配電網(wǎng)的供電可靠性是生產(chǎn)、應(yīng)用和生活中的一個(gè)基本概念和重要指標(biāo)，不但影響工業(yè)企業(yè)生產(chǎn)用電和居民生活，而且影響用電的質(zhì)量和社會(huì)效益。隨著配電網(wǎng)的飛速發(fā)展，供電區(qū)域被樹木覆蓋，線行下的建筑物，臺(tái)風(fēng)等諸多因素的影，使配電網(wǎng)的可靠性面臨新的困難。

受到自然界對配電網(wǎng)構(gòu)成的這樣或那樣威脅，從而產(chǎn)生了架空絕緣線路。肇慶供電局在2002年配電網(wǎng)改造開始在城郊、縣城及城鎮(zhèn)開始使用架空絕緣導(dǎo)線，但每年的雷雨季節(jié)頻發(fā)出現(xiàn)雷擊斷線的故障。因此，架空絕緣線路防雷是一項(xiàng)非常重要的工作。

架空絕緣線路的特點(diǎn)

• 絕緣性能好。架空絕緣導(dǎo)線由于增加了一層絕緣層，絕緣性能比裸導(dǎo)線優(yōu)越，可減少線路相間距離，降低對線路支持件的絕緣要求，提高同桿架設(shè)線路的回路數(shù)。
• 防潮抗腐蝕性能好。架空絕緣導(dǎo)線由于外層有絕緣層，比裸導(dǎo)線受氧化腐蝕的程度小，防潮抗腐蝕能力較強(qiáng)，可延長線路的使用壽命。
• 防外力破壞，減少受樹木、漂浮物、金屬氧化膜和灰塵等外在因素的影響，減少相間短路及接地故障。
• 強(qiáng)度達(dá)到要求。絕緣導(dǎo)線堅(jiān)韌，整個(gè)導(dǎo)線的機(jī)械強(qiáng)度達(dá)到應(yīng)力設(shè)計(jì)的要求。

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(shí)，容易發(fā)生斷線故障。

雷擊故障狀況

廣東省屬于雷暴多發(fā)地區(qū)，根據(jù)氣象部門提供的參考資料顯示我市近三年的平均雷電日為75～80天，屬于高雷電日地區(qū)。2009年全市配電網(wǎng)線路故障跳閘合計(jì)1514次，其中雷擊故障751次，占故障率的49.6%，可見，線路故障的主要原因是雷擊故障。

全市共有10kV架空絕緣線路145kM，占全市配電線路的9%，據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，2007～2009年全市架空絕緣線路雷擊斷線25次，其中2007年10次，2008年9次，2009年7次。

雷擊斷線機(jī)理分析

配電網(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。因雷電引起的絕緣導(dǎo)線斷線的起因與裸導(dǎo)線相同，是由雷電過電壓破壞了線路絕緣，造成線路的短路接地。由于我局10kV配網(wǎng)為經(jīng)消弧線圈接地系統(tǒng)，故在單相接地時(shí)流過接地的電流得到補(bǔ)償，單相接地故障一般不至于斷線。當(dāng)二相或三相之間閃絡(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。

配電線路采用裸導(dǎo)線時(shí)，當(dāng)受到雷擊后（包括直接雷和感應(yīng)雷），會(huì)引起線路閃絡(luò)。此時(shí)，持續(xù)的工頻短路電流引起的電弧在電磁力的作用下，使電弧向?qū)Ь€落雷點(diǎn)的兩側(cè)迅速散發(fā)，雷電流經(jīng)過線路、開關(guān)和變壓器等設(shè)備的避雷器迅速流入大地，或在工頻電流燒斷導(dǎo)線之前，引起跳閘，因而很少發(fā)生斷線事故。

但是，當(dāng)絕緣導(dǎo)線遭受雷擊時(shí)，情況就不相同了，雷電過電壓引發(fā)絕緣子閃絡(luò)，并擊穿絕緣導(dǎo)線的絕緣層。而擊穿點(diǎn)附近的絕緣物，阻礙了電弧沿著導(dǎo)線表面向兩側(cè)快速移動(dòng)。因而，電弧只能在擊穿點(diǎn)燃燒。高達(dá)數(shù)千安培的工頻電弧電流（kA/ms級(jí)）產(chǎn)生的熱量集中在絕緣擊穿點(diǎn)上，并在斷路器跳閘之前很快就將導(dǎo)線熔斷。閃絡(luò)熔斷點(diǎn)通常是在導(dǎo)線的絕緣子兩端10～30cm范圍內(nèi)，因?yàn)榇朔秶碾妶龇植甲畋∪酢?/p>

