蔣明春，鄔軍波

（奉化供電局，浙江 奉化 315500）

絕緣子是用來(lái)支持導(dǎo)線的絕緣體，可以保證導(dǎo)線和橫擔(dān)、桿塔有足夠的絕緣，在運(yùn)行中應(yīng)能承受導(dǎo)線垂直方向的荷重和水平方向的拉力，還經(jīng)受著日曬、雨淋、氣候變化及化學(xué)物質(zhì)的腐蝕。因此，絕緣子既要有良好的絕緣性能，又要有足夠的機(jī)械強(qiáng)度。絕緣子遭受雷擊后出現(xiàn)裂紋、閃絡(luò)和燒傷均是導(dǎo)線漏電的原因，絕緣子裂紋越大，泄漏電流也越大，嚴(yán)重的情況下，還會(huì)造成線路短路和跳閘，也是線損升高和發(fā)生人身設(shè)備事故的因素之一，有必要研發(fā)絕緣子防雷保護(hù)裝置。

1 奉化配電網(wǎng)雷擊分析

奉化地處東部沿海，地形較為復(fù)雜，包括山區(qū)、半山區(qū)以及沿海地域，晝夜溫差較大，加上海拔高差，極易形成局部對(duì)流，產(chǎn)生雷暴天氣。根據(jù)奉化市氣象局統(tǒng)計(jì)，平均雷暴日為45日，最高為70日，屬于多雷暴地區(qū)。

10 kV配電線路線長(zhǎng)面廣，而且絕大部分是用裸導(dǎo)線架設(shè)的架空線路，一到雷雨季節(jié)，受雷擊造成的事故停電概率較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，2008年6—9月變電所因線路運(yùn)行異常及故障原因共跳閘194次，其中雷擊原因138次，占71.1%；2009年6—9月共發(fā)生線路事故及異常117次，其中雷擊原因78次，占66.6%；2010年6—9月，因線路事故及異常引起變電所保護(hù)動(dòng)作150次，其中雷擊原因122次，占81.3%；2011年6—9月，因線路事故及異常引起變電所保護(hù)動(dòng)作251次，其中雷擊原因102次，占40.6%。

雷擊后形成的永久故障表現(xiàn)為絕緣子擊穿、線路導(dǎo)線斷線、避雷器擊穿、開(kāi)關(guān)擊穿等，除了線路斷線比較容易找到故障點(diǎn)外，其余如絕緣擊穿等故障引起的整條線路停電，尋找故障處很困難。從尋找、發(fā)現(xiàn)到修復(fù)，要花很多人力、物力、財(cái)力，長(zhǎng)時(shí)間影響用戶正常用電，間接損失也很大。

2 絕緣子故障的原因

絕緣子的故障有閃絡(luò)和擊穿2種。閃絡(luò)發(fā)生在絕緣子表面，可見(jiàn)到燒傷痕跡，通常并不完全失去絕緣性能；擊穿發(fā)生在絕緣子的內(nèi)部，通過(guò)鐵帽與鐵腳間瓷體放電，外表可能不見(jiàn)痕跡，但已失去絕緣性能，也可能因產(chǎn)生電弧使絕緣子完全損壞。

研究表明10 kV架空配電線路由雷擊引起線路閃絡(luò)或故障的主要因素不是直擊雷過(guò)電壓，而是感應(yīng)雷過(guò)電壓。配電線路遭受直擊雷過(guò)電壓的概率很小，約占雷害事故的20%，感應(yīng)雷過(guò)電壓導(dǎo)致的故障比例約為80%。線路三相感應(yīng)過(guò)電壓基本相同，感應(yīng)雷電波向桿塔兩側(cè)迅速傳播，到達(dá)絕緣子附近的絕緣薄弱處，向線路橫擔(dān)放電從而造成雷擊閃絡(luò)。當(dāng)感應(yīng)過(guò)電壓引起兩相或三相同時(shí)閃絡(luò)時(shí)，就有可能在雷擊閃絡(luò)通道上建弧形成工頻續(xù)流，產(chǎn)生數(shù)千安的工頻短路電弧。如果工頻續(xù)流持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)，就有可能線路短路跳閘或?qū)е麓善勘皵嗑€，發(fā)生安全事故。當(dāng)閃絡(luò)時(shí)間較短，線路跳閘時(shí)，在絕緣子表面可能留下燒傷痕跡，增加了泄漏電流。

從以上分析可見(jiàn)，要減少線路跳閘，必須通過(guò)在線路上加裝保護(hù)裝置得以實(shí)現(xiàn)：減少線路受雷擊次數(shù)；線路受雷擊后在雷電波擊穿絕緣前放電，放電后迅速恢復(fù)絕緣。

