1、雷電斷線分析

　　針對10kV架空絕緣線路來講,目前雷擊后造成斷線較為普遍。從雷電過電壓機理來看,根據(DL/T620-1997)交流電氣裝置的過電壓保護和

絕緣配合,10kV以上電壓等級線路主要通過架設避雷線來防止直擊雷,并降低感應雷、侵入波陡度,通過避雷器、進線段保護完成堵塞,有效阻

止侵入波對電站設備侵擾。目前電網系統防雷設計思想主要是堵塞型,10kV架空絕緣線路由于自身特點的不同,造成雷擊斷線防范的空白點。

　　雷電過電壓主要是直擊雷與感應雷,直擊雷又以下行負雷為多,下面主要以下行負雷為例加以說明。在下行負雷先導發展的過程中,架空絕

緣線路強電場處發出向上迎面先導,隨后產生雷電主放電階段。目前從運行實際和現場條件來看,迎面先導的發出點應該是瓷瓶等線路較高點

或突出點,同時我們采用的瓷瓶綁扎均為裸鋁扎線,也是一個薄弱點,雷擊斷線的部位也絕大部分是導線支撐、懸掛點附近。

　　目前對于雷擊絕緣導線斷線,普遍認同的機理是架空絕緣線路因雷電過電壓造成閃絡時,瞬間電弧電流很大但時間很短(約幾微秒至幾毫秒

),僅在架空絕緣導線絕緣層上形成擊穿孔,不會燒斷導線。但是,當雷電過電壓閃絡,特別是在兩相或三相(不一定是在同一電桿上)之間閃絡而

形成金屬性短路通道,引起數千安培工頻續流,電弧能量將驟增。此時,由于架空絕緣導線絕緣層阻礙電弧在其表面滑移,高溫弧根被固定在絕

緣層的擊穿點而在斷路器動作之前燒斷導線。對于裸導線,電弧在電磁力的作用下,高溫弧根沿導線表面滑移,并在工頻續流燒斷導線或損壞絕

緣子之前引起斷路器動作,切斷電弧。因此,裸導線的斷線故障率明顯低于架空絕緣導線。感應雷過電壓也是如此,通過運行實踐,在市郊空曠

地帶zui常發生。

　　2、腐蝕斷線分析

　　絕緣導線在實際運行中,也時常發生非雷擊斷線,通常是在線路的弧垂低點處,其主要原因是絕緣導線進水受潮,電化腐蝕加劇造成導線脆

斷。有的線路耐張線夾選用的是剝皮型,有時即使加裝保護罩,因沒有進行密封處理造成水氣進入。同時線路上大量使用的穿刺線夾以及導線

接頭處都可能導致。水氣通常在弧垂處聚集,由于絕緣層厚度較大(3-5mm),不易揮發,鋁芯線腐蝕加快,同時由于水分的存在,畸變了絕緣層的

電場分布,局部氣泡放電產生大量的O3、NO、NO2,更加劇了絕緣層和芯線的電化腐蝕,zui終造成斷線故障。南通地區實際運行中發生過絕緣層

完好內部導線腐蝕斷線的故障，從外表看線路依然完好，經反復查找才找到故障點，這就要求我們在絕緣導線的施工中嚴格按施工工藝施工，

不留事故隱患。

　　3、目前各種處理方法簡述

　　防止雷擊斷線目前可采取的技術手段主要有架設避雷線、避雷器、過電壓保護器、提高全線路絕緣水平等。日本、芬蘭、俄羅斯等發達國

家由于使用絕緣歷史較長,累積了較多的運行經驗,主要采用鉗位絕緣子、限流消弧角、防導線熔斷裝置以及增長閃絡路徑等方式。

由于國內目前絕緣線路應用時間較短,運行經驗不多,同時,分析事故原因不透徹,發生機理研究不夠深入,防范絕緣線路斷線措施和技術手段單

一,國家電力公司發輸電輸[2001]7號文件《城市電網架空絕緣導線應用研討會紀要》中提出:宜使用架空絕緣線路過電壓保護器來防止架空絕

緣電纜雷擊斷線事故。

　　3.1架設避雷線

　　避雷線降低直擊雷危害效果明顯,也能有效減小感應雷過電壓幅值與來波陡度,但由于10kV線路絕緣配合、耐雷水平較低,極易造成反擊

,從而工頻續流燒斷導線。總的來說,避雷線對防雷擊斷線有一定效果,尤其是直擊雷較多區域。但對于老線路而言,面臨改造較多、投資較大

、施工較為困難。對于新線路經濟效益也不明顯，一般來說配網極少使用避雷線作為防雷措施。

　　3.2裝設避雷器

　　裝設避雷器是前幾年廣泛采用的一種方法,一可降低過電壓幅值,二可限制工頻續流。從上面分析可知,持續在擊穿點的工頻續流是導致絕

緣線燒斷的根本原因,因此可有效保護架空線。但也存在一定問題。目前同桿雙回、三回、四線較多,如采取每隔1-3基桿加裝,數量較多,施工

