1、架空配電線路防雷 1. 引言 無論國內或國外，在配電線路上，現在都已廣泛地應用了絕緣導 線。可以說，配電網的絕緣化，已是一項成熟的技術。 但是，絕緣導線在應用過程中，也出現了一些新的問題。其中， 最為突出的問題，是遭受雷擊時，容易發生斷線事故。據有關資料的 統計，浙江地區到 2004 年為止，雷擊斷線事故與雷擊跳閘事故約為 395次：上海地區使用絕緣導線以來，已造成近百起雷擊閃絡事故。國 外也有資料介紹雷擊斷線事故約占總雷擊的 96.8%，日本的資料表明， 雷擊斷線事故約占配電網絕緣事故得 36.8%。 以上一些統計資料表明：雷擊斷線事故，是應用絕緣導線中最突 出的一個嚴重問題，這引起國內外防

2、雷工作者們的廣泛注意，并積極 開展對等試驗研究工作，并找到許多有效的防治措施。 2線路防雷的基本常識 2.1 雷電的危害性 雷電引起的過電壓，叫做大氣過電壓。這種過電壓危害相當大。 大氣過電壓可分為直接雷過電壓和感應雷過電壓兩種基本形式。 雷 電有下列危害： （1）雷電的機械效應擊毀桿塔和建筑，傷害人畜。 （2）雷電的熱效應燒毀導線、燒毀設備、造成火災。 （3）電的電熱效應產生過電壓，擊穿電氣絕緣、絕緣子閃 絡、開關跳閘、線路停電或引起火災、人身傷亡等。 根據模擬試驗和運行經驗，平均高度為 h 米的線路將吸引寬度為 5h 的雷電擊中線路，所以線路的等值受雷寬度為 10h。如果落雷密度 Y-0。

3、015次/km2 ? 雷電日，線路經過地區年平均雷電日為 T，則 100 公里長每年的落雷數： N=r? 10h/1000 100T=Y? h? T 次/ 百公里? 年 若 T=40雷電日 / 年，則每百公里線路平均落雷次數 N=0.01540h=0.6h 次/ 百公里? 40 雷電日 例如， 10kv 線路，平均高度 h=8m線路長度一般小于 50公里，平 均每年受雷擊數： N=0.6850/100=2.4 次 由此可見，配電線路若不采取防雷措施，是不能保證安全的 2.2 線路防雷中常用的幾個概念 （1）繞擊、反擊和感應雷 線路受雷擊后，絕緣子串二端電壓升高，會引起絕緣子串閃絡， 根據雷擊點

4、位置不同，引起雷擊閃絡的原因，基本上有下列三種： 雷擊線路附近的地面，在絕緣子二端產生電磁感應電壓，通常 稱為感應雷過電壓。 雷擊塔頂或塔頭附近避雷線，雷電流通過桿塔入地，桿塔電位 升高，絕緣子串發生閃絡，當雷擊避雷線擋距中央時，地線電位升 高，也可能引起導線、地線間的空氣間隙 s 閃絡。這兩種現在統稱為 反擊。它們都是原來接地的物體（桿塔、避雷器），受雷擊后電位升 高，反過來對原來是高電位的導線放電。 雷繞過避雷線，擊中相導線，這種由導線電位升高所引起的絕 緣子串閃絡稱為繞擊。 在高壓線路中，繞擊與反擊之和就是線路總的雷擊閃絡次數。繞 擊和反擊時， 雷電直接流過桿塔或導線。因此，這時產生的過

5、電壓又稱為直擊 雷過電 （2）絕緣子串的沖擊閃絡特性： 在雷的沖擊作用下，絕緣子串可能產生沖擊閃絡， 絕緣子串的予放電時間不同，其閃絡路徑也不同： tp 3S按最 短空氣隔離閃絡： tp=1 S，放電沿絕緣子上瓷瓶： tp 1S沖擊放電 緊貼瓷裙，沿每一瓷裙的上下表面串級閃絡。 沖擊閃絡后，隨后建立的工頻短路電弧將沿沖擊電弧路徑發展， 會在瓷裙上留下痕跡。（ 3）耐雷水平 在雷沖擊的作用下，絕緣子串是否閃絡與雷電流的大小及防雷措 施的好壞有關，因此可以引入一個叫“耐雷水平的”參景來表示。我 們把能引起絕緣閃絡的最小臨界雷電流稱為耐雷水平。耐雷水平是判 斷輸電線路耐雷性能的一個重要數據，也稱保護

