10kV架空絕緣導(dǎo)線雷擊故障及防護(hù)對(duì)策分析

摘要：隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展及人們物質(zhì)文化水平的不斷提高，人類對(duì)電力資源的需求越來(lái)越多，要求也在日益增加。電力企業(yè)為了滿足人們的需求，在10kV導(dǎo)線架設(shè)的過(guò)程中采用絕緣導(dǎo)線，減少線路運(yùn)行過(guò)程中問(wèn)題的發(fā)生。文章從10kV架空絕緣導(dǎo)線的運(yùn)行情況出發(fā)，對(duì)10kV架空絕緣導(dǎo)線運(yùn)行過(guò)程中存在的問(wèn)題進(jìn)行了研究，并提出了有效的防護(hù)對(duì)策。

關(guān)鍵詞：10kV架空絕緣導(dǎo)線；避雷器；雷擊故障；防護(hù)對(duì)策；電力資源 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

中圖分類號(hào)：TM862 文章編號(hào)：1009-2374（2015）35-0129-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.35.064

架空導(dǎo)線的絕緣化是現(xiàn)如今配電網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)之一，而配電網(wǎng)的可靠性不僅對(duì)人們的日常生活有著十分嚴(yán)重的影響，而且還影響著工業(yè)企業(yè)以及居民用電的質(zhì)量，因此提高配電網(wǎng)的穩(wěn)定性成為了電力企業(yè)最為重要的工作。雖然10kV架空絕緣導(dǎo)線能夠?qū)鉀Q樹(shù)之間的矛盾，并避免線路故障的發(fā)生，但是很難解決雷擊斷線這個(gè)問(wèn)題。因此，電力企業(yè)要想對(duì)雷擊斷線的問(wèn)題進(jìn)行有效的解決，確保架空絕緣導(dǎo)線安全穩(wěn)定的運(yùn)行，即必須提高配電的可靠性，并減少配網(wǎng)中故障的發(fā)生次數(shù)。

1 10kV架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線的原理

10kV架空絕緣導(dǎo)線一般情況下分布的范圍都是比較廣闊的，但由于其絕緣的水平較低，無(wú)力承擔(dān)感應(yīng)雷或者是直接雷所帶來(lái)的影響。根據(jù)相關(guān)研究得出，感應(yīng)雷在10kV架空配線線路雷擊故障中占據(jù)著主要的地位，感應(yīng)雷的電流一般情況下都是小于1000安培的，所感應(yīng)到的電壓值在200～300千伏之間，而如此高的電壓幅值是10kV架空配電線路所無(wú)法承受的，所以引起架空絕緣導(dǎo)線發(fā)生故障的主要原因是雷擊感應(yīng)的過(guò)電壓所造成的。

