和治翔，邵力，賀飛，廖龍

（1. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司迪慶供電局，云南 迪慶 674400；2. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司電力科學(xué)研究院，云南 昆明 650214；3. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司普洱供電局，云南 普洱 665000；4. 云南電網(wǎng)有限責(zé)任公司德宏供電局，云南 德宏 678400）

0 前言

10 kV 架空配電線路雷擊斷線故障必然造成客戶停電，因斷線故障搶修耗時長，停電時間久，容易引發(fā)客戶不滿和投訴，造成一系列不良社會影響。此外，10 kV 架空配電線路雷擊斷線故障還可能造成人身事故或引發(fā)次生災(zāi)害，為了便于運維，多數(shù)10 kV 架空配電線緊鄰道路、農(nóng)田及其他人員活動區(qū)域，發(fā)生雷擊斷線后，若電源側(cè)導(dǎo)線斷落，可能造成人員觸電；在山區(qū)10 kV 架空配電線路穿越林區(qū)現(xiàn)象極為普遍，發(fā)生雷擊斷線，若電源側(cè)導(dǎo)線斷落，極可能引發(fā)山火，給供電企業(yè)和國家造成重大損失。所以，預(yù)防10 kV 架空配電線雷擊斷線對于提高客戶供電可靠性、防人身觸電和防山火等方面都具有重要意義。

1 10 kV絕緣架空配電線路雷擊斷線

1.1 雷擊故障

10 kV 配電線路數(shù)量龐大，分支線延申范圍廣泛，遭雷概率高[1]，由于絕緣水平低，雷擊后極易發(fā)生故障引起跳閘。據(jù)統(tǒng)計，每年雷擊故障約占10 kV 配網(wǎng)總故障的25%左右。線路雷擊形式主要為直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓[2]。由于架設(shè)高度相對較低，10 kV 架空配電線路90% 以上的雷擊為感應(yīng)雷過電壓。即使是感應(yīng)雷過電壓也高達幾十千伏甚至上百千伏，可輕易擊穿10 kV 架空線路和設(shè)備絕緣，導(dǎo)致線路和設(shè)備故障。

1.2 雷擊故障原因分析

造成10 kV 架空配電線路雷擊故障的原因主要有以下幾個方面：

1）線路絕緣水平低。部分10 kV 架空配電線路絕緣子耐雷水平不高，雷擊閃絡(luò)、擊穿概率高；

2）防雷措施不完善。部分雷區(qū)10 kV 架空線路未按要求配置避雷器、架空地線等防雷設(shè)施，雷電過電壓和和雷電流無法得到限制和泄放；

3）線路絕緣配合不合理。注重線路絕緣提升，卻忽略防雷設(shè)備、設(shè)施建設(shè)，導(dǎo)致雷電對其余絕緣薄弱部分造成破壞；

4）避雷器老化嚴(yán)重。避雷器長期承受雷電沖擊及工頻電流，疲勞、老化，性能大幅下降[5]。由于缺乏避雷器在線檢測手段，絕大多數(shù)避雷器自投運至今未開展過檢測，無法有效監(jiān)測避雷器狀態(tài)，雷擊故障率高；

5）接地電阻不達標(biāo)。避雷器、架空地線等防雷措施都是通過將雷電壓和雷電流引入大地，從而實現(xiàn)對線路和設(shè)備的保護，因此可靠接地成為防雷裝置的關(guān)鍵所在[3]。部分防雷設(shè)備接地設(shè)置簡易、接地裝置材料發(fā)生劣化以及受環(huán)境影響等導(dǎo)致接地電阻不達標(biāo)，影響防雷效果。

1.3 雷擊斷線機理

因絕緣子的外絕緣空氣間隙較短和絕緣子的老化原因，絕緣子附近是雷電過電壓最容易擊穿的位置，主要表現(xiàn)形式為沿絕緣子表面閃絡(luò)或絕緣子擊穿。絕緣子閃絡(luò)擊穿后雷電流對地形成短路電弧，在電網(wǎng)系統(tǒng)工頻電壓作用下形成工頻續(xù)流，電弧能量將劇增，工頻電弧弧根溫度可達1000 ℃～5000 ℃，若弧根固定于導(dǎo)線某一位置，則短時間內(nèi)產(chǎn)生大量熱量會造成導(dǎo)線燒熔斷線[2-3]。絕緣導(dǎo)線和裸導(dǎo)線在雷擊斷線方面存在著明顯的差異。對于絕緣導(dǎo)線，雷電過電壓擊穿會在導(dǎo)線絕緣層上形成一個擊穿針孔，工頻續(xù)流的弧根會固定在針孔位置無法移動，工頻電弧會集中燒灼導(dǎo)致斷線；對于裸導(dǎo)線，當(dāng)雷擊絕緣子閃絡(luò)時，接續(xù)的工頻電弧在電動力的作用下會沿導(dǎo)線表面滑動，不會集中在某一點燒灼，一般不會嚴(yán)重?zé)齻麑?dǎo)線[1]。因此，絕緣導(dǎo)線比裸導(dǎo)線更容易發(fā)生雷擊斷線故障[6]。

