為了減少樹(shù)枝、鳥(niǎo)類等外物引起架空裸線的故障、減小停電時(shí)間、提高供電可靠性,佛山電力局從1999年開(kāi)始使用10kV架空絕緣導(dǎo)線。從運(yùn)行情況看,確實(shí)達(dá)到了預(yù)期的效果。但是,也帶來(lái)了一些新的技術(shù)問(wèn)題,主要是雷擊斷線問(wèn)題十分突出。在已架設(shè)的20條架空絕緣線路中,在兩年時(shí)間內(nèi)已有7條線路受到雷擊而斷線。因此,為確保架空絕緣配電網(wǎng)的安全運(yùn)行,必須妥善解決雷擊斷線問(wèn)題。
一、架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線的機(jī)理
架空絕緣導(dǎo)線的雷擊耐受特性與架空裸導(dǎo)線的物理特性明顯不同:當(dāng)直擊雷或感應(yīng)雷過(guò)電壓作用于裸導(dǎo)線引起絕緣子閃絡(luò)時(shí),接續(xù)的工頻短路電流電弧在電動(dòng)力的作用下沿著導(dǎo)線向背離電源方向移動(dòng),并在工頻續(xù)流燒斷導(dǎo)線或損壞絕緣子之前引起斷路器動(dòng)作,切斷電?。粚?duì)于架空絕緣導(dǎo)線,在雷擊過(guò)電壓閃絡(luò)時(shí),瞬間電弧的電流很大但時(shí)間很短,僅在架空絕緣導(dǎo)線絕緣層上形成擊穿孔,不會(huì)燒斷導(dǎo)線。但是,當(dāng)雷電過(guò)電壓閃絡(luò),特別是在兩相或三相(不一定是在同一桿、塔上)之間閃絡(luò)而形成金屬性短路通道,會(huì)引起數(shù)千安培工頻續(xù)流,電弧能量將驟增,此時(shí),由于架空絕緣導(dǎo)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(diǎn)而在斷路器動(dòng)作之前燒斷導(dǎo)線。由此可見(jiàn),雷擊過(guò)電壓引起工頻續(xù)流是導(dǎo)致架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線的主要原因。
二、防范措施
1.安裝架空地線架空地線的作用,主要是將幅值很大的雷電過(guò)電壓轉(zhuǎn)化為電流,經(jīng)很低的桿塔接地電阻排泄出去,從而大幅度降低雷電過(guò)電壓,使導(dǎo)線得到保護(hù)。這在絕緣水平很高的110kV及以上電壓等級(jí)送電線路是作為防雷的主要措施。10kV配電網(wǎng)絕緣水平較低,雷擊架空地線后極容易造成反擊閃絡(luò),仍然會(huì)發(fā)生工頻續(xù)流燒斷絕緣導(dǎo)線。而且根據(jù)統(tǒng)計(jì),配電線路遭受直接雷擊或繞擊的概率很小,約占雷害事故的20%,配電線路上80%的雷電過(guò)電壓故障是感應(yīng)過(guò)電壓。因此,架空地線只能在直擊雷頻繁的區(qū)域使用。
2.安裝氧化鋅避雷器隨著氧化鋅閥片技術(shù)性能的提高,氧化鋅避雷器的優(yōu)良保護(hù)性能已被人們所接受,近年來(lái)已廣泛應(yīng)用于電氣設(shè)備過(guò)電壓保護(hù)。氧化鋅避雷器可以限制感應(yīng)過(guò)電壓幅值,在雷擊閃絡(luò)后吸收放電能量,阻止工頻續(xù)流起弧,達(dá)到保護(hù)導(dǎo)線的目的。氧化鋅避雷器價(jià)格比較高,因此要研究每隔多少距離安裝一組,既要安裝得最小又能夠保護(hù)全線。氧化鋅避雷器的保護(hù)范圍與雷電特性、氧化鋅避雷器參數(shù)、氧化鋅避雷器接地裝置的接地電阻數(shù)值和線路絕緣水平有關(guān)。而其中的雷電特性目前還缺乏數(shù)據(jù)。只能加以假定。