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1、防止架空绝缘导线雷击断线和减少雷击跳闸概率的技术措施摘要 本文总结国内外防止配电线路架空绝缘导线雷击断线的技术措施和装置，比拟其可靠性和经济性，经试验研究、性能价格比优选和实际运行验证，提出一种适合中国国情、防止配电线路架空绝缘导线雷击断线和减少雷击跳闸概率的新技术和装置，可有效地防止架空绝缘导线雷击断线、绝缘子损坏等事故。该装置结构简单、安装方便，技术先进、国内首创。 关键词： 过电压 新技术 架空绝缘线路key words: Over-voltage New technique Insulated overhead line1 引言 近年来大规模城乡电网改造，越来越多的城市配电网络大量采用
2、架空绝缘导线线路，绝缘线路发生雷击断线和绝缘子击穿事故的统计数量呈上升趋势，并随着绝缘导线线路长度增加而急剧上升，已成为严重威胁线路平安运行的主要根源。一九九九年至二00一年期间，国外关于运行中的绝缘线路发生雷击和绝缘子击穿事故数量占其事故总数量的74.9%，雷击断线率为96.8%，由于雷击断线所造成的直接经济损失高达1.2亿多美元；国内绝缘线路雷击断线事故情况不容乐观，据不完全统计，截止二00一年底，国内一些城市如上海、北京、武汉、厦门等地共发生绝缘线路雷击断线事故约395起，并造成多起人身伤亡和巨额财产经济损失。 架空绝缘线路频繁发生雷击断线事故已引起国内外专家学者广泛重视，并围绕雷击断线
3、的机理，以及如何有效防止架空绝缘线路发生雷击断线事故的焦点问题展开了大量的试验研究和应用技术的研发工作。2 雷击断线的机理 试验研究和实际事故原因分析证实：架空绝缘线路因雷电过电压造成闪络时，瞬间电弧电流很大但时间很短约几微秒至几毫秒，仅在架空绝缘导线绝缘层上形成击穿孔，不会烧断导线。但是，当雷电过电压闪络，特别是在两相或三相不一定是在同一电杆上之间闪络而形成金属性短路通道，引起数千安培工频续流，电弧能量将骤增。此时，由于架空绝缘导线绝缘层阻碍电弧在其外表滑移，高温弧根被固定在绝缘层的击穿点而在断路器动作之前烧断导线。 对于裸导线，电弧在电磁力的作用下，高温弧根沿导线外表滑移，并在工频续流烧断
4、导线或损坏绝缘子之前引起断路器动作，切断电弧。因此，裸导线的断线故障率明显低于架空绝缘导线。 根据上述架空绝缘导线线路雷击断线机理分析，及时切断雷电流引起的工频续流是防止架空绝缘导线线路雷击断线事故的根本方法。3 国外防止架空绝缘导线线路雷击断线事故的技术措施 经济兴旺国家采用架空绝缘导线输配电的时间较长，积累了大量运行经验。为了降低日益高涨的雷击断线事故率，先后采用了如下预防措施和方法。3.1 架空避雷线 在空旷地区同杆架设架空避雷线对配电架空绝缘线路进行屏蔽保护，架空绝缘线上的感应电压将降低(1-k)倍，k为避雷线与导线之间的耦合系数乘以冲击系数。 理论计算和实际运行经验说明：采用同杆架设