較復雜。同時由于避雷器與架空線芯線直接接觸,即使采用穿刺線夾,由于點多面廣,極易造成密封不良水氣進入。避雷器選用帶串聯間隙

氧化鋅避雷器,避雷器發生故障后不至于影響線路正常運行狀態,也延長了避雷器的使用壽命。從實際運行來看，裝設避雷器對10KV架空絕緣

線的保護效果不是很明顯，南通市2007年8月大慶線雷擊斷線的斷線點就緊靠避雷器。

　　3.3限流消弧角

　　日本研制的限流消弧角主要由環形角(引流環)、ZnO、安裝支架組成,主要結構如圖1所示。該結構與目前上海等地區使用的過電壓保護器

結構類似。當發生雷電過電壓時,導線與環形角之間的空氣隙被擊穿,并通過ZnO將雷電流引入大地,由于ZnO的優異性能,工頻續流截斷,從而保

護導線不被熔斷。如雷電流過大安裝支架與環形角之間空氣隙將被擊穿,進一步提高了ZnO的通流能力,有效避免氧化鋅避雷器爆炸,即使ZnO損

壞,由于環形角并不與導線直接接觸,也不會發生單相接地故障。同時安裝時由于不需剝離絕緣層,有效防止了絕緣層進水,綜合性能較好。

　　3.4其它措施

　　芬蘭的防導線熔斷裝置(SAX系統),就是將導線固定處(瓷瓶處)前后各30cm~50cm絕緣層全部剝離,加裝厚金屬線夾,以承托弧根,保護導線

不在工頻續流下熔斷。這比較適用于直線桿采用懸式瓷瓶的線路,我國架空絕緣線路采用支柱瓷瓶不適用,而且剝離絕緣層一旦密封處理不好

,反而增加隱患點。

　　日本的放電鉗位絕緣子也是剝離絕緣層,加裝金屬線夾,同時設引弧放電間隙,其核心也是保護導線不在工頻續流下熔斷,其缺點與SAX系統

一樣。

　　增大閃絡路徑,降低工頻建弧率也是非常好的思路,如加大導線固定處導線的絕緣強度,提高局部耐雷水平。俄羅斯在這一思路下提出在橫

擔上安裝U型絕緣環,頭部絕緣剝離,使得U型絕緣環與導線之間間隙的沖擊放電電壓比針式瓷瓶低,其閃絡路徑增加至足夠長時,可有效阻止工

頻建弧。但其安裝方式在同桿多回路上實施較為困難,應用實例也不多見。

　　4、設備選擇

　　過電壓保護器由ZnO1串聯不銹鋼引流環2,并與架空絕緣線路3之間構成的間隙4組成。ZnO用于截斷工頻續流,所以必須考慮在工頻過電壓

下流過它的電流,按DL/T620-1997,對于中壓10kV系統,工頻過電壓不超過1.1p.u,選擇ZnO額定電壓為12.7kV,直流1mA下參考電壓在18kV及

以上,這樣在13.8kV工頻過電壓下,不考慮串聯間隙影響下,流過避雷器的工頻續流0.1A左右,表明ZnO能夠很好切斷工頻續流,再加上外串聯間

隙,對于小電流的切斷效果更為明顯。

通流能力上,按DL/T620-1997,我國一般地區雷電流幅值超過I的概率為P=10(-I/88),雷電流可能達到的幅值與所處區域、運行時間有關,一

般來說,ZnO運行時間取20年是比較合理的數值,同時按DL/T620-1997推薦,對于雷暴日T=40的地區,每百公里每年的雷擊次數為

N=0.28*4h(h為架空線平均高度,選取10米左右),則雷電流幅值超過I的雷擊次數N=11.2*10(-I/88)。再考慮運行時間20年,每百公里雷擊次

數N=224*10(-I/88),通常10kV每檔線平均距離為50米,則每基桿20年雷電流幅值超過I的雷擊次數為N=0.112*10(-I/88),由此可以計算

,10000基桿在20年時間,雷電流超過200kA的次數為6次。實際上,市區內的配電線路由于周圍建筑物的屏蔽作用,實際次數要遠遠小于這個數

值,而對于郊區空曠地帶,根據運行經驗,又要遠遠大于這個數值。以上計算雖然為200kA,實際流過ZnO的雷電流極少,這樣若選擇接地電阻

30Ω,按EMTP暫態計算程序,流過ZnO的雷電流幅值為16kA以下,雖然如此,為保證一定裕度,可選擇D3閥片,它能承受65kA大電流沖擊2次。若每

基桿都安裝,則20年內ZnO損壞率約為萬分之六,安全裕度雖高,但經濟性、實用性較差。若每隔4基桿安裝,損壞率為千萬之2.4。同時安裝太密

,對帶電作業施工要求較高,故宜3基桿左右安裝一組。

　　串聯間隙,由引流環至絕緣線路之間的空氣隙組成,其應滿足:

