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　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(jù)(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(shè)避雷線來防止直擊雷,并降低感應(yīng)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(shè)備侵擾。目前電網(wǎng)系統(tǒng)防雷設(shè)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(yīng)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(fā)展的過程中,架空絕

緣線路強電場處發(fā)出向上迎面先導,隨后產(chǎn)生雷電主放電階段。目前從運行實際和現(xiàn)場條件來看,迎面先導的發(fā)出點應(yīng)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(luò)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(luò),特別是在兩相或三相(不一定是在同一電桿上)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。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(xù)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(yīng)雷過電壓也是如此,通過運行實踐,在市郊空曠

地帶zui常發(fā)生。

　　2、腐蝕斷線分析

　　絕緣導線在實際運行中,也時常發(fā)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(fā),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(chǎn)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(qū)實際運行中發(fā)生過絕緣層

完好內(nèi)部導線腐蝕斷線的故障，從外表看線路依然完好，經(jīng)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(shù)手段主要有架設(shè)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(fā)達國

家由于使用絕緣歷史較長,累積了較多的運行經(jīng)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(luò)路徑等方式。

由于國內(nèi)目前絕緣線路應(yīng)用時間較短,運行經(jīng)驗不多,同時,分析事故原因不透徹,發(fā)生機理研究不夠深入,防范絕緣線路斷線措施和技術(shù)手段單

一,國家電力公司發(fā)輸電輸[2001]7號文件《城市電網(wǎng)架空絕緣導線應(yīng)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(shè)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(yīng)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(xù)流燒斷導線?？偟膩碚f,避雷線對防雷擊斷線有一定效果,尤其是直擊雷較多區(qū)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(jīng)濟效益也不明顯，一般來說配網(wǎng)極少使用避雷線作為防雷措施。

　　3.2裝設(shè)避雷器

　　裝設(shè)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(xù)流。從上面分析可知,持續(xù)在擊穿點的工頻續(xù)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(shù)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(lián)間隙

氧化鋅避雷器,避雷器發(fā)生故障后不至于影響線路正常運行狀態(tài),也延長了避雷器的使用壽命。從實際運行來看，裝設(shè)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(huán)形角(引流環(huán))、ZnO、安裝支架組成,主要結(jié)構(gòu)如圖1所示。該結(jié)構(gòu)與目前上海等地區(qū)使用的過電壓保護器

結(jié)構(gòu)類似。當發(fā)生雷電過電壓時,導線與環(huán)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(yōu)異性能,工頻續(xù)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(huán)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(huán)形角并不與導線直接接觸,也不會發(fā)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(tǒng)),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(xù)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(shè)引弧放電間隙,其核心也是保護導線不在工頻續(xù)流下熔斷,其缺點與SAX系統(tǒng)

一樣。

　　增大閃絡(luò)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(huán),頭部絕緣剝離,使得U型絕緣環(huán)與導線之間間隙的沖擊放電電壓比針式瓷瓶低,其閃絡(luò)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(yīng)用實例也不多見。

　　4、設(shè)備選擇

　　過電壓保護器由ZnO1串聯(lián)不銹鋼引流環(huán)2,并與架空絕緣線路3之間構(gòu)成的間隙4組成。ZnO用于截斷工頻續(xù)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(tǒng),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(lián)間隙影響下,流過避雷器的工頻續(xù)流0.1A左右,表明ZnO能夠很好切斷工頻續(xù)流,再加上外串聯(lián)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(qū)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(qū)域、運行時間有關(guān),一

般來說,ZnO運行時間取20年是比較合理的數(shù)值,同時按DL/T620-1997推薦,對于雷暴日T=40的地區(qū),每百公里每年的雷擊次數(shù)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(shù)N=11.2*10(-I/88)。再考慮運行時間20年,每百公里雷擊次

數(shù)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(shù)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(shù)為6次。實際上,市區(qū)內(nèi)的配電線路由于周圍建筑物的屏蔽作用,實際次數(shù)要遠遠小于這個數(shù)

值,而對于郊區(qū)空曠地帶,根據(jù)運行經(jīng)驗,又要遠遠大于這個數(shù)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(tài)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(nèi)ZnO損壞率約為萬分之六,安全裕度雖高,但經(jīng)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(yè)施工要求較高,故宜3基桿左右安裝一組。

　　串聯(lián)間隙,由引流環(huán)至絕緣線路之間的空氣隙組成,其應(yīng)滿足:

　　A.在雷電過電壓下串聯(lián)間隔應(yīng)可靠動作,保證絕緣子不閃絡(luò),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(luò)的可能性越小。但與第2點相矛盾。若以絕緣子閃絡(luò)率不超過5/100000為依據(jù),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(luò)率要求,雷電過電壓應(yīng)小于0.88倍絕緣子50%雷電沖擊閃絡(luò)電壓,同理要保證ZnO不動作

概率小于5/100000,那么保護器串聯(lián)間隙50%雷電沖擊閃絡(luò)電壓應(yīng)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(luò)

,要求絕緣子50%雷電沖擊閃絡(luò)電壓至少要比串聯(lián)間隙50%雷電沖擊閃絡(luò)電壓高出25.6%以上,即絕緣配合系數(shù)應(yīng)為1.256,這*緣配合系數(shù)與

前蘇聯(lián)的絕緣配合系數(shù)一致。從第2點來看,串聯(lián)間隙應(yīng)足夠大,但與第1點相矛盾,對10kV線路而言,應(yīng)能耐受1.1,絕緣配合系數(shù)應(yīng)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(wěn)定運行,zui嚴重的情況是開斷或關(guān)合時系統(tǒng)已有單相接地故障,根據(jù)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(shù)措施

　　(1)根據(jù)設(shè)備選擇中計算結(jié)果,確定過電壓保護器幾個主要技術(shù)指標分別為,額定電壓為12.7kV,直流參考電壓18kV,串聯(lián)間隙距離為100±

5mm。目前已有部分廠家試生產(chǎn),選用成套產(chǎn)品。

　　(2)所選擇安裝線路宜選擇郊區(qū)空曠地帶或市區(qū)周圍無遮擋區(qū)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(yīng)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(qū)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(yè)強度也將大大降低。對于一般區(qū)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(gòu)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(jié)構(gòu),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(wěn),為保證穿刺效果,各類搭接頭使用穿刺線夾數(shù)量根據(jù)現(xiàn)場情況確定,但不得少

于2個。