10kV架空配电线路防雷措施

赵厚皇（南昌经济技术开发区电力有限公司，男，助力工程师，江西南昌，330013，135********）摘要：针对10kV架空配电线路常发生雷击断线事故，从而进行防范措施探讨，以求提高10kV配电网安全运行水平。关键词：10kV 架空线路防雷措施

目前10kV架空配电线路上，现在都已广泛地应用了绝缘导线。可以说，配电网架空导线的绝缘化，已是一项成熟的技术。

但是，绝缘导线在应用过程中，也出现了一些新的问题。其中，最为突出的问题，是遭受雷击时，容易发生断线事故。据有关资料的统计，南昌经开区2008至2009年两年内，一个30平方公里的供电区域内，雷击断线事故与雷击跳闸事故约为35次，直接损失电量约为30万千瓦时，严重降低了供电可靠性，给社会带来了不良的效果。这两年里雷击断线事故率占76.2%。

以上一些统计资料表明：雷击断线事故，是应用绝缘导线中最突出的一个严重问题，这引起我们的广泛注意，并积极开展对等试验研究工作，并找到许多有效的防范措施。

一、雷击断线与跳闸机理

1 电弧放电规律

（1）配电网雷电过电压闪络，亦即大气压或高于大气压中大电流放电，为电弧放电形式。（2）雷电过电压闪络时，瞬间电弧电流很大、但时间很短。

（3）当雷电过电压闪络，特别是在两相或三相（不一定是在同一电杆上）之间闪络而形成金属性短路通道，引起数千安培工频续流，电弧能量将骤增。

2 架空绝缘导线断线

当雷击架空绝缘线路产生巨大雷电过电压，当它超过导线绝缘层的耐压水平时（一般大于139KV）就会沿导线寻找电场最薄弱点将导线的绝缘层击穿（通常在绝缘子两端30公分范围内），形成针孔大小的击穿点，然后对绝缘子沿面放电形成闪络，最后工频电弧向绝缘子根部的金属发展后形成金属性短路通道，工频电弧固定在一点燃烧后熔断导线。

3 架空裸导线的断线率低但跳闸事故频繁

当雷击架空裸导线产生巨大雷电过电压时，就会沿导线寻找电场最薄弱点的绝缘子沿面放电形成闪络，最后工频电弧向绝缘子根部的金属发展后形成金属性短路通道，引发线路跳闸事故。由于接续的工频短路电流电弧在电磁力的作用下沿着导线向背离电源方向移动，一般不会烧断导线。

二、灭弧方法

1 使电弧的弧根拉长熄灭

2 断路器跳闸灭弧

3 使过电压能量释放

三、防止雷击断线与跳闸事故的思路

1 提高线路绝缘水平或避免产生雷电过电压。

如：局部加强绝缘、架空避雷线

2 使电弧燃烧熔断导线的时间延长到超过断路器跳闸的时间, 通过断路器跳闸来灭弧。如：放电绝缘子、保护间隙、防雷金具等

3 使电弧在熔断导线前瞬间熄灭。

如：避雷器、线路过电压保护器等

四、过电压保护措施

1 局部加强绝缘提高线路绝缘水平

将配电线路中的瓷绝缘子更换成为硅橡胶绝缘横担，全线提高线路绝缘水平，雷电引发的工频续流因爬距大而无法建弧。为了降低线路造价，可采用架空绝缘导线加强局部绝缘的方式，即在绝缘导线固定处加厚绝缘也是一种尝试的办法。

优点：有效提高线路绝缘水平，免维护。

缺点：更换绝缘子的投资成本较大，而且只能减少断线机率，防止绝缘导线雷击断线效果不明显。

2 架空避雷线

作用：

在空旷地区同杆架设架空避雷线对配电架空绝缘线路进行屏蔽保护，架空绝缘线上的感应电压将降低(1-k)倍，k为避雷线与导线之间的耦合系数乘以冲击系数。

缺点：

（1）投资成本大。

（2）雷击架空避雷线后容易造成反击闪络 / 定位高度较低的雷电先导容易产生绕击闪络：仍然可能引发工频续流熔断绝缘导线。

3 保护间隙

作用：

保护间隙将电弧拉长，使电网电压不能维持电弧燃烧，是一种最简单的灭弧装置。

缺点：

（1）间隙不能切断雷电流之后的工频短路电流，必须借助于自动重合闸配合来切断电弧。（2）间隙电压扰动将影响电能质量。

（3）间隙放电可能导致线圈形式的设备陡波击穿。

4 放电绝缘子

也称放电绝缘子或钳位绝缘子。

日本东京电力公司采用放电钳位绝缘子以防止绝缘导线雷击断线，如图所示。即在绝缘导线固定处剥离绝缘层，加装特殊设计的金属线夹。当雷电闪络引发工频续流时，工频续流在该金属线夹上燃弧直至线路跳闸以熄灭工频续流，从而避免烧伤绝缘子和熔断绝缘导线。

5防雷金具

防雷金具在原理上与钳位绝缘子相同。

在绝缘导线固定处剥离绝缘层，加装特殊设计的金属线夹。当雷电闪络引发工频续流时，工频续流在该金属线夹上燃弧直至线路跳闸以熄灭工频续流，从而避免烧伤绝缘子和熔断绝缘导线。