由于10 kV 架空線路三相導(dǎo)線上的雷電感應(yīng)過電壓幅值相近，所以雷擊可能引起多相閃絡(luò)，特別是在相間之間發(fā)生閃絡(luò)，容易造成多相接地或間接性相間短路斷線。雷擊斷線故障由于導(dǎo)線斷點位置特殊，不宜接續(xù)，往往只能進行更換，若發(fā)生多相斷線，還可能引起桿塔斷裂，故障范圍擴大。

2 典型案例分析

2.1 故障概況

2022 年1 月21 日17 時57 分，某縣供電局所轄110 kV 甲變電站10 kV 乙線045 斷路器過流Ⅰ段保護動作跳閘，重合閘成功，部分用戶反應(yīng)無電。

2022 年1 月21 日20 時10 分，運維人員發(fā)現(xiàn)10 kV 乙線A 支線8 號桿大號側(cè)三相導(dǎo)線斷線脫落。斷線導(dǎo)線斷口平齊（如圖1 所示），針式絕緣子如圖2 所示。

圖1 導(dǎo)線斷口

圖2 P-15針式絕緣子

查詢配網(wǎng)雷電監(jiān)測系統(tǒng)，2022 年1 月21 日17 時56 分在10 kV 乙線A 支線半徑1 km 范圍內(nèi)發(fā)生雷電1 次，雷電最近桿塔：10 kV 乙線A 支線1 號桿；距離176.87 m；電流幅值：-39.4 kA，如圖3 所示。

圖3 配網(wǎng)雷電監(jiān)測系統(tǒng)數(shù)據(jù)

結(jié)合10 kV 乙線045 斷路器故障跳閘時間、配網(wǎng)雷電監(jiān)測系統(tǒng)監(jiān)測到的雷電時間、雷擊點與線路距離以及斷線導(dǎo)線的表象特征，判斷10 kV 乙線A 支線8 號桿絕緣導(dǎo)線三相斷線為雷擊造成。

2.2 故障分析

一般情況下，架空配電線路雷電感應(yīng)過電壓可以用以下公式進行計算：

當(dāng)S≥65 m，S>>Hd，公式可進一步簡化為：

式中：Ug為導(dǎo)線上的感應(yīng)雷過電壓最大值，kV；k1為感應(yīng)過電壓系數(shù)，我國標(biāo)準(zhǔn)一般取k1=25 Ω；IL為雷電流幅值，m；Hd為導(dǎo)線懸掛的平均高度，m；S為雷擊點與導(dǎo)線的距離，m[1,4]。

本次雷電流幅值IL為-39.4 kA，導(dǎo)線懸掛的平均高度Hd為10 m，雷擊點與導(dǎo)線的距離S為約76.9 m，代入上式計算，得出導(dǎo)線上的感應(yīng)雷過電壓約為128 kV。

10 kV 乙線A 支線8 號桿采用針式絕緣子型號為P-15 針式絕緣子，型號參數(shù)如表1 所示。

表1 P-15T（M）絕緣子參數(shù)

綜合以上信息，判斷造成本次雷擊斷線故障的原因為：

1）10 kV 乙線A 支線絕緣水平低，所用P-15針式絕緣子雷電沖擊耐受電壓為90 kV，而經(jīng)計算導(dǎo)線上感應(yīng)雷過電壓為128 kV，遠大于絕緣子承受值，絕緣子必然發(fā)生閃絡(luò)和擊穿。

2）該支線無線路避雷器、架空地線等防雷措施，線路防雷能力不足，感應(yīng)雷過電壓和雷電流在該支線未得到限制和泄放，在絕緣相對偏低的10 kV 乙線A 支線8 號桿絕緣子處發(fā)生三相閃絡(luò)和擊穿，造成絕緣導(dǎo)線斷線。