以佛山市區(qū)為例:配電線路的感應(yīng)過(guò)電壓幅值為200-300kV峰值,波頭為2μS,線路采用P-15T針式絕緣子,防雷接地電阻為10歐姆,建議每隔200-300米安裝一組氧化鋅避雷器。但安裝氧化鋅避雷器亦有不足之處:(1)破壞架空絕緣導(dǎo)線的主絕緣,可能會(huì)因密封不良而引起架空絕緣導(dǎo)線線芯進(jìn)水,容易在線路弧垂最低點(diǎn)處產(chǎn)生積聚水份并發(fā)生電-化腐蝕,運(yùn)行至六、七年后會(huì)發(fā)生腐蝕斷線事故;(2)氧化鋅避雷器在使用時(shí),長(zhǎng)期承受工頻電壓的作用,一旦氧化鋅避雷器意外損壞,將會(huì)造成系統(tǒng)死接地的故障。
3.安裝防弧金具在距離絕緣子中心150-200mm的范圍內(nèi)(負(fù)荷側(cè))剝離一小段絕緣導(dǎo)線的絕緣層,安裝上防弧金具,可使雷電過(guò)電壓均在防弧金具與絕緣子鋼腳之間定位閃絡(luò),接續(xù)的工頻短路電流電弧的弧根固定在防弧金具上燃燒,從而保護(hù)導(dǎo)線免于燒傷。該方式操作簡(jiǎn)便,投資少,能防止雷擊斷線,但需剝離絕緣層,存在局部導(dǎo)體裸露,并且在雷擊后必須要更換燒傷的防弧金具。
4.安裝線路過(guò)電壓保護(hù)器線路過(guò)電壓保護(hù)器是由非線性電阻限流元件(氧化鋅閥片)及串聯(lián)放電間隙(不銹鋼引流環(huán))組成,在雷電過(guò)電壓閃絡(luò)后引起的工頻續(xù)流流過(guò)線路過(guò)電壓保護(hù)器西藏電力工業(yè)將超前發(fā)展時(shí),非線性電阻限流元件(氧化鋅閥片)利用其電壓高時(shí)阻值低,電壓低時(shí)阻值高的特性,將正弦波形的工頻續(xù)流轉(zhuǎn)變成尖頂波,尖頂波電流在過(guò)零前有相當(dāng)長(zhǎng)的時(shí)間電流幅值較小,同時(shí),限流元件的殘壓削減放電電壓,截?cái)喙ゎl續(xù)流使電弧瞬間熄滅。此時(shí),串聯(lián)間隙起隔離作用,保護(hù)限流元件耐受較高的過(guò)電壓而不損壞,有效地阻止架空絕緣導(dǎo)線發(fā)生雷擊斷線事故。這種方式成本比安裝氧化鋅避雷器稍低,而且與絕緣子并聯(lián)安裝,不損壞絕緣導(dǎo)線的主絕緣層,基本上免維護(hù)。
5.安裝合成絕緣子采用合成絕緣子,提高了線路的沖擊耐壓水平,確保只在特別高的雷電感應(yīng)過(guò)電壓作用下才閃絡(luò),工頻續(xù)流會(huì)因合成絕緣子的放電爬距大而無(wú)法建弧而熄滅。但合成絕緣子價(jià)格比較貴,經(jīng)多次閃絡(luò)后將會(huì)損傷,適用于新建線路。
三、結(jié)論
絕緣導(dǎo)線雷擊必?cái)?,這是其特性所然,在架設(shè)架空絕緣導(dǎo)線的地方,應(yīng)重視雷擊斷線問(wèn)題。在直擊雷頻繁的區(qū)域,可以架設(shè)架空地線,以減少直擊雷的危害。如有可靠的密封防潮措施,采用氧化鋅避雷器也是不錯(cuò)的選擇。防弧金具是中國(guó)電力科學(xué)研究院和北京供電局聯(lián)合研制,能防止雷擊斷線,但導(dǎo)體裸露較長(zhǎng),存在絕緣、密封缺陷。線路過(guò)電壓保護(hù)器是武漢雷泰電力技術(shù)有限公司與上海市東供電局聯(lián)合研制開(kāi)發(fā)的新產(chǎn)品,防雷效果好,不破壞線路絕緣,免維護(hù),值得推廣。合成絕緣子外形美觀,可以防止雷擊,維護(hù)工作量小,適合在新建線路上使用。在現(xiàn)今我國(guó)絕緣架空導(dǎo)線運(yùn)行中最突出的問(wèn)題是斷線和密封防水問(wèn)題,因此,在作防雷措施時(shí)最好不要破壞線路的絕緣。今后隨著配電線路的雷電特性進(jìn)一步被摸清,保護(hù)措施將會(huì)更為完善、合理,架空絕緣線路的運(yùn)行會(huì)更為安全、可靠。