3 絕緣子防護(hù)方案

目前線路的防雷主要是安裝氧化鋅避雷器，但氧化鋅避雷器的應(yīng)用也存在以下問(wèn)題：

（1）氧化鋅避雷器遭雷擊擊穿或損壞后，損傷口小不易巡視發(fā)現(xiàn)。

（2）氧化鋅避雷器需3～5年做1次試驗(yàn)，試驗(yàn)工作量太大。

（3）氧化鋅避雷器需接地，施工和維護(hù)的成本都很高。

（4）相對(duì)于絕緣子而言成本高，不利于大量使用。

針對(duì)以上問(wèn)題，奉化供電局聯(lián)合了奉欣電氣科技有限公司進(jìn)行絕緣子防雷裝置的開(kāi)發(fā)。

經(jīng)過(guò)分析，認(rèn)為采用空氣間隙結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格低廉，比較適合作為線路絕緣子的保護(hù)。這種空氣間隙利用工頻電弧在自身電動(dòng)力和熱氣流的作用下易于向上運(yùn)動(dòng)的特性，使電弧伸長(zhǎng)，從而達(dá)到使電弧熄滅。因此，設(shè)計(jì)了由引弧線夾、正極棒、負(fù)極板組成的絕緣子防雷保護(hù)裝置，同時(shí)采用了可以更換的結(jié)構(gòu)，使引弧線夾和正極棒分開(kāi)，采用螺栓組合，絕緣子防雷保護(hù)裝置見(jiàn)圖1。

圖1 絕緣子防雷保護(hù)裝置

如果電弧燃燒使正極棒損壞，即可更換正極棒，不必整套更換，降低了成本。

4 絕緣子防雷保護(hù)裝置技術(shù)參數(shù)

4.1 線路絕緣子與絕緣子防雷保護(hù)裝置的放電間隙的配合

在雷電沖擊過(guò)電壓作用下，應(yīng)可靠地保證雷擊引起的閃絡(luò)發(fā)生在絕緣子防雷保護(hù)裝置的正極棒與負(fù)極板之間，而不是在絕緣子表面。

對(duì)絕緣子防雷保護(hù)裝置進(jìn)行50%正負(fù)雷電沖擊閃絡(luò)電壓試驗(yàn)，根據(jù)絕緣子的干弧距離預(yù)先假設(shè)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整空氣間隙，在間距為140 mm時(shí)，測(cè)試數(shù)據(jù)為正極性118.5 kV，負(fù)極性208.3 kV。而10 kV線路常用的柱式絕緣子PS-15/500的雷電沖擊電壓為105 kV，118.5 kV＞105 kV。因此適當(dāng)縮短放電間距，以保證雷擊引起的閃絡(luò)在正極棒與負(fù)極板之間進(jìn)行，有效地保護(hù)柱式絕緣子。

4.2 線夾的耐燒灼能力

雷電流參數(shù)根據(jù)DL/T 620-1997《交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合》標(biāo)準(zhǔn)，可用式（1）計(jì)算雷電流幅值概率曲線：

式中：P為雷電流幅值概率；I為雷電流幅值。

雷擊放電時(shí)，雷電流波形取2．6/50 gs的斜角波波形，幅值在20～100 kA范圍內(nèi)變化，雷電波阻抗取300 Ω。

根據(jù)以上計(jì)算，線夾短時(shí)耐受電流試驗(yàn)選取20 kA，1 s進(jìn)行測(cè)試，同時(shí)對(duì)短時(shí)耐受電流試驗(yàn)后的電阻變化進(jìn)行測(cè)試，電阻變化率0.32%。由此，判斷線夾在承受雷擊電流后，仍然能保持良好的接觸性能。

5 防雷保護(hù)裝置的應(yīng)用

莼湖供電所管轄的范圍為環(huán)象山港區(qū)域，沿海且多山，歷來(lái)雷暴活動(dòng)較頻繁，因此將絕緣子防雷保護(hù)裝置安裝試點(diǎn)設(shè)在莼湖供電所。10 kV友誼D411線、吳江D413線、桐照943線、裘村873線都為裸導(dǎo)線，4條線路的桿塔大多在山地丘陵地帶，地形較為復(fù)雜，接地電阻變化較大，屬于雷擊事故多發(fā)線路。在這4條線路上共安裝防雷保護(hù)裝置663套，其現(xiàn)場(chǎng)安裝見(jiàn)圖2，主要安裝在直線桿和小轉(zhuǎn)角桿上。

圖2 防雷保護(hù)裝置的應(yīng)用

10 kV街東935線、鮚奇933線以及章胡863線，雙回路采用的都是架空絕緣導(dǎo)線，5條線路共安裝防雷保護(hù)裝置120套。這5條線路多處于空曠地區(qū)，雷擊頻率較高，有利于觀察其使用情況。

以上9條線路2011年運(yùn)行半年共發(fā)生雷擊跳閘1次，且重合成功，同比去年減少4次，未發(fā)生雷擊斷線事故。

對(duì)比分析表明，安裝絕緣子防雷保護(hù)裝置后，雷擊跳閘率和雷擊斷線次數(shù)大為下降，保護(hù)絕緣子效果較好，具有推廣價(jià)值。在今后的運(yùn)行工作中要不斷地總結(jié)和歸納絕緣子防雷保護(hù)裝置的抗老化和試驗(yàn)周期問(wèn)題，進(jìn)一步提高線路的供電可靠性。

[1]周浩，余虹云.高電壓技術(shù)[M].杭州：浙江大學(xué)出版社，2007.

[2]DL/T 620-1997交流電氣裝置的過(guò)電壓保護(hù)和絕緣配合[S].北京：中國(guó)電力出版社，1997.