6、水平。耐雷水平愈 高、意味著線路防雷措施愈完善，絕緣子串沖擊閃絡的概率愈小，輸 電線路的電壓等級愈高，其重要性愈大，因而要求有較高的耐雷水 平。 （4）雷擊跳閘率 建弧率 前面介紹了雷沖擊時絕緣子串發生沖擊閃絡的過程，雷沖擊電壓 過去后，弧道仍有一定程度的游離，在工頻電壓的作用下，將有短路 電流流過閃絡通道，形成工頻電弧。 雷電壓持續時間很短（ 100S左右），絕緣子沖擊閃絡時間相應 很短，繼電保護來不及動作，所以僅有沖擊閃絡并不會引起開關跳閘 只有當沖擊閃絡火花轉變為穩定工頻電弧，才會引起線路開關跳閘， 因此一條線路的雷擊跳閘數，不僅與耐雷水平有關，而且與沖擊閃絡 之后弧道建立工頻電弧的可能

7、性、也就是建弧率有關，建弧率可用 表示： =建立穩定工頻電弧的次數 總的沖擊閃絡次數 建弧率的大小，主要與工頻電壓作用下弧道平均場強的大小有 關，也和沖擊閃絡是發生在工頻電壓的哪一部分以及弧道的去游離情 況有關，如果恰好在 u=0 發生雷擊，隨后就不會產生工頻電弧，根據 實驗及運行經驗， 主要與 E 有關、可按下式計算： =（4.5E0.75- 14） 10-2 式中： E絕緣子串的平均運行電壓梯度（千伏有效值 / 米） 雷擊跳閘率 一條線路的雷擊跳閘次數與線路長度、雷電日的多少、以及防雷 措施的好壞有關，為了分析比較二條線路防雷措施的好壞，引入雷擊 跳閘率 n 的概念：每百公里線路、 40雷

8、電日，由于雷擊引起的開斷數 （重合成功也算一次），稱為該線路的雷擊跳閘率，簡稱跳閘率，跳 閘率是衡量線路防雷性能好壞的綜合指標，它可定性地用下式表 示： n=NP1 式中， N線路上的總落雷數 P1是雷電流幅值等于或大于耐雷水平的概念 建弧率 NP1表示會引起閃絡的雷擊數。所以 NP1 表示會引出開關跳 閘的雷擊次數，即跳閘率 2.3 線路防雷的基本任務及措施 線路防雷的基本任務是采用技術上與經濟上合理的措施，將雷擊 事故減少到可以接受的程度，以保證供電的可靠性與經濟性。為此， 一般設有四道防線： （1）不繞擊用避雷線或改用電纜等措施，盡量使雷不繞擊到 導線上 （2）絕緣子不閃絡用改善接地或加

9、強絕緣等措施，使避雷線 或桿塔受雷擊后，絕緣子不閃絡。 （3）不建立穩定工頻電弧即使絕緣子串閃絡，也要它盡量不 轉變為穩定的工頻電弧，開關不跳閘。為此應減少絕緣子的工頻電場 強度或者電網中性點采用不接地或經消弧圈地的方式。這樣可使由雷 擊引起的大多數單相接地故障能夠自動消除，不致引起相間短路和跳 閘。 （4）不中斷電力供應這是最后一道防線，即使開關跳閘也不 中斷電力供應。為此，可采用自動重合閘或雙回路，環網供電等措 施。 因此，在送電線路防雷中，允許有一小部分雷擊引起線路絕緣子 閃絡，然后用減少建弧率以及自動重合閘的辦法，把雷害引起的停電 事故數減少到可以接受的程度。 3. 國內外對絕緣導線防

10、止雷擊斷線和 雷擊跳閘的研究成果 3.1 絕緣導線雷擊斷線的機理分析 以前采用裸導線時，當受到雷擊后（包括直接雷和感應雷），會 引起線路閃絡。此時，工頻續流引起的電弧由于受到電磁力的作用， 使電弧向導線落雷點的兩側迅速流動，雷電流經過開關、變壓器等設 備處的避雷器迅速流入大地，或在工頻電流燒斷導線之前，引起跳 閘，因而很少發生斷線事故。 但是，當絕緣導線遭受雷擊時，情況就完全不同，雷電過電壓引 起絕緣子閃絡，并擊穿導線的絕緣層。而擊穿點附近的絕緣物，阻礙 了電弧沿著導線表面向兩側移動。因而，電弧只能在擊穿點燃燒。高 達數千安培的工頻電弧電流集中在絕緣擊穿點上，并在斷路器跳閘之 前很快就把導線熔