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)生的幾率通常取決于多個(gè)參數(shù):額定線電壓U2、閃絡(luò)路徑L、雷沖擊發(fā)生的時(shí)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(yùn)行電壓平均梯度。根據(jù)公式計(jì)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。可見感應(yīng)過電壓是雷擊斷線的誘因，而工頻續(xù)流則是造成絕線導(dǎo)線斷線的決定因素。

在相同截面的裸導(dǎo)線和絕緣導(dǎo)線的電弧電流值和熔斷時(shí)間關(guān)系上看。絕緣導(dǎo)線的熔斷時(shí)間極短，同樣粗細(xì)的絕緣導(dǎo)線和裸導(dǎo)線，絕緣導(dǎo)線的熔斷時(shí)間僅為裸導(dǎo)線熔斷時(shí)間的1/5～1/10。這意味著，在變電站保護(hù)動(dòng)作、遮斷故障電流前，導(dǎo)線斷線的可能性變大。由于絕緣導(dǎo)線斷線一般是在二相短路或三相短路故障時(shí)發(fā)生，因此，導(dǎo)致二相斷線、三相斷線的情況也多。

雷擊斷線的防護(hù)對策

防范架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線的辦法概括來說主要?dú)w納為 “堵塞”和“疏導(dǎo)”兩種方式。

“堵塞”就是提高線路的絕緣水平，降低絕緣雷擊閃絡(luò)的概率，阻止雷擊閃烙后工頻續(xù)流建弧；“疏導(dǎo)”就是允許線路有一定的雷擊閃絡(luò)概率，但要將雷擊閃絡(luò)后的工頻續(xù)流的弧根進(jìn)行“疏導(dǎo)”，也就是將局部剝離絕緣導(dǎo)線，在絕緣子附近的絕緣導(dǎo)線局部裸線化，加裝防弧線夾，使工頻電弧弧根轉(zhuǎn)移，在剝離部分滑動(dòng)，而不是固定在某一點(diǎn)燒蝕，從而保護(hù)導(dǎo)線免于燒傷。具體方法和措施如下。

⑴.安裝架空地線

主要是將幅值很大的雷電過電壓轉(zhuǎn)化為電流,經(jīng)桿塔的接地電阻排泄出去,從而大幅度降低雷電過電壓,使導(dǎo)線得到保護(hù)。10kV配電網(wǎng)絕緣水平較低,雷擊架空地線后很容易造成反擊閃絡(luò),仍然還會(huì)發(fā)生工頻續(xù)流燒斷絕緣導(dǎo)線的故障。

根據(jù)統(tǒng)計(jì),配電線路遭受直擊雷或繞擊雷的概率較小，約只占雷害事故的20%，配電線路上80%的雷電過電壓故障是感應(yīng)過電壓。沒有安裝架空地線的10kV架空線路最高感應(yīng)電壓可達(dá)550kV,而安裝架空地線后，最高感應(yīng)過電壓降幅多達(dá)40%。因此,在雷擊頻繁的區(qū)域的配電線路安裝架空地線是可以限制感應(yīng)過電壓的重要舉措。

⑵.安裝無間隙線路復(fù)合外套氧化鋅避雷器

氧化鋅避雷器可以限制感應(yīng)過電壓幅值,在雷擊閃絡(luò)后吸收放電能量,阻止工頻續(xù)流起弧,從而達(dá)到保護(hù)絕緣導(dǎo)線的目的。氧化鋅避雷器的保護(hù)范圍、雷電特性和避雷器參數(shù),與避雷器接地網(wǎng)的接地電阻數(shù)值和線路絕緣水平有關(guān)，而其中的雷電特性目前難以收集現(xiàn)場數(shù)據(jù)，只能是根據(jù)研究機(jī)構(gòu)提供的模擬現(xiàn)場試驗(yàn)數(shù)據(jù)，采用線路避雷器防雷抑制雷害，關(guān)鍵是接地線的接地阻抗。

肇慶市城郊北嶺山下2003年投入運(yùn)行的10kV瑞花線等四條同桿雙回線路，設(shè)計(jì)是按照感應(yīng)過電壓幅值為200-300kV峰值,波頭為2μS；線路采用FP-1-0/2.5或FZS－0/5T針式、支柱復(fù)合絕緣子,防雷接地電阻為10～25Ω，每隔2～3檔桿結(jié)合規(guī)劃的引下刀閘安裝一組避雷器，運(yùn)行8年只發(fā)生2次雷擊斷線。