5、架空避雷线可以限制线路感应过电压，是一种投资较大的传统方法。但是，由于配电线路设计的绝缘水平较低，雷击架空避雷线后非常容易造成还击闪络，仍然会引发工频续流熔断绝缘导线。故该方法国外目前较少采用。3.2 氧化锌避雷器 近年来，人们利用氧化锌避雷器非线性电阻特性和快速阻断工频续流的特性，广泛应用于线路以限制雷电过电压，其保护范围有限，根本上只能够保护本杆设备。日本、美国、加拿大等国家投入巨资对线路进行改造，在每基电杆上安装三只相氧化锌避雷器后，雷击断线率由原来的99.3%降低到2.7%，根本没有再发生雷击断线事故。3.3 钳位绝缘子 日本东京电力公司采用放电钳位绝缘子以防止绝缘导线雷击断线，如图1
6、所示。即在绝缘导线固定处剥离绝缘层，加装特殊设计的金属线夹，并设置引弧放电间隙。当雷电闪络引发工频续流时，工频续流在该金属线夹上燃弧直至线路跳闸以熄灭工频续流，从而防止烧伤绝缘子和熔断绝缘导线。 根据同一原理，芬兰Nokia公司研发的被覆线配电系统SAX系统，采用悬垂线夹和其它装置作为闪络保护器，悬垂线夹承受工频电弧，如图2所示。该装置抗震性能较差，线路风吹舞动时，常发生故障。3.4增长闪络路径 通过增长闪络路径，降低工频建弧率，是防止架空绝缘线路雷击断线事故的另一思路。俄罗斯国家电力公司首先提出长闪络间隙保护方式，如图3所示。在横担上安装一U形绝缘闪络路径图3b，使U形头部与绝缘导线之间的冲
7、击放电电压比绝缘子放电电压低。当雷电过电压时，该间隙先于绝缘子击穿闪络，并沿绝缘闪络路径开展。设计该绝缘路径足够长，就可以阻止工频续流建弧，切断工频续流。 图1 钳位绝缘子 2.a 2. b 图2 悬垂线夹闪络保护器 图3 U形绝缘闪络路径 图4架空绝缘导线加强局部绝缘 图 5 日本、澳大利亚采用的限流消弧角3.5提高线路绝缘水平 将配电线路中的瓷绝缘子更换成为硅橡胶绝缘横担，全线提高线路绝缘水平，雷电引发的工频续流因爬距大而无法建弧。 为了减低线路造价，可采用架空绝缘导线加强局部绝缘的方式，即在绝缘导线固定处加厚绝缘，如图4所示，也是一种尝试的方法。3.6限流消弧角 一些多雷害国家如日本、澳
8、大利亚、美国和欧洲等，近年来在架空绝缘线路上大量推广应用限流消弧角，如图5所示。该装置利用放电线夹1刺穿绝缘导线的绝缘层，形成对氧化锌限流元件3 的尖端放电间隙，当线路出现雷电过电压时，尖端间隙首先放电，雷电流经氧化锌限流元件释放，而工频续流那么被氧化锌限流元件截断，从而防止架空绝缘线路雷击断线事故的发生。该方法在诸多国家推广应用五年以来，有效地防止雷击断线事故再度发生，受到许多国家普遍欢送，正逐步取代上述各种预防措施。4 国内防止架空绝缘导线雷击断线事故的技术措施 我国架空绝缘线路应用的历史较短，积累的运行经验较少。特别是发生绝缘导线断线事故时，分析事故原因不透彻，信息交流渠道不畅通。因而，
9、防止架空绝缘导线雷击断线事故的措施和技术单一，新技术新措施研发相对滞后。较多采用的方法是在有配电变压器的电杆上或变压器接线桩头附近安装氧化锌避雷器，有足够经济条件或重要线路那么采用硅橡胶复合绝缘子加强全线路绝缘水平。 上海市电力公司近几年在全市大量采用氧化锌避雷器，以抑制雷电过电压，并在?架空绝缘配电线路设计技术标准?中规定“每隔三档约100至150米装设保护间隙或氧化锌避雷器。 上海、北京、广州、福州等大中城市市区和城郊根本上是以氧化锌避雷器为主要防止雷电过电压措施。重要区域采用硅橡胶复合横担和氧化锌避雷器作为防止雷电过电压措施。事实上，氧化锌避雷器保护范围较小，只能够保护附近的电气设备免受
