張孟濤 葉明友 許萌 蔡文宇 陳曉忠

摘 要：10kV架空裸導(dǎo)線路絕緣水平低，很容易遭受雷擊引起絕緣子閃絡(luò)斷線事故。本文通過(guò)收集10kV架空線路的跳閘數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)勘察地形地貌特征，選擇典型的地點(diǎn)進(jìn)行直擊雷防護(hù)措施研究。通過(guò)軟件仿真計(jì)算，將各種防護(hù)裝置模型嵌入到選擇的線路中，提出最優(yōu)的直擊雷防護(hù)措施。采用一種不接地、而且老化后不影響線路安全運(yùn)行、能合理的配合計(jì)數(shù)器的一種防雷裝置來(lái)實(shí)施。

關(guān)鍵詞：防雷 雷擊 避雷器 防雷決策 落雷指標(biāo)

中圖分類(lèi)號(hào)：TM863 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2016）06（a）-0000-00

1 概述

10kV架空裸導(dǎo)線路絕緣水平低，很容易遭受雷擊引起絕緣子閃絡(luò)斷線事故，10kV絕緣導(dǎo)線容易遭受雷擊斷線。據(jù)有關(guān)資料的統(tǒng)計(jì)，浙江地區(qū)到2004年為止，雷擊斷線事故與雷擊跳閘事故約為395次：上海地區(qū)使用絕緣導(dǎo)線以來(lái)，已造成近百起雷擊閃絡(luò)事故。國(guó)外也有資料介紹雷擊斷線事故約占總雷擊的96.8%，雷擊斷線事故約占配電網(wǎng)絕緣事故的36.8%。以上資料表明：雷擊斷線事故是應(yīng)用絕緣導(dǎo)線中最突出的一個(gè)嚴(yán)重問(wèn)題，這引起我們的廣泛注意，并積極開(kāi)展對(duì)等試驗(yàn)研究工作，為提高供電可靠性、降低停電時(shí)間，減少雷擊對(duì)電氣設(shè)備的損壞，本文結(jié)合當(dāng)?shù)仉娋W(wǎng)實(shí)際情況做好絕緣導(dǎo)線雷電防護(hù)措施是顯得非常重要。

當(dāng)前階段，大多數(shù)的配電線路不具備較高的絕緣水平，不僅僅在直擊雷的作用下存在安全隱患，而且在感應(yīng)雷的作用下也會(huì)出現(xiàn)雷害事件。但是，避雷器僅僅能夠保護(hù)配電設(shè)備及配電線路進(jìn)出線，無(wú)法通過(guò)增加安裝數(shù)量來(lái)實(shí)現(xiàn)其作用。如果在配電線路上增加避雷器的安裝數(shù)量，不僅成本高，而且在運(yùn)行維護(hù)方面存在較大困難，且一旦避雷器出現(xiàn)損壞，就會(huì)對(duì)配電網(wǎng)的正常運(yùn)行產(chǎn)生威脅，因此，在配電網(wǎng)的安全運(yùn)行過(guò)程中，防雷問(wèn)題尤為重要。因輸配電線路所經(jīng)過(guò)的地形較為復(fù)雜，不管是在山區(qū)內(nèi)，還是在江河、丘陵等地區(qū)，均存在較大的雷擊危險(xiǎn)。因長(zhǎng)期運(yùn)行，輸配電線路上的瓷絕緣子經(jīng)常變成“劣值”絕緣子，導(dǎo)致其絕緣效果明顯減弱，加之許多山區(qū)桿塔接地的電阻均較高，導(dǎo)致“反擊”的現(xiàn)象頻繁發(fā)生。“反擊”現(xiàn)象一旦發(fā)生，在雷電流與工頻電流的作用下，絕緣子非常容易被炸掉，進(jìn)而導(dǎo)致斷線事件的發(fā)生。當(dāng)前階段，為達(dá)到防污閃的目的，大量應(yīng)用合成絕緣子，但是此類(lèi)絕緣子耐雷水平相對(duì)較差，在雷電天氣，極易出現(xiàn)閃絡(luò)。而對(duì)于硅橡膠合成絕緣子而言，因其不均勻的電位分布極易導(dǎo)致雷擊閃絡(luò)的發(fā)生。閃絡(luò)發(fā)生過(guò)程中，在工頻電流與雷電流的作用下，容易導(dǎo)致鋁制金具噴鋁、燒熔，對(duì)絕緣子產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p壞。為避免絕緣子被損壞，必須采取保護(hù)措施。在發(fā)生雷擊事件時(shí)，一旦雷電流與工頻電流經(jīng)過(guò)絕緣子，必然會(huì)對(duì)絕緣子產(chǎn)生嚴(yán)重?fù)p壞，再加上其絕緣結(jié)構(gòu)為氣體與固體的交界面，容易被電場(chǎng)畸變與絕緣子表面污穢所影響，進(jìn)而導(dǎo)致雷電建弧率發(fā)生一定程度的增高，甚至損壞絕緣子，進(jìn)而導(dǎo)致線路發(fā)生跳閘現(xiàn)象，或發(fā)生斷線等事故。