另外，雷擊裸導(dǎo)線與電弧的發(fā)展是有著一定區(qū)別的，當(dāng)雷擊裸導(dǎo)線受到感應(yīng)雷或者是直擊雷的過(guò)電壓時(shí)，就會(huì)使得裸導(dǎo)線的絕緣子出現(xiàn)閃絡(luò)的現(xiàn)象，同時(shí)因?yàn)殡妱?dòng)力的關(guān)系，在電磁力的作用下連續(xù)的短路電流就會(huì)使得電流朝背離電源的方向快速移動(dòng)，并切斷電弧，從而對(duì)線路起到保護(hù)作用。電弧的弧根一般情況下都是固定在導(dǎo)線上的，弧腹跟隨著弧根的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)，弧腹在運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中由于受到熱應(yīng)力的作用，在空中不斷漂浮，當(dāng)弧根的溫度增加時(shí)，導(dǎo)體的燒損程度也就會(huì)增加，當(dāng)弧根的溫度降低時(shí)，導(dǎo)體的燒損程度也就會(huì)降低。同時(shí)，電弧的弧根是根據(jù)導(dǎo)線的運(yùn)動(dòng)而運(yùn)動(dòng)的，就不會(huì)對(duì)導(dǎo)線進(jìn)行集中的燒傷，從而降低了10kV架空裸導(dǎo)線斷線的概率。雖然直擊雷或者是感應(yīng)雷的過(guò)電壓不會(huì)對(duì)裸導(dǎo)線帶來(lái)嚴(yán)重的影響，但是對(duì)絕緣導(dǎo)線來(lái)說(shuō)是非常嚴(yán)重的。當(dāng)出現(xiàn)較高的雷電過(guò)電壓時(shí)，雷電過(guò)電壓就會(huì)擊穿絕緣導(dǎo)線的絕緣子和絕緣層，使得閃絡(luò)現(xiàn)象的出現(xiàn)。雖然瞬間電弧具有很強(qiáng)的電流，但由于其時(shí)間較短，就不會(huì)將絕緣導(dǎo)線燒斷。如果發(fā)生了直接雷或者是感應(yīng)雷，就會(huì)導(dǎo)致兩相電流或者是三相之間發(fā)生閃絡(luò)，從而使得上千安培的工頻出現(xiàn)續(xù)流，并對(duì)電弧的能量進(jìn)行了增加。這時(shí)電弧在導(dǎo)線表面的運(yùn)動(dòng)就會(huì)受到架空絕緣導(dǎo)線絕緣層的限制，使得雷電擊穿導(dǎo)線的高溫弧根，并導(dǎo)致燃燒，將線路斷路器的電閘時(shí)間調(diào)整到最小，也無(wú)法阻止絕緣導(dǎo)線被燒斷的情況發(fā)生，即10kV絕緣導(dǎo)線遭雷擊斷線的工作機(jī)理，如圖1所示：

根據(jù)以上10kV架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線機(jī)理的分析，我們可以知道電力企業(yè)要防止10kV架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線現(xiàn)象的發(fā)生，就必須在10kV架空絕緣導(dǎo)線上安裝健全的防雷裝置，并采取有效的滅弧措施，接地電阻滿足防雷要求，從而確保泄壓通道的暢通，預(yù)防架空絕緣導(dǎo)線被電弧燒斷。

2 防止10kV架空絕緣導(dǎo)線斷線的有效措施

2.1 架空地線的安裝

在采用絕緣導(dǎo)線的10kV架空線路上，可以將雷電流通過(guò)架空地線引流到大地，大幅降低雷電過(guò)電壓的幅值，從而達(dá)到保護(hù)架空絕緣導(dǎo)線的目的。當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，導(dǎo)線只感應(yīng)過(guò)電壓，因此安裝架空地線的方法一般情況下都被使用在絕緣水平很高以及電壓為110kV的線路之上。同時(shí)，當(dāng)雷擊發(fā)生之后，由于架空絕緣導(dǎo)線的絕緣水平較低，導(dǎo)致反擊閃絡(luò)的現(xiàn)象出現(xiàn)，并導(dǎo)致架空絕緣導(dǎo)線的工頻出現(xiàn)續(xù)流，燒斷了架空絕緣導(dǎo)線。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)顯示，10kV架空絕緣導(dǎo)線遭受直接雷擊的概率是非常小的，占雷擊的20%，而雷電過(guò)電壓的概率是非常之大的，占雷擊的80%，因此架空地線一般情況下適用于直擊雷頻繁的地區(qū)。