10、雷害，故我国架空绝缘线路雷击断线事故率依然快速增长。时至今日，我们面对架空绝缘导线雷击断线事故仍然是束手无策，处于极为被动的局面。各电力公司屡次在全国专业会议上呼吁引进国外先进技术、研发适合国情的预防雷击断线事故的新技术新措施，将雷击断线事故率和事故损失降低到最小限度。5 防止架空绝缘导线雷击断线事故的最新技术措施 2000年8月份，市东供电公司所管辖的多条10kV架空绝缘线路先后发生十一起雷击断线故障，造成市区大面积供电中断。同期，有新闻报导湖北省武汉市汉阳区某10kV架空绝缘线路发生雷击断线事故，造成一行人电击重伤。 架空绝缘导线雷击断线问题引起上海市东供电公司领导班子高度重视，及时组织总
11、工室和生技科会同国家电力公司武汉高压研究所和华东电力试验研究所等单位技术人员详细分析事故原因、制定相关预防措施。同时，由生技科牵头、浦东供电所配合，成立防止架空绝缘导线雷击断线的新技术研发攻关小组，派出相关人员到外省、市调研，收集北京、武汉等地区防止架空绝缘导线雷击断线的技术和措施的第一手资料，并设立专项科研课题，委托我公司研发防止架空绝缘导线雷击断线的新技术和新措施。 针对目前国内防止雷击断线事故的技术措施仍处于空白的现状，我们借鉴国外较为成熟的技术和走访科研院所寻求解决方案的根底上，在上海市东供电公司袁检和万幸倍同志的指导下、在浦东供电所的积极合作并提供实验和试运行条件的帮助下。历时一年多
12、，在国内率先研制开发成功适合国情的线路过电压保护器技术实物如图6所示，填补了国内防止架空绝缘导线雷击断线的新技术和新措施的空白，到达国际先进技术水平，得到有关专家学者的一致好评。该项技术通过国家电气设备质量检测中心型式试验，各项技术参数到达设计要求，较好地完成了课题标的。经试验研究、性能价格比优选和实际运行验证，该项技术可有效地防止架空绝缘导线雷击断线、绝缘子损坏等事故的发生。其结构简单、技术先进、保护特性好、安装方便以及使用效果良好、免维护。 图6 线路过电压保护器实物图片 对上述国内外各种防止雷击断线事故的技术措施和我们研发的架空绝缘导线线路过电压保护器技术的技术经济性进行比拟，比拟结果列
13、入表1 中。表1 几种防止雷击断线事故的技术措施的技术经济性比拟 技 术 措 施优 点缺点架空避雷线1能够有效降低线路雷电感应过电压。2免维护。1容易对线路形成还击。2投资本钱较大。3 防止绝缘导线雷击断线效果不明显。氧化锌避雷器能够有效截断工频续流、限制雷电过电压。1保护范围较小。2全线路装设，投资本钱很大。3 必须破开绝缘层，可能引起绝缘导线线芯进水，导致导线弧垂处电化学腐蚀断线。4 长期承受工频电压，可能引起氧化锌阀片老化，必须进行运行维护。钳位绝缘子1借助断路器截断工频续流，防止绝缘导线熔断。2 免维护。1 更换绝缘子的投资本钱较大。2 必须破开绝缘层，可能引起绝缘导线线芯进水，导致导线弧垂处电化学腐蚀断线。增长闪络路径1借助断路器截断工频续流，防止绝缘导线熔断。2 免维护。3 投资本钱较低。1 如何保持间隙的问题尚无法解决。2 如何与同杆其它线路保持间距的问题无法解决。提高线路绝缘水平1有效提高线路绝缘水平。2免维护。更换绝缘子的投资本钱较大。限流消弧角1能够有效截断工频续流、限制雷电过电压。2 不承受工频电压，免维护。1保护范围较小。2线路中每间隔一基至三基电杆装设，投资本钱较大但可以接受。3 必须破开绝缘层，可能引起绝缘导线线芯进水，导致导线弧垂处电化学腐蚀断线。线路过电压保