3 防雷擊斷線措施及建議

基于10 kV 線路斷線的原理和案例分析，提出相關(guān)的改進技術(shù)措施和管理措施。

3.1 技術(shù)措施

現(xiàn)有防雷技術(shù)和裝置分為兩種方式：堵塞式和疏導(dǎo)式。堵塞式以限制雷電過電壓、降低雷擊閃絡(luò)概率或者阻止雷擊閃絡(luò)后工頻續(xù)流建弧為目的，主要包括加強線路絕緣、安裝避雷器、裝設(shè)架空地線，改善接地。疏導(dǎo)式主要實現(xiàn)改變雷擊閃絡(luò)路徑、并對后續(xù)工頻電弧進行疏導(dǎo)、防止工頻電弧燒損絕緣子及燒斷導(dǎo)線，包括安裝并聯(lián)放電間隙。根據(jù)10 kV 線路斷線的根本原因，綜合考慮裝置成本，線路防雷擊斷線措施以堵塞式為主，疏導(dǎo)式為輔。

1）提高線路絕緣水平。將易擊線路（區(qū)段）普通針式陶瓷絕緣子更換為瓷柱式絕緣子或復(fù)合絕緣子，增加耐張桿懸式絕緣子片數(shù)，增加線路絕緣強度，增大導(dǎo)線與橫擔(dān)距離，可減少閃絡(luò)。對于極易擊線路可更換瓷橫擔(dān)或復(fù)合橫擔(dān)進一步加強絕緣，但因機械強度有限，線路檔距不易過大。

2）增加線路避雷器，改善接地。增加易擊線路（區(qū)段）避雷器布點，同步完成接地建設(shè)，提升線路限制雷電過電壓和泄放雷電流的能力。對于極易擊線路可采用架設(shè)架空地線的方法防雷。提升線路絕緣和安裝線路避雷器須有效結(jié)合，才能使線路防雷效果最大化。

3）使用放電間隙。在導(dǎo)線和接地端分別安裝放電間隙兩極，形成一個空氣間隙。當(dāng)過電壓超過一定數(shù)值時，空氣間隙被擊穿，形成短路通道，泄放過電壓的能量。這種防雷裝置依靠自然滅弧，不能確保在線路保護動作前將電弧熄滅，可能會引起線路跳閘。

4）使用多腔室吹弧式保護裝置。易擊線路或易擊線路區(qū)段可以與絕緣子并聯(lián)安裝，利用多個小滅弧室將大電弧分解為小電弧，并將其吹至周圍空氣中，從而把電弧熄滅。裝置保護范圍大，壽命長，滅弧能力高，能在線路保護動作前釋放雷電能量，但價格相對較高。

3.2 管理措施

10 kV 架空線路數(shù)量龐大，且雷擊具有一定的地域性和選擇性，防雷治理前需要對雷擊線路開展評估，根據(jù)評估結(jié)果，逐級開展治理[3]。根據(jù)相關(guān)研究，雷擊存在一定的選擇性，一般體現(xiàn)在以下方面：

1）在平原等空曠地區(qū)，由于尖端效應(yīng)，突出地面或高聳的物體容易遭受雷擊；

2）山頂?shù)耐怀鑫矬w、山坡迎風(fēng)面、山區(qū)盆地、山溝中處于風(fēng)口的物體容易遭受雷擊；

3）雷擊與地質(zhì)條件有關(guān)，地下有礦物質(zhì)的地面物體容易遭受擊；

4）在湖沼、低洼地區(qū)及地下水位高的地區(qū)，地面物體容易遭受雷擊。雷擊的這一特性，可作為10 kV 架空線路防雷評估的重要依據(jù)。再結(jié)合地區(qū)雷擊強度和線路往年雷擊故障次數(shù)等情況評估線路或線路區(qū)段易擊等級[1]。

4 結(jié)束語

本文針對10 kV 絕緣架空配電線路雷擊斷線問題，分析了其故障類型、原因和機理，并提出了一套綜合技術(shù)方案來防止或減少雷擊斷線故障的發(fā)生。除技術(shù)措施外，還需要在管理措施中加強對線路易受雷擊和故障高發(fā)區(qū)段進行有效評估，明確重點治理對象，提升技術(shù)措施實用效果，切實降低雷擊對線路和設(shè)備的影響。