11、斷。 3.2 國內外防止絕緣導線雷擊斷線和雷擊跳閘的防治措施 國內外對防止絕緣導線雷擊斷線進行了許多實驗研究工作，介紹 防止措施的資料是很多的，歸納起來，可以總結出以下一些主要措 施。 （1）架設架空避雷線 利用架空避雷線的屏蔽作用來保護輸電線路，是一種傳統的有效 方法。該方法的效果較好，而且可以免除維護，但缺點是： a）投資成 本較高； b）防止繞擊的效果較差，易使線遭受反擊。 （2）安裝氧化鋅避雷器 采用氧化鋅避雷器，可以有效地截斷工頻續流，限制雷過電壓和 配電線路的感應過電壓。其缺點是： a）保護范圍小； b）全線裝設的 投資成本較大（但人行道，大門口等地域根據有關規定不允許全線裝 設）

12、； c）必須剝開絕緣層，導致線芯浸水，有可能使導線內部的線芯 受腐蝕； d）避雷器閥片長期承受工頻電壓，容易老化。 （3）安裝線路過電壓保護器 這種線路過電壓保護器，相當于帶有外間隙的氧化鋅避雷器。安 裝時，絕緣層不需剝開，在運行中，平時是不承受運行淡雅的，因而 使用壽命較長，也可免維護。其缺點是：它僅能防護雷電過電壓。 （4）使用鉗位絕緣子 這是一種日本的方法。在絕緣導線固定處剝開絕緣層，架裝引弧 放電間隙與特別設計的金屬線夾。當雷擊閃絡時，引發的工頻續流在 該金屬線夾與絕緣子下金屬腳間燃弧，直至被線路開關跳閘切斷，從 而避免燒傷絕緣子和熔斷絕緣導線。該方法的效果較好，成本也不太 高。其缺點

13、是：當雷擊閃絡時，工頻電弧要把電瓷傘裙燒蝕損壞，需 及時更換絕緣子；安裝時要剝開絕緣層，易使線芯進水，容易受腐 蝕；要定制鉗位金屬線夾配套安裝在各廠各規格的支柱絕緣子上，采 購及施工較麻煩。 （5）使用穿刺式防弧金具 其原理為：將該金具安裝在線路絕緣子附近負荷一側（背離電源 側）的絕緣導線上，當雷電過電壓超過一定數值時，在防弧金具的穿 刺電極和接地電極之間引起閃絡，形成短路通道，接續的工頻電弧便 在防弧金具上燃燒，以保護導線免于燒傷。在單向供電的老線路上采 用此產品效果較好，安裝方便，造價相對低一些，而環網供電的線路 則需二側安裝造成工程及費用增加和線路不簡潔，鳥類較多地區易受 侵襲接地。 （

14、6）采用長閃絡避雷器（ LFA） 研究表明，對于中性點非直接接地的配電系統，當線路的工作電 壓與閃絡路徑長度的比值（即電場強度 E， E=Uph/L）減小時，由雷電 閃絡發展為工頻續流的可能性將大為減小。利用上述的思想，俄羅斯 學者提出了采用長閃絡避雷器，解決配電線路絕緣導線的雷擊斷線問 題。 （7）加局部絕緣層的厚度 從許多絕緣導線遭雷擊后斷線的事故調研，發現了一個十分明顯 的規律：斷線的部位，幾乎全部都處于離開絕緣子（ 100-300 ）mm范圍 之內，如果在這局部范圍內增加絕緣厚度，也可以防止擊穿。但是， 這個方法在實際工作中，不易實現。因而，該方法不為人們所采用。 4、絕緣配網綜合防雷措施研究 通過分析對比，我們開發了一些防雷新產品。這些產品運用于絕 緣配網的綜合防雷，已取得了良好效果。現分別介紹如下： 4.1FEG-12/5 型防雷支柱絕緣子（穿刺式 / 非穿刺式） 上述介紹的各項措施都能在一定程度上防止雷擊跳閘和減少雷擊 斷線事故，但不能從根本上避免雷擊斷線事故。 FEG型防雷支柱絕緣子是新型組合式結構的二合一防雷支柱絕緣 子，其絕緣子有很好的絕緣性能和防污穢水平，可適用于 10KV架空電 力線路中絕緣和支持導線用，而且還具有防止 10KV架空絕緣導線