摘　要：本文簡(jiǎn)要介紹了近三年來(lái)上海城區(qū)配電線路雷擊情況，在對(duì)10kV架空絕緣導(dǎo)線受雷擊斷線事故進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，找出斷線原因并提出對(duì)策。 關(guān)鍵詞：絕緣導(dǎo)線 雷擊 建弧率 工頻續(xù)流 1.概　述 　　10kV配電線路系電力系統(tǒng)中公里數(shù)較長(zhǎng)且與用戶關(guān)聯(lián)最為密切的電壓等級(jí)線路。由于眾所周知的原因，10kV線路的絕緣水平普遍較低，不僅在雷直擊導(dǎo)線和塔頂時(shí)會(huì)閃絡(luò)引起跳閘，而且在雷電擊中周邊的樹(shù)木或建筑時(shí)，因感應(yīng)電壓過(guò)高也會(huì)導(dǎo)致閃絡(luò)。 　　目前我國(guó)大、中城市10kV配電線路采用絕緣導(dǎo)線作為架空配電線路的愈來(lái)愈多，有效地解決了裸導(dǎo)線難以解決的走廊和安全問(wèn)題，與地下電纜相比具有投資省，建設(shè)快的優(yōu)點(diǎn)，但也帶來(lái)了一些新的技術(shù)問(wèn)題，其中之一就是絕緣導(dǎo)線在運(yùn)行中的雷擊斷線。上海市區(qū)自80年代末開(kāi)始使用絕緣導(dǎo)線以來(lái)，至目前10kV城網(wǎng)已基本絕緣化。近期上海地區(qū)雷電活動(dòng)頻繁，已造成數(shù)十起配電線路雷擊閃絡(luò)事故，絕緣導(dǎo)線遭雷擊斷線事件也時(shí)有發(fā)生。表一摘要了上海市區(qū)供電公司近三年雷擊線路跳閘統(tǒng)計(jì)情況（圖1為03年8月2日黃陂南路30#桿遭雷擊斷線一組實(shí)物照）。因此，對(duì)絕緣線路固有的雷擊斷線問(wèn)題決不能等閑視之，本文針對(duì)這一問(wèn)題綜合有關(guān)資料就雷擊斷線問(wèn)題從原理上進(jìn)行分析并提出一些經(jīng)濟(jì)有效的對(duì)策。 2.雷擊斷線原理 　　2.1雷擊斷線的原因 　　10kV配電線路在設(shè)計(jì)上“先天不足”的耐雷水平，難以承受直接雷和感應(yīng)雷的作用。當(dāng)裸線遭受雷擊發(fā)生閃絡(luò)時(shí)，由于電動(dòng)力關(guān)系，數(shù)千安培的工頻續(xù)流電弧向負(fù)荷端移動(dòng)直至保護(hù)動(dòng)作，不會(huì)造成導(dǎo)線嚴(yán)重?zé)龎?。絕緣導(dǎo)線則不同，在擊穿點(diǎn)的周?chē)嬖诮^緣，阻礙電弧的移動(dòng)，使弧根停留在一點(diǎn)燃燒，此時(shí)即使將繼電器跳閘時(shí)間調(diào)整到最小，導(dǎo)線也將被幾千安的短路電流所損傷，斷線事故的發(fā)生仍然難以避免。 　　2.2高層建筑的屏蔽效應(yīng) 　　市區(qū)的各種高層建筑的屏蔽對(duì)減少直接雷的發(fā)生非常有效。但高層建筑的引雷作用卻增加了鄰近線路感應(yīng)過(guò)電壓的發(fā)生。據(jù)國(guó)外資料統(tǒng)計(jì)，配電線路感應(yīng)雷占80%，感應(yīng)雷的放電電流通常小于1kA，感應(yīng)過(guò)電壓的幅值約可達(dá)200～300kV。