結(jié)合國(guó)內(nèi)外常用的10kV絕緣導(dǎo)線防雷經(jīng)驗(yàn)及措施，通過(guò)收集10kV架空線路的跳閘數(shù)據(jù)，現(xiàn)場(chǎng)勘察地形地貌特征，選擇典型的地點(diǎn)進(jìn)行直擊雷防護(hù)措施研究。通過(guò)軟件仿真計(jì)算，將各種防護(hù)裝置模型嵌入到選擇的線路中，提出最優(yōu)的直擊雷防護(hù)措施。采用一種不接地、而且老化后不影響線路安全運(yùn)行、能合理的配合計(jì)數(shù)器的一種防雷裝置來(lái)實(shí)施。根據(jù)上述綜合比較，線路雷擊閃絡(luò)保護(hù)裝置有比較好的應(yīng)用價(jià)值。

雷擊閃絡(luò)保護(hù)裝置是通過(guò)電阻片及電容層間介質(zhì)、放電球隙、等電位連接金具、安裝金具等元件組成。線路閃絡(luò)保護(hù)裝置是新一代的高科技配網(wǎng)線路防雷產(chǎn)品，里面采用非線性伏安特性良好的電阻片及脈沖電容層間介質(zhì)組合而成，它是替代過(guò)去避雷器的新一代產(chǎn)品。

雷擊閃絡(luò)保護(hù)裝置是該課題從事電力系統(tǒng)高電壓專(zhuān)業(yè)技術(shù)人員經(jīng)過(guò)大量的高電壓試驗(yàn)及現(xiàn)場(chǎng)線路遭受雷擊的機(jī)理、線路雷擊斷線、跳閘過(guò)程進(jìn)行分析而設(shè)計(jì)的。當(dāng)線路有雷擊過(guò)電壓達(dá)到球隙閾值電壓時(shí)，球隙開(kāi)始放電，引起閃絡(luò)保護(hù)裝置本體迅速動(dòng)作，保護(hù)裝置動(dòng)作后將線路過(guò)電壓鉗到絕緣子不閃絡(luò)的電壓范圍內(nèi)，此時(shí)閃絡(luò)保護(hù)裝置放電線圈將雷電波頭電荷短路放電，線路過(guò)電壓消失后，閃絡(luò)保護(hù)裝置外球隙恢復(fù)到原來(lái)狀態(tài)，系統(tǒng)正常運(yùn)行。此保護(hù)裝置主要用在線路防雷擊斷線、跳閘及其他電氣設(shè)備遭受雷擊的防護(hù)，此閃絡(luò)保護(hù)裝置不用接地裝置及接地引下線高阻運(yùn)行即可。

鑒于傳統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)裝置的運(yùn)行現(xiàn)狀，線路運(yùn)行人員旨在通過(guò)最新設(shè)計(jì)研發(fā)技術(shù)對(duì)傳統(tǒng)過(guò)電壓保護(hù)裝置的限流元件進(jìn)行技術(shù)革新，重點(diǎn)開(kāi)展過(guò)電壓保護(hù)裝置中避雷器性能參數(shù)的研究、過(guò)電壓保護(hù)裝置中串聯(lián)間隙性能參數(shù)的研究、安裝過(guò)電壓保護(hù)裝置對(duì)限制配電線路雷電感應(yīng)過(guò)電壓作用的研究、過(guò)電壓保護(hù)裝置安裝密度的研究、過(guò)電壓保護(hù)裝置保護(hù)效果的研究、以及架空線路雷電過(guò)電壓保護(hù)裝置保護(hù)性能的仿真實(shí)驗(yàn)，為以后雷電防護(hù)治理方案提供指導(dǎo)性意義。