檢查發(fā)現(xiàn)斷線點(diǎn)都發(fā)生在兩組避雷器之間的桿塔上，復(fù)合外套氧化鋅避雷器作為線路過電壓保護(hù)，可減少雷擊斷線故障，但由于保護(hù)范圍的限定，不能完全杜絕雷擊斷線事故，而且長期承受運(yùn)行電壓，加速了電阻閥片的劣化而損壞或接地引下線被盜，都將失去線路的保護(hù)作用。

⑶．安裝架空線路過電壓保護(hù)器

它是由非線性電阻限流元件(氧化鋅閥片)及串聯(lián)放電間隙(不銹鋼引流環(huán))組成，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(shí)，線路保護(hù)器中特殊設(shè)計(jì)的不銹鋼引流環(huán)可以將千安級(jí)工頻續(xù)流直接引向非線性限流元件，并借助于電阻限流元件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一段時(shí)間內(nèi)電流幅值較小，同時(shí)，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)到有效防止架空絕緣導(dǎo)線因工頻續(xù)流高溫而熔斷（雷擊斷線）的目的。這種方式與絕緣子并聯(lián)安裝，不破壞絕緣導(dǎo)線的絕緣層，提高了線路的沖擊耐壓水平，確保只在特別高的雷電感應(yīng)過電壓作用下才閃絡(luò)，工頻續(xù)流會(huì)因合成絕緣子的放電爬距大而無法建弧而熄滅。

架空線路過電壓保護(hù)器優(yōu)點(diǎn)：一是維護(hù)管理簡便；二是保護(hù)器動(dòng)作時(shí)工頻續(xù)流立即中斷，斷路器不會(huì)動(dòng)作跳閘，供電不會(huì)中斷；三是對于絕緣導(dǎo)線不需剝?nèi)?dǎo)線的絕緣層，不會(huì)裸露有電部分，可以采用帶電安裝。缺點(diǎn)：一是投資較大；二是桿上設(shè)備數(shù)量增加；三是需要安裝接地裝置。

我局在2008年開始在架空絕緣線路上安裝過電壓保護(hù)器，運(yùn)行一年多，安裝過電壓保護(hù)器的線路沒有發(fā)生斷線故障。

⑷．在架空絕緣線路安裝防弧金具

金具在距離絕緣子中心150～200mm的范圍內(nèi)(負(fù)荷側(cè))剝離一小段絕緣導(dǎo)線的絕緣層,安裝上防弧金具,可使雷電過電壓均在防弧金具與絕緣子鋼腳之間定點(diǎn)閃絡(luò),持續(xù)的工頻短路電流電弧的弧根固定在防弧金具上燃燒,從而保護(hù)導(dǎo)線免于燒傷。

該方式操作簡便、投資少,無需接地裝置，能防止雷擊斷線,但需剝離絕緣層,存在局部導(dǎo)體裸露,存在著密封和絕緣的缺陷，并且在雷擊后必須要更換燒傷的防弧金具。

2009年城區(qū)10kV架空絕緣線發(fā)生雷擊斷線故障，變電站側(cè)測得短路電流高達(dá)18kA, 絕緣線路上的柱上真空斷路器燒毀，安裝在線路的防弧金具有明顯的放電痕跡，分析架空絕緣線路是遭受直擊雷的侵襲，雷擊點(diǎn)的雷電流超過30kA，線路上的防弧金具和避雷器都沒能有效的“堵塞”和“疏導(dǎo)”，造成絕緣導(dǎo)線的斷線。

結(jié)語

雷電是一個(gè)復(fù)雜的自然現(xiàn)象，綜上所述，單純依靠某項(xiàng)保護(hù)措施難以解決絕緣線路的防雷問題，必須采取綜合防雷對策才能有效的防止雷擊事故發(fā)生，采用"疏導(dǎo)"和"堵塞"相結(jié)合的方式，即架空絕緣線路每3～4檔安裝過電壓保護(hù)器，其余的桿塔上安裝防弧金具相結(jié)合的防雷措施，能有效地減少雷擊閃絡(luò)概率，避免雷擊斷線故障發(fā)生，保證配電網(wǎng)的安全運(yùn)行。

（編自《電氣技術(shù)》，作者為路軍、丁堅(jiān)勇。）