　　A.在雷電過電壓下串聯間隔應可靠動作,保證絕緣子不閃絡,要與絕緣子的型式進行配合,確實間隙長度。

　　B.能耐受zui大工頻過電壓不擊穿。同時還要考慮污穢等外界影響。

　　從第1點來看,間隙距離越小越好,這樣絕緣子閃絡的可能性越小。但與第2點相矛盾。若以絕緣子閃絡率不超過5/100000為依據,按國標雷

電沖擊相對標準偏差0.03進行推算,要保證絕緣子閃絡率要求,雷電過電壓應小于0.88倍絕緣子50%雷電沖擊閃絡電壓,同理要保證ZnO不動作

概率小于5/100000,那么保護器串聯間隙50%雷電沖擊閃絡電壓應小于0.88倍的雷電過電壓。由此可知要保證保護器可靠動作而絕緣子不閃絡

,要求絕緣子50%雷電沖擊閃絡電壓至少要比串聯間隙50%雷電沖擊閃絡電壓高出25.6%以上,即絕緣配合系數應為1.256,這*緣配合系數與

前蘇聯的絕緣配合系數一致。從第2點來看,串聯間隙應足夠大,但與第1點相矛盾,對10kV線路而言,應能耐受1.1,絕緣配合系數應大于

1.256,同時還要考慮雨、雪等影響,增加10%,選1.35左右較適合。

　　還要注意在操作過電壓情況下的穩定運行,zui嚴重的情況是開斷或關合時系統已有單相接地故障,根據DL/T620-1997,可能達到4.0p.u,即

39kV左右。要保證在zui大操作過電壓39kV條件下,間隙不擊穿。

　　5、技術措施

　　(1)根據設備選擇中計算結果,確定過電壓保護器幾個主要技術指標分別為,額定電壓為12.7kV,直流參考電壓18kV,串聯間隙距離為100±

5mm。目前已有部分廠家試生產,選用成套產品。

　　(2)所選擇安裝線路宜選擇郊區空曠地帶或市區周圍無遮擋區域,易受雷害事故影響的架空絕緣線路,不需要全線路安裝。

　　(3)每隔150米(3基桿左右)安裝一組,接地電阻宜小于4Ω,應控制在10Ω以下。在條件不具備時,可每隔250米(5基桿)安裝,但接地電阻必

須控制在4Ω以下,防止地電位升高反擊。

　　(4)對于單回路,每相均需安裝,對于同桿雙回路(垂直排列、三角形)安裝在頂線及邊線四相上,對于同桿三回路安裝在頂線及zui上兩層橫

擔邊線,對于同桿四回路安裝在頂線及zui上兩層橫擔邊線。

　　(5)對于雷擊特別頻繁區域的新建10kV架空絕緣線路,為提高全線路耐雷水平，耐張桿選用合成硅橡膠絕緣子，直線桿也選用合成硅橡膠

支柱絕緣子，選用合成絕緣子的施工作業強度也將大大降低。對于一般區域,耐張桿選用合成絕緣子,直線桿除合成絕緣子外,也可選用PS-

500型支柱絕緣子。

　　(6)對于起始桿、終端桿等架空絕緣線路與電纜線路相連接的桿位,不需再安裝過電壓保護器,只需安裝普通電纜頭部避雷器構成進線段保

護即可,不需重復安裝。

　　(7)為防止絕緣線路水氣進入,絕緣線路所用耐張線夾選用不剝皮結構,搭接頭、接火點選用穿刺線夾,并同步做好密封措施。干線段耐張

桿連接處為保證連接效果,也可選用并溝線夾,但需用絕緣自粘帶將破皮處包裹二層和其它密封處理。

　　(8)對于架空絕緣線路斷線處理,宜采取壓接方式處理,并用普通電纜熱縮管加密封膠進行密封。

　　(9)施工工藝上,安裝穿刺線夾一律使用工具,動作平穩,為保證穿刺效果,各類搭接頭使用穿刺線夾數量根據現場情況確定,但不得少

于2個。