小轉(zhuǎn)角桿上。

圖2 防雷保護(hù)裝置的應(yīng)用

10 kV街東935線、鮚奇933線以及章胡863線，雙回路采用的都是架空絕緣導(dǎo)線，5條線路共安裝防雷保護(hù)裝置120套。這5條線路多處于空曠地區(qū)，雷擊頻率較高，有利于觀察其使用情況。

以上9條線路2011年運行半年共發(fā)生雷擊跳閘1次，且重合成功，同比去年減少4次，未發(fā)生雷擊斷線事故。

對比分析表明，安裝絕緣子防雷保護(hù)裝置后，雷擊跳閘率和雷擊斷線次數(shù)大為下降，保護(hù)絕緣子效果較好，具有推廣價值。在今后的運行工作中要不斷地總結(jié)和歸納絕緣子防雷保護(hù)裝置的抗老化和試驗周期問題，進(jìn)一步提高線路的供電可靠性。

[1]周浩，余虹云.高電壓技術(shù)[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2007.

[2]DL/T 620-1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合[S].北京：中國電力出版社，1997.