如此高的過(guò)電壓幅值對(duì)10kV線路來(lái)說(shuō)是難以承受的。這也就說(shuō)明了表一統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)35kV線路跳閃率遠(yuǎn)低于10kV線路的原因。 　　2.3影響10kV絕緣導(dǎo)線雷擊斷線的因素 　　線路絕緣水平與建弧率 　　當(dāng)雷擊作用于絕緣子,絕緣子的閃絡(luò)取決于過(guò)電壓值和線路絕緣水平.電弧產(chǎn)生的幾率取決于多個(gè)參數(shù):額定線電壓U2、閃絡(luò)路徑L、雷沖擊發(fā)生的時(shí)刻、雷電流的大小和線路參數(shù)等。在這些參數(shù)中主要決定于沿閃絡(luò)路徑的運(yùn)行電壓平均梯度。 　　E=U2/√3·L 　　L——閃絡(luò)長(zhǎng)度，m 　　建弧率是隨著E的降低而降低的。通過(guò)對(duì)電弧火花放電過(guò)程的數(shù)據(jù)分析得到結(jié)論，E≤7～10kV/m時(shí)，建弧率為零。 　　工頻短路電流與雷電產(chǎn)生的熱量 　　造成電弧熔斷絕緣導(dǎo)線的熱量與電弧作用時(shí)間有關(guān)，電弧電流產(chǎn)生的熱量： 　　Q=I2Rt 　　I——電弧電流 　　R——電弧電阻 　　T——作用時(shí)間 　　假定雷電波波頭時(shí)間為2μs，雷電幅值為1kA；工頻短路電流作用時(shí)間為0.2s，短路電流亦為1kA。則按上式公式計(jì)算可知工頻續(xù)流產(chǎn)生的熱量將比雷電流產(chǎn)生的熱量大10000倍。由此可見(jiàn)感應(yīng)過(guò)電壓是雷擊斷線的誘因，而工頻續(xù)流則是造成絕線導(dǎo)線斷線的決定因素。 　　研究雷擊斷線的原理主要目的是確定閃絡(luò)部位并采取相應(yīng)措施，使線路結(jié)構(gòu)更為完善。 3、對(duì)策 　　在10kV線路中全線裝設(shè)無(wú)間隙避雷器的防雷效果是不言而喻的。但是這得增加較大的投資，同時(shí)，大量地和架空線并聯(lián)的無(wú)間隙避雷器將使架空線的運(yùn)行可靠性不可避免地由于附加設(shè)備可能出現(xiàn)的故障而降低了。裝設(shè)雷擊線，可使雷電流迅速?gòu)谋芾拙€上釋放。雷擊時(shí)導(dǎo)線上只產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓，具有較好的防雷效果。但因10kV線路絕緣強(qiáng)度較低，感應(yīng)雷仍能引起閃絡(luò)而發(fā)生雷擊斷線事故。故避雷器可減少雷擊斷線事故，但不能杜絕雷擊斷線事故。而下述幾種方案不失為防止雷擊斷線經(jīng)濟(jì)有效措施。 　　3.1采用玻璃鋼絕緣橫擔(dān) 　　雷擊閃絡(luò)取決于過(guò)電壓值和線路絕緣水平，研究表明雷擊引起的電弧嚴(yán)重程度是隨著沿閃絡(luò)路徑的電場(chǎng)梯度的降低而降低的，因此提高PS-15絕緣子的絕緣水平就可使雷擊閃絡(luò)率大為降低，同時(shí)，即使發(fā)生雷擊閃絡(luò)其電弧強(qiáng)度也大為降低。