10kV架空绝缘线路雷击断线机理分析及预防措施

摘要：配电网运行过程中常常遭受雷击导致10 kV架空绝缘线路断线故障的发生。通过对10 kV架空绝缘线路遭受雷击而断线的机理进行分析，得出导致事故的关键因素，从而提出架设地线、使用防雷型绝缘子及过电压保护器、降低杆塔电阻等预防性技术措施。同时，从管理角度出发，提出了把好设计入口关、做好防雷设施维护、进行防雷措施可行性评估等建议。

关键词：配电网;架空绝缘线路;雷击断线;预防

0 引言

在当前的10 kV配电线路建设中，采用架空绝缘线路是较为常见的做法，相比于裸导体线路，绝缘线路有明显的优势：（1）由于表面比裸导线多一层绝缘层，其绝缘能力更为优越，降低了线路导体引雷的概率;（2）强风引起的导线瞬间碰撞不会造成短路，提高了线路的抗风能力，使线路跳闸率明显降低，减少了交叉线路互相影响的风险;（3）克服了架空线路与走廊内树木间的矛盾，使树障不再对线路运行产生威胁，减少了清苗伐木工作量。

虽然架空绝缘线路的优势明显，但在运行维护中发现，其雷击断线率明显高于架空裸导体导线。按照某供电局统计，虽然绝缘线路遭受雷击故障数较少，但几乎每次雷击均会导致断线问题。如果按线路平均修复时间为5 h、线路杆距为50 m计算，每条次线路断线需抢修故障的人力、材料费用约15万元。因此，开展架空绝缘线路雷击断线的机理分析并提出相应的防雷措施是十分必要的。

1 10 kV架空绝缘线路雷击断线机理

架空绝缘导线的雷击耐受特性与架空裸导线的物理特性明显不同。对架空裸导线，直击雷或感应雷作用引起的闪络会造成工频短路电流，电流行波沿着导线移动，一方面在移动的过程中释放部分能量，另一方面使远方的保护迅速感知到故障存在，因此在短路电流烧断导线或损坏绝缘子之前，断路器即可动作跳闸切断短路电流。

而对于架空绝缘导线，雷击过电压会在绝缘外层的薄弱点处形成击穿点，击穿点在10 kV恒压作用下形成工频短路电流。由于绝缘层阻碍了电弧在其表面滑移，短路电弧被固定至击穿孔位置产生几千摄氏度的高温，此温度远高于铝质导线的熔点，因此在导线两端的拉力作用下，熔化的导线受力形成断口。典型的雷击烧蚀后拉断断口如图1所示[1]。

2 防止雷击断线的技术措施

从上述雷击断线机理可知，可从几个关键点着力防止雷击造成架空绝缘线路断线：（1）进一步降低线路遭受雷击的概率;（2）加强绝缘薄弱点;（3）减少工频短路电流存在的时间。以此为指导，可采取若干具体措施。

2.1    架设避雷线或耦合地线

避雷线和耦合地线是最常用的避雷设备，其中避雷线在上相导线1.5 m以上的部位安装，耦合地线则在下相导线1.5 m以下的部位安装，两者均可采用GJ-25型钢绞线。通过对线路雷击跳闸率进行分析可知：（1）架设避雷线的防雷效果优于耦合地线，耦合地线几乎不会对直击雷跳闸产生影响;（2）两者都能够有效降低后续雷击引发的跳闸率。

避雷线的安装需要结合线路的实际情况，考虑周边地质情况、避雷线安装角度等，以降低雷电绕击线路的概率。相比于不合理的架设方式，合理架设的避雷线起到的防雷能力可大幅提升，且能更好地将直击雷导入大地。

2.2    合理使用防雷型绝缘子

相对于普通绝缘子，防雷型绝缘子增加了左、右两个电极，一个电极位于导线端，是高电位;另一个电极位于杆塔端，是低电位，两电极之间形成一个间隙作为雷击闪络通道和电弧放电通道[2]。悬式防雷绝缘子外形及安装图如图2所示。