6 悬垂线夹闪络保护器

根据同一原理，芬兰Nokia公司研发的被覆线配电系统（SAX系统），采用悬垂线夹和其它装置作为闪络保护器，悬垂线夹承受工频电弧。该装置抗震性能较差，线路风吹舞动时，常发生故障。

﹡放电绝缘子、防雷金具及悬垂线夹的缺点：

（1）对供电可靠性和电能质量有所降低；

（2）存在如何防水浸入绝缘线芯的问题，可能导致导线线芯的电化学腐蚀引起断线；（3）由于绝缘层的收缩作用和不同材料的热胀系数不同，剥离部分的长度很难控制在一个固定的值，可能露出带电部分；

（4）靠绝缘子及放电间隙硬扛雷电流、工频续电流，需要线路出线断路器配合掉闸、重合闸，需要顾及出线断路器的性能；

（5）影响绝缘导线的机械拉伸性能。

7 增长闪络路径

通过增长闪络路径，降低工频建弧率，是防止架空绝缘线路雷击断线事故的另一思路。俄罗斯国家电力公司首先提出长闪络间隙保护方式，如图所示。在横担上安装一U形绝缘闪络路径，使U形头部与绝缘导线之间的冲击放电电压比绝缘子放电电压低。当雷电过电压时，该

间隙先于绝缘子击穿闪络，并沿绝缘闪络路径发展。设计该绝缘路径足够长，就可以阻止工频续流建弧，切断工频续流。

优点：投资成本较低，免维护。

缺点：如何保持间隙的问题和如何与同杆及其它线路保持间距的问题很难解决，间隙电压扰动将影响电能质量。

8 限流消弧角

该装置利用放电线夹刺穿绝缘导线的绝缘层，形成对氧化锌限流元件 3 的尖端放电间隙，当线路出现雷电过电压时，尖端间隙2首先放电，雷电流经氧化锌限流元件释放，而工频续流则被氧化锌限流元件截断，从而防止架空绝缘线路雷击断线事故的发生。

9 氧化锌避雷器

作用：

随着氧化锌阀片的技术性能提高，氧化锌避雷器优良的保护性能已被人们接受，近年来广泛地应用于电气设备过电压保护。

缺点：

（1）保护范围较小：只能够保护附近的电气设备免受雷害。

（2）长期承受运行电压：加速了电阻片的劣化而损坏。

（3）在消弧线圈接地系统中，如果发生避雷器击穿，将会造成长接地。

10 架空线路过电压保护器

架空线路过电压保护器是消化吸收日本、澳大利亚采用限流消弧角的工作原理，在国内率先研制开发成功适合国情的防雷技术措施，填补了国内防止架空导线雷击断线和跳闸新技术和新措施的空白。

它是由非线性电阻限流元件（氧化锌阀片）串联放电间隙组成，安装在线路绝缘子上。

它的保护原理是：当雷电过电压或其它故障原因引发对地闪络形成金属性电弧放电短路时，线路保护器中特殊设计的不锈钢引流环可以将KA级工频续流直接引向氧化锌非线性电阻限流元件，并借助于氧化锌电阻的非线性特性将正弦波形的工频续流转变成为尖顶波。尖顶波电流在过零前有相当长的时间内电流幅值较小，同时，限流元件的残压削减放电电压，使电弧瞬间熄灭而达到迅速截断工频续流，达到有效防止架空导线因工频续流高温而熔断（雷击断线）或跳闸的目的。简单的说它的灭弧原理是通过与绝缘子串联间隙的引流环、氧化锌非线性电阻限流元件的合理配合，在雷电过电压的作用下通流动作，释放雷电过电压能量，有效限制雷电过电压。

﹡线路过电压保护器的优缺点：

缺点：

（1）投资较大；

（2）杆上设备数量增加；

（3）需要安装接地装置。

优点：

（1）安装方便，不需更换绝缘子，也不需更改原有线路设计；

（2）它的灭弧原理是通过限流元件快速切断工频续流，有效限制雷电过电压，不需断路器跳闸灭

弧，不会造成供电中断或影响供电质量；

（3）不需破开导线绝缘层，无需解决导线密封防水问题，不会影响导线机械拉伸性能和使用寿命；

（4）不承受工频电压，线路损耗低，使用寿命长免维护；

（5）串联间隙的隔离效果可避免故障时形成单相死接地，也不影响线路的安全运行。

五、取得效果

南昌经济技术开发区电力有限公司2009年投资20余万元，加大供电区域内的架空配电线路防雷改造工作，对雷击频繁动作断线的线路进行改造，对每基砼电杆安装线路过压保护保护器，还对每基砼电杆加装接地装置，接地电阻值小于10欧姆。通过一年来运行或雷击考验，经过在架空配电线路安装了过压保护器的线路，雷击断线跳闸率明显降低，取得了良好的效果。2010年，加大对其它线路改造力度，并坚持对每基砼电杆加装过压保护器原则，从而彻底降低雷击断线事故率，提高供电可靠率。

六、结束语

综合上述，对于防止架空配电线路导线雷击断线措施是多种多样的，各有优缺点，南昌经济技术开发区电力有限公司根据自身实际情况，采取了在架空配电线路安装过压保护器措施，有效地防止雷击断线事故发生，保证配电网安全运行。

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