2 主要研究?jī)?nèi)容

本研究結(jié)合山區(qū)10kV線路的普遍性特點(diǎn)，構(gòu)建了一套基于的山區(qū)10kV線路的防雷技術(shù)的評(píng)估決策體系。

主要內(nèi)容如下：

（1）基于雷電密度分布的雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

構(gòu)建雷害風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估模型，按年度雷擊密度、環(huán)境類(lèi)型、雷擊頻度，評(píng)估線路跳閘風(fēng)險(xiǎn)，其中，把環(huán)境類(lèi)型分為平地型，山谷型、山頂型、山波形；不同的環(huán)境類(lèi)型給預(yù)不同的權(quán)重。

（2）基于EGM模型高程對(duì)各種桿塔進(jìn)行風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估

通過(guò)EGM高程分別對(duì)地線屏蔽弧、邊相暴露弧、地面屏蔽弧進(jìn)行距離計(jì)算與疊加分析，給出各桿塔的易雷擊量化評(píng)估。

（3）防雷決策模型

依據(jù)雷擊量化評(píng)估結(jié)果，構(gòu)建基于絕緣子沖擊放電限值、接地電阻阻值的防雷決策矩陣。

防雷決策矩陣包括防雷產(chǎn)品、安裝手段、成本費(fèi)用等要素

（4）基于桿塔風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果對(duì)線路進(jìn)行治理

結(jié)合線路風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估與桿塔風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估結(jié)果，查詢(xún)防雷產(chǎn)品矩陣，給出決策方案。

3 成果推廣及產(chǎn)業(yè)化存在的一些問(wèn)題

（1）配電線路防雷突出問(wèn)題主要體現(xiàn)在線路絕緣子雷電沖擊放電電壓幅值較大，絕緣水平過(guò)高，加之線路桿塔和配電變壓器的接地電阻值較高，當(dāng)線路遭受雷擊時(shí)，雷電波在線路中得不到及時(shí)的衰減，雷電流不能有效入地，造成線路雷擊跳閘事故。同時(shí)，線路絕緣子存在質(zhì)量缺陷，當(dāng)配電線路遭受雷電過(guò)電壓時(shí)，劣質(zhì)絕緣子易發(fā)生閃絡(luò)、爆炸等事故，造成線路跳閘；（2） 配電線路交叉處垂直距離不足和低壓接戶線的防雷措施存在空白；（3） 變電站在直擊雷防護(hù)方面，雖有采取避雷針這種有效的防護(hù)措施，但是避雷針接地電阻值偏高，容易造成反擊事故。在雷電侵入波的防護(hù)上，由于線路和變電站的絕緣配合存在不匹配加之線路的絕緣水平過(guò)度的提高，造成高能量的雷電波在變電站才能得以完全的釋放，造成主變壓器和避雷器及其他設(shè)備的絕緣損壞；（4） 配電設(shè)備防雷措施存在不足，配電變壓器和柱上開(kāi)關(guān)僅一側(cè)加裝避雷器，造成配變和開(kāi)關(guān)的絕緣擊穿和線路跳閘；（5） 輔助的防雷措施如接地裝置存在嚴(yán)重的腐蝕斷裂現(xiàn)象，使得配電設(shè)備和桿塔“失地”，造成設(shè)備接地電阻值較大，雷擊造成局部電位升高，造成雷害事故；（6） 配電網(wǎng)運(yùn)行缺乏維護(hù)和預(yù)防性試驗(yàn)（如接地導(dǎo)通試驗(yàn)）有時(shí)監(jiān)管不到位，造成配電網(wǎng)存在大量的雷害事故隱患。

參考文獻(xiàn)

[1] 王茂成，鄒洪英，呂鳳文，呂永麗，王茂旭 10kV絕緣導(dǎo)線雷擊斷線機(jī)理分析和措施的研究 山東電機(jī)工程學(xué)會(huì)學(xué)術(shù)年會(huì)， 2006

[2] 陳維江，李慶峰，來(lái)小康，李國(guó)富，蔡國(guó)雄 10kV架空絕緣導(dǎo)線防雷擊斷線用防弧金具研究《電網(wǎng)技術(shù)》， 2002， 26（9）：25-28