当线路受到直击雷击或者感应雷击时，由于空气空隙的伏秒特性曲线在绝缘子伏秒性质曲线以下，绝缘子左、右两端电极提供的空间间隙能够在绝缘子闪络之前先动作放电，从而建立雷电闪络通道;在此通道上建立起来的工频电弧短路电流，其弧根只能固定在通道两端的高、低压电极上，而不会流窜到导线，从而避免烧断导线。

2.3    安装过电压保护器

过电压保护器如图3所示，由非线性电阻限流元件（氧化锌阀片）及放电间隙（不锈钢引流环）串联而成。当雷击或其他诱因造成线路过电压，引发闪络形成工频短路电流通道时，不锈钢引流环可将短路电流引向非线性电阻限流元件。限流元件则利用本身的非线性特性，将正弦波形的短路电流限制成尖顶波，同时削减放电电压至设定的残压水平[3]。

相比于正弦波，尖顶波电流的特点是过零前的一段时间内电流幅值较小，再加上放电电压降低，电弧在过零时可瞬间熄灭，从而避免短路电流长期存在导致导线熔断。

2.4    降低杆塔接地电阻

当雷击线路杆顶或地线时，雷电流将通过杆塔接地装置导泄入地，此时如果接地装置合理可靠，则接地电阻较小，杆塔顶部的电位就较低，能减小雷击过电压对线路运行的威胁。反之，如果接地装置运行不良，导致杆塔的接地电阻偏高，遭遇雷击时，杆塔顶部出现高电位，将产生较高的反击电压，从而引起线路的绝缘闪络，造成雷击事故。

3 防止雷击断线的管理措施

3.1    把好设计入口关

设计是防雷工作的关键。以杆塔接地电阻为例，接地装置设计是否科学合理，将直接影响接地电阻的实际水平与运维难度。为此，对勘察设计人员应提出以下要求：（1）开展实地勘察，对杆塔位置周边的地理特点进行详细记录，以此为基础开展设计，使设计图实相符;（2）对土壤电导率等参数应开展实际测量，不可仅凭地形图和查阅地质资料估计，测量时应注意使用标准方法，防止测量结果失真导致设计输入参数错误;（3）应根据现场勘察及测量结果开展设计，避免生搬硬套旧工程图纸或典型設计。

3.2    做好防雷设施维护

配电线路运维人员应按照供电企业的维护标准，对线路范围内的防雷设施进行定时巡视及维护，及时发现设备的缺陷和隐患并安排处理。与此同时，需要加强一线运维人员的能力培训及考核，提高技术水平，防止发生巡维不到位的情况。

技术管理部门要合理安排配电线路检修周期，按时完成防雷设施的预防性试验，及时发现绝缘、耐压等性能异常的防雷设施，并做好备品备件管理，保证损坏的设施可迅速更换。

3.3    科学评估防雷措施可行性

判断防雷措施是否可行需考虑多种因素，除了考虑防雷措施的效果和费用，还需要计及拟采取的防雷措施对系统的影响、维护是否方便等因素。对此类多目标、多层次，难以完全用定量方法进行决策的系统工程问题，可考虑用层次法等决策方法予以评估[4]，对各种措施进行综合评估和计算，得到线路的最佳防雷措施。

4 结语

做好架空绝缘线路的防雷击断线工作需要技术和管理两方面形成合力，两者齐抓共管，就能有效降低线路雷击的影响，从而保证配网的安全稳定运行，更好地为终端用户提供优质的供电服务。

[参考文献]

[1] 周刚，林德源，韩纪层，等.沿海及强台风环境下10 kV配网架空绝缘导线的失效机理分析[J].腐蚀科学与防护技术，2019，31（6）：643-649.

[2] 王沁.悬式绝缘子在10 kV线路防雷击断线措施中的应用[J].煤矿现代化，2017（6）：76-79.

[3] 赵伟，郭燕国.后续雷击对10 kV配电线路耐雷性能产生的具体影响及其防雷措施分析[J].工业A，2016（1）：166.

[4] 刘刚，马浩禹，张弦.改进层次分析法在配网线路防雷评估中的应用[J].华南理工大学学报（自然科学版），2016，44（4）：71-76.

收稿日期：2021-08-16

作者简介：刘绍纪（1976—），男，广东英德人，电气助理工程师，研究方向：配电网运维。