2.2 安裝氧化鋅避雷器

在10kV架空絕緣導(dǎo)線中，安裝氧化鋅避雷器能夠很好地減少雷擊故障的發(fā)生。隨著科學(xué)技術(shù)水平的不斷提高，氧化鋅閥片的技術(shù)性能也在不斷提高，安裝氧化鋅避雷器能夠很好地保護(hù)電氣設(shè)備，減少雷擊故障的發(fā)生，因此得到了電力企業(yè)的廣泛應(yīng)用和推廣。在架空絕緣導(dǎo)線上安裝氧化鋅避雷器，不僅能夠有效地限制過(guò)電壓的幅值，而且還能夠?qū)Ψ烹娔芰窟M(jìn)行有效減少，阻止線路出現(xiàn)工頻續(xù)流的現(xiàn)象，從而更好地保護(hù)架空絕緣導(dǎo)線。雖然氧化鋅避雷器能夠?qū)讚魯嗑€的現(xiàn)象進(jìn)行有效減少，但卻不能完全地控制，同時(shí)氧化鋅避雷器的成本較高，因此在安裝的過(guò)程中，要對(duì)其安裝的距離進(jìn)行合理的計(jì)算，從而最大程度地減少雷擊現(xiàn)象的發(fā)生，確保10kV架空絕緣導(dǎo)線的正常運(yùn)行。雖然安裝氧化鋅避雷器能夠在最大程度上避免雷擊故障的發(fā)生，但是其在使用的過(guò)程中也依舊存在著不足，主要表現(xiàn)在以下兩個(gè)方面：（1）絕緣導(dǎo)線的主絕緣被破壞。氧化鋅避雷器安裝的過(guò)程中，如果沒(méi)有很好地解決密封不良的問(wèn)題，就會(huì)導(dǎo)致導(dǎo)線線芯進(jìn)水，使得架空絕緣導(dǎo)線的主絕緣遭到破壞，并在線路弧垂的最低點(diǎn)處聚集大量的電流，使得線路發(fā)生腐化，線路經(jīng)過(guò)一段時(shí)間的運(yùn)行之后，就會(huì)因?yàn)楦g而發(fā)生故障；（2）降低了線路的絕緣率。氧化鋅避雷器大量地與架空線并聯(lián)，使得架空絕緣導(dǎo)線在長(zhǎng)期工頻電壓的作用下，導(dǎo)致架空絕緣導(dǎo)線的絕緣率降低，使得電阻無(wú)法滿足架空絕緣導(dǎo)線的需求，從而造成架空絕緣導(dǎo)線在運(yùn)行的過(guò)程中會(huì)因?yàn)楦郊拥脑O(shè)備而加大故障的發(fā)生頻率，降低了架空絕緣導(dǎo)線的絕緣率。根據(jù)線路運(yùn)行過(guò)程中故障的發(fā)生來(lái)看，避雷器的接地電阻不符合小于10Ω的要求，從而使得避雷器被雷擊擊穿，造成線路的故障。當(dāng)氧化鋅避雷器被雷擊穿之后，就會(huì)造成架空絕緣導(dǎo)線故障的發(fā)生，增加線路故障點(diǎn)的查找難度，增加了故障停電的時(shí)間，降低了架空絕緣導(dǎo)線運(yùn)行的可靠性。

2.3 安裝穿刺型防弧金具

在采用絕緣導(dǎo)線的10kV架空線路上，可以在距離絕緣導(dǎo)線絕緣子150～200毫米之間的距離安裝穿刺性防弧金具，使得絕緣導(dǎo)線在感受到雷電的過(guò)電壓時(shí)，過(guò)電壓就會(huì)在穿刺防弧金具以及絕緣子的定位之間引起閃絡(luò)，造成工頻短路電流在防弧金具上開(kāi)始燃燒，從而避免架空絕緣導(dǎo)線被燒傷。另外，低高壓電極以及絕緣罩組成了穿刺型防弧金具。其中防弧金具的高壓電極會(huì)直接接觸導(dǎo)線的穿刺，引出高電壓，而防弧金具的低電壓電極就會(huì)在絕緣導(dǎo)線絕緣子的底部安裝，從而構(gòu)成間隙。在10kV架空絕緣導(dǎo)線中安裝穿刺性防弧金具不僅能夠定位雷電的放電路徑，確保雷電放電的間隙，而且還具有良好的熱穩(wěn)定性，能夠承受電弧的多次燒灼，在安裝的過(guò)程中并不需要?jiǎng)冸x絕緣導(dǎo)線的外絕緣層，可以進(jìn)行直接的安裝，從而對(duì)10kV架空絕緣導(dǎo)線進(jìn)行全面的保護(hù)。穿刺型防弧金具雖然能夠多次防止雷擊，避免絕緣導(dǎo)線雷擊斷線，但是經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的使用之后，防弧金具的作用也會(huì)大大降低，所以電力企業(yè)要對(duì)其進(jìn)行定期更換，從而確保其功能得到充分發(fā)揮。