然而由于技術(shù)經(jīng)濟(jì)原因，要大幅度提高支柱絕緣子的絕緣水平較為困難，目前上海地區(qū)大量使用的玻璃鋼熔絲橫擔(dān)具有機(jī)械強(qiáng)度高、絕緣性能好等優(yōu)點(diǎn)。若將其用作支柱絕緣子橫擔(dān)（見(jiàn)圖2），則可顯著增加閃絡(luò)路徑，從而大幅度提高線路的耐雷水平，減低線路的建弧率而基本避免了雷擊斷線事故的發(fā)生。 3.2采用保護(hù)型絕緣間隙橫擔(dān) 　　玻璃鋼絕緣橫擔(dān)的應(yīng)用固然可減少線路的雷擊跳閘和雷擊斷線問(wèn)題，但其過(guò)強(qiáng)的絕緣可能會(huì)將雷電流引向其他設(shè)備，造成其它設(shè)備的損壞事故，為使線路在遭受高強(qiáng)度雷擊時(shí)雷電流有一個(gè)釋放通道，我們?cè)诰€路中采用了保護(hù)型絕緣間隙橫擔(dān)（見(jiàn)圖3）。 　　保護(hù)型絕緣間隙橫擔(dān)由火花放電間隙，非線性電阻限流元件。玻璃鋼絕緣橫擔(dān)所造成?；鸹ǚ烹婇g隙限制了雷電過(guò)電壓幅值，通過(guò)放電間隙的調(diào)整可控制架空線絕緣閃絡(luò)的位置。限流元件能夠在瞬間截?cái)喙ゎl續(xù)流，有效地保護(hù)了架空絕緣導(dǎo)線。玻璃鋼絕緣橫擔(dān)則可在限流元件難以承受高強(qiáng)度雷擊作用時(shí)給線路提供一個(gè)長(zhǎng)閃絡(luò)距離的避雷保護(hù)，從而抑制工頻續(xù)流的產(chǎn)生。 3.3采用保護(hù)型金具柱式絕緣子 　　保護(hù)型金具柱式絕緣子，防雷擊斷線的主要作用在于：1）提高絕緣子的放電距離來(lái)減少線路的雷擊閃絡(luò)率；2）通過(guò)保護(hù)型金具將導(dǎo)線圍繞起來(lái)形成厚實(shí)的部件，以防止短路電弧根部的燃燒效應(yīng)。閃絡(luò)時(shí)，電弧在保護(hù)型金具的厚實(shí)部分之間燃燒（見(jiàn)圖4），而使導(dǎo)線免受損傷。 　　3.4低壓電網(wǎng)的防雷 　　低壓用電線路絕緣水平低，最易發(fā)生事故。因此，對(duì)低壓用電線路的防雷保護(hù)要充分重視。我們?cè)谧儔浩鞒隹谔庪娎|定位支架上安裝了穿刺型無(wú)間隙氧化鋅避雷器（見(jiàn)圖5）。 　　3. 5采用NXL型耐張線夾 　　絕緣導(dǎo)線在法國(guó)、日本、澳大利亞等國(guó)家20世紀(jì)60年代初開(kāi)始采用，已經(jīng)有40多年的經(jīng)驗(yàn)，根據(jù)有關(guān)資料，日本90年代初將架空裸絞線大部分更換為架空絕緣線。線路的雷擊斷線事故也增加，雷擊閃絡(luò)發(fā)生在兩相或三相之間，工頻電流往往集中在絕緣層的擊穿點(diǎn)上，從而使絕緣導(dǎo)體在斷路器跳閘前熔斷。裝夾不剝皮耐張線夾的架空絕緣線在以下情況下容易發(fā)生絕緣皮蠕變或損傷： 　　在張力作用下 　　發(fā)生振動(dòng)情況下 　　受到雷擊情況下 　　損傷的部位大都發(fā)生在電桿上的絕緣線固定之處，距電桿200～500毫米，城網(wǎng)絕緣線防雷，一般采用安裝避雷器的方法，或選裝防雷擊斷線型的支柱絕緣子及防雷擊斷線型的耐張線夾。 　　耐張金具的選用對(duì)斷線事故的發(fā)生有一定的影響，一種是剝皮的NXL型的耐張線夾，另幾種是不剝皮的NXJ型和NLL型耐張線夾。