10kV架空绝缘导线防雷保护的措施研究

10kV架空绝缘导线防雷保护的措施研究

尹继明

（华北电力大学国网石嘴山供电公司宁夏回族自治区石嘴山市753000）

摘要：本文分析了10kV配电网容易遭受雷击的原因和绝缘导线雷击断线的机理，说明了不同雷电流的感应雷电压值，以及通过相应公式分析雷电过电压现象。并叙述了其所用的架空绝缘线路所选的绝缘材料和为了防止绝缘导线发生雷击危险对绝缘导线的长度选择做出了详细描述。最后以其他综合性的防雷措施来使绝缘导线在雷雨天气避免雷击现象的发生。

关键词：绝缘导线；断线机理；感应过电压；防雷措施

一、前言

10kV配电网无避雷线保护、绝缘水平低，易受直击雷和感应雷的危害，而且在绝缘配置上大多采用针式绝缘子，在雷电活动少时．可满足正常运行的要求。但在雷电活动频繁，遇到不利的气候条件时，较易发生绝缘子雷击闪络或雷击断线及其他原因诱发的闪络事故。因此，确保架空绝缘配电网的供电可靠性和安全运行已经成为配电网系统中一个需要迫切解决的重要问题。

二、雷击断线机理

配电线路的雷害主要由感应过电压引起，线路三相感应过电压基本相同，感应雷电波向杆塔两侧迅速传播，到达绝缘子附近的绝缘薄弱处，就向杆塔横担放电，从而造成雷击闪络，在绝缘导线上形成针孔状的破损。当感应过电压引起两相或三相同时闪络时，就有可能在雷击闪络通道上建弧形成工频续流，产生数千安的工频短路电弧。而真正使绝缘导线烧断的原因是数千安的工频短路电流（幅值高，时间短ms级）产生的热量。由于电弧的弧根不能沿绝缘导线滑动，只能固定在绝缘导线的雷击闪络处形成的针孔集中放电，短时间内工频短路电弧就可将绝缘导线烧断。

由于10kV线路档距小且雷电过电压的波运动速度快，故多引起绝缘子在杆塔处闪络，导线的断点一般位于绝缘子附近，在负荷侧离绝缘子10～4Ocm范围内。

三、雷电过电压分析

研究表明10kV架空配电线路由雷击引起线路闪络或故障的主要因素不是直击雷过电压，而是感应雷过电压．配电线路遭受直击雷过电压的概率很小，约占雷害事故的20％，感应雷过电压导致的故障比例约为8O％。因此，对架空配电线路感应雷过电压的研究具有十分重要的意义，下面主要分析感应雷过电压。当雷击线路附近时．会在架空线路的三相导线上感应过电压是由于主放电有一个发展过程，导线上感应电荷并非瞬间释放，而是逐渐释放。根据DL／T620-1997雷电感应过电压为Ug=25IHd/s式中，S为雷击地面点到导线正下方间的水平距离（In），为雷电流幅值（kA）；h为导线平均悬挂高度（m）。由式可知，雷电感应过电压的幅值与雷电主放电电流的幅值，和导线距地面的高度h成正比，与雷击地面点至导线间的距离S成反比。

四、绝缘子雷电冲击绝缘水平研究

目前10kV架空绝缘线路普遍采用P-15、P-20、PS-15瓷绝缘子、FZB复合绝缘支柱、复合悬式棒形绝缘子（FXBW-10／70）和绝缘横担（S-185）等。对P-15、FXBW6-10／70和S-185的己放电电压以及绝缘子连接绝缘导线后的击穿电压U进行雷电冲击试验。

在绝缘导线不够长的情况下，芯线上施加冲击电压时，总是会沿着导线绝缘层表面闪络，这与实际雷电感应过电压作用在线路上将导线绝缘层击穿后沿绝缘子表面闪络形成等离子体通路，建弧形成工频续流烧断绝缘导线的过程不同。因此，把绝缘导线浸在变压器油中，目的在于增强导线表面的绝缘强度，改变电场强度的分布。这时雷电冲击过程为击穿导线绝缘层后沿着绝缘子表面闪络，与实际的放电过程相似。

五、绝缘长度的选择

为了获得比较合适的绝缘长度（最小电弧距离），在复合悬式棒形绝缘子（FXBW-35／70）和瓷横担（S-280）上取不同的绝缘长度进行雷电冲击试验，得出不同长度绝缘子的U。放电电压并计算雷击跳闸率。

将绝缘导线接在最小电弧距离为400mm的复合绝缘子上，此时的击穿电压可以达到430kV，能够降低≤100kA雷电流在线路上产生的感应过电压的危害。同时，单纯考虑400Film绝缘横担的U。由通常线路雷击跳闸率可知，400mm绝缘长度本身具有的雷电冲击耐受电压以及连接绝缘导线后可以达到的绝缘水平，能够使架空绝缘线路耐受更大感应过电压的作用，降低感应雷对线路的危害。

400mm绝缘横担的U。放电电压为330kV，能够耐受大部分雷电感应过电压。而近距离发生雷击或线路遭直击雷，线路的感应过电压很高，可能发生雷击闪络。但是，当绝缘子上的平均场强E<7kV／m时，由雷电闪络发展为工频续流的可能性基本为0，而400mm复合绝缘横担的平均场强为12.5kV／m，很难形成工频电弧即使形成工频电弧也会因电弧太长而自熄；同时加强绝缘的防雷方式雷击跳闸率比较低。采用加强绝缘的防雷方式，需要在变电站出口附近的几级杆塔安装避雷器，将感应雷的能量泄放掉，避免将过电压传递到变电站内部，使设备受到损害。

六、综合防雷措施

10kV配电线路目前采用的防雷措施还有氧化锌避雷器、穿刺型防弧金具以及防雷支柱绝缘子等。带串联间隙的氧化锌避雷器，雷击跳闸率较低；穿刺型防弧金具和防雷支柱绝缘子的雷击跳闸率较高。从电力系统运行可靠性出发同时考虑到经济成本，目前线路使用的防雷支柱绝缘子的跳闸率太高，需要设计新型防雷支柱绝缘子，兼顾供电可靠性和运行经济性。从线路可靠稳定运行出发，可以选择采用绝缘横担，不影响线路运行的可靠性和电能质量；对耐张杆等不适宜采用防弧金具或者防雷支柱绝缘子等防雷方式，可以考虑采用400mm绝缘长度的复合耐张绝缘子，也可以安装氧化锌避雷器。

七、结束语

10kV配电线路是配电网的重要组成部分，在配电线路运行的总跳闸次数中，由雷击引起的跳闸次数所占比例很大，应予以关注。通过分析雷击断线的机理和雷电过电压，对雷击断线机理和雷电过压的分析得出在绝缘导线长度和材料的选择上能有效保证在10kV配电线在工作中安全稳定的输电。其中在最后结尾给出的综合性措施中有些措施比较容易实施，即安装避雷器或采用绝缘塔头和氧化锌避雷器等，安装保护间隙时，需要注意的是在破坏绝缘导线的绝缘层此时应注意做好剥离断口的防水措施。在有针对性地采取其中一种或多种措施，可以有效地减少架空绝缘导线的雷击破坏事故，提高配电网供电可靠性。

参考文献：

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