2.4 安裝過(guò)電壓保護(hù)器

過(guò)電壓保護(hù)器主要由限流元件和放電間隙組兩部分組成，一般情況下都是安裝在導(dǎo)線的絕緣子上。當(dāng)架空絕緣導(dǎo)線在運(yùn)行的過(guò)程中受到雷擊的影響時(shí)，就會(huì)導(dǎo)致閃絡(luò)現(xiàn)象的發(fā)生，并形成金屬性的電流短路，這時(shí)電壓保護(hù)器中經(jīng)過(guò)設(shè)計(jì)的不銹鋼引流元件就可以將工頻續(xù)流引入到限流元件中，并將其轉(zhuǎn)化為尖頂波。而尖頂波電流的幅值是非常小的，利用過(guò)壓保護(hù)器的限流元件就可以對(duì)導(dǎo)線中的放電電壓進(jìn)行削減，并瞬間地熄滅導(dǎo)線中的電流和切斷續(xù)流的工頻，從而避免架空線路出現(xiàn)熔斷的現(xiàn)象，使得架空絕緣導(dǎo)線得到很好的保護(hù)，確保架空絕緣導(dǎo)線的正常運(yùn)行。架空絕緣導(dǎo)線過(guò)電壓保護(hù)器不僅具有維護(hù)、管理簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，而且當(dāng)架空絕緣導(dǎo)線發(fā)生故障時(shí)，保護(hù)器在動(dòng)作的過(guò)程中，架空線路中的工頻續(xù)流就會(huì)立即停止運(yùn)行，斷路器也不會(huì)出現(xiàn)跳閘的現(xiàn)象，從而使得供電繼續(xù)，不會(huì)出現(xiàn)停電的現(xiàn)象。在安裝過(guò)電壓保護(hù)器時(shí)，不需要?jiǎng)冸x架空絕緣導(dǎo)線的主絕緣層，不會(huì)造成局部導(dǎo)體裸露。為了減少停電時(shí)間、提高供電可靠性，還可以采用帶電安裝架空絕緣導(dǎo)線的過(guò)電壓保護(hù)器。雖然在架空絕緣導(dǎo)線上安裝過(guò)電壓保護(hù)器能夠減少雷擊的故障，并確保架空絕緣導(dǎo)線的正常運(yùn)行，但由于桿上設(shè)備數(shù)量的不斷增加以及大批量接地裝置的安裝，導(dǎo)致過(guò)電壓保護(hù)器的投資成本較大，因此電力企業(yè)在安裝的過(guò)程中必須根據(jù)實(shí)際的情況，科學(xué)合理地安裝架空絕緣導(dǎo)線的過(guò)電壓保護(hù)器，從而在降低電力企業(yè)的投資成本時(shí)，能夠確保線路的正常運(yùn)行。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電力企業(yè)要想確保10kV架空絕緣導(dǎo)線安全穩(wěn)定地運(yùn)行，減少雷擊的故障，就必須根據(jù)雷擊斷線的原理以及相關(guān)的原因采取相對(duì)應(yīng)的解決措施，對(duì)10kV架空絕緣導(dǎo)線進(jìn)行全面的保護(hù)，減少斷線故障的發(fā)生，從而確保配電網(wǎng)的正常運(yùn)行，提高供電的可靠性。

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作者簡(jiǎn)介：汪帆（1989-），男，湖北鄂州人，廣州供電局有限公司從化供電局助理工程師，研究方向：電力系統(tǒng)配電網(wǎng)。

（責(zé)任編輯：蔣建華）