NXL楔型（剝皮）耐張線夾的優(yōu)點(diǎn)有以下三點(diǎn)：一是考慮防雷和應(yīng)力集中引起的斷線以及絕緣層蠕變引起的滑線。不剝皮線夾，耐張夾持處為硬塑膠兩塊楔型夾板，夾板處絕緣導(dǎo)線的絕緣皮，因產(chǎn)生的握力使絕緣層蠕變破壞，再加上它的線夾殼體結(jié)構(gòu)有平行尖銳角會(huì)產(chǎn)生感應(yīng)過(guò)電壓，引起雷擊斷線。原因二是非直接雷擊導(dǎo)線。由于地面或樹(shù)木被雷擊的反擊電壓在導(dǎo)線上，不剝皮線夾與導(dǎo)線是絕緣狀態(tài)，絕緣導(dǎo)線承受很高的殘壓而擊斷導(dǎo)線。剝皮線夾由于是厚實(shí)的金屬體，起到水庫(kù)容量及散熱的作用，承受的殘壓由耐張線夾自身承受，這和在直線針式絕緣子上安裝帶間隙的避雷器或安裝長(zhǎng)閃絡(luò)避雷器是同等道理。三是，當(dāng)我們用剝皮耐張線夾和不剝皮耐張線夾在240mm2絕緣導(dǎo)線上分別做試驗(yàn)，在拉力逐漸加大的情況下，剝皮的NXL型楔型耐張線夾始終沒(méi)有抽筋的現(xiàn)象，直到拉力超過(guò)3.5噸時(shí)，導(dǎo)線才被破壞。而不剝皮的NXJ型耐張線夾，當(dāng)拉力達(dá)到1.7噸時(shí)，絕緣外皮就與鋁芯線分離，發(fā)生抽筋現(xiàn)象。國(guó)際上很多絕緣線路設(shè)計(jì)規(guī)程上明確規(guī)定絕緣導(dǎo)線安裝耐張線夾時(shí)必須剝皮。（見(jiàn)圖6） 4、防雷措施的綜合應(yīng)用 　　針對(duì)近年來(lái)我市雷電活動(dòng)較為頻繁，而10kV配電線路絕緣又較為薄弱這一特點(diǎn)，我們?cè)谑袇^(qū)供電公司所轄地區(qū)對(duì)防雷薄弱的線路采用上述措施進(jìn)行了防雷改造，改造中采用了下述原則。 　　1）曠野地區(qū)在原電桿上設(shè)避雷線，以防直擊雷的侵襲。 　　2）采用絕緣導(dǎo)線保護(hù)型絕緣子取代原PS-15絕緣子以適當(dāng)提高絕緣子的雷電沖放電壓并降低工頻建弧率。同時(shí)，在閃絡(luò)時(shí)將電弧引向絕緣子金具有利于散熱可避免絕緣導(dǎo)線斷線。 　　3）在線路重要位置采用玻璃鋼絕緣橫擔(dān)取代原有的鐵橫擔(dān)，以加強(qiáng)絕緣。 　　4）在線路重要設(shè)備處安裝保護(hù)型絕緣間隙橫擔(dān)。保護(hù)型絕緣間隙橫擔(dān)在線路中具有控制閃絡(luò)位置、釋放雷電流、保護(hù)鄰近設(shè)備等諸多功能，在配電線路防雷中具有重要作用。 　　5）用NXL型耐張線夾取代原有的NXJ、NLL、NLD型耐張線夾以以防直擊雷和過(guò)電壓引起的雷擊斷線。 　　通過(guò)防雷措施的綜合應(yīng)用，我公司10kV配電線路防雷能力有了較大提高。如虬18線路在防雷改造前二年中均遭雷擊斷線，而改造后已經(jīng)歷了二個(gè)雷季的考驗(yàn)，均未發(fā)生雷擊斷線現(xiàn)象。這一事例說(shuō)明我公司防雷措施是較為成功的。目前，我司已計(jì)劃將上述措施加以推廣，以保證設(shè)備可靠供電，滿足用戶需求。 5、結(jié)束語(yǔ) 　　雖然10kV架空線路雷擊跳閘不可避免，但只要領(lǐng)導(dǎo)重視、措施到位，絕緣導(dǎo)線的雷擊斷線問(wèn)題是可以得到較好地解決的。