架空绝缘导线防雷技术探讨

由于绝缘导线在安全性方面的优势，架空配电线路的绝缘化成了一个必然的趋势。但是，由于防雷措施不足等，雷击故障已成为绝缘导线中最突出的问题，据国外资料统计，配电线路遭受感应雷占80%，感应雷的放电电流通常小于1kA，感应过电压的幅值约可达200～300kV。如此高的过电压幅值对10kV线路来说是难以承受的。因此，雷击感应过电压是引起线路绝缘闪络乃至绝缘导线断线的主要原因。本文主要针对架空绝缘线路的防雷技术进行探讨研究。雷击断线的机理：绝缘导线的雷击断线特性与裸导线的情况相比有明显不同，当直击雷或感应雷过电压作用于裸导线引起绝缘子闪络时，接续的工频短路电流电弧在电动力的作用下沿着导线表面向背离电源方向滑动，不会集中在某一点烧灼，并在工频续流烧断导线或损坏绝缘子之前就会引起断路器动作，切断电弧，不会严重烧伤导线；而绝缘导线则不同，雷电过电压引起绝缘子闪络并击穿导线绝缘层时，被击穿的绝缘层呈针孔状，接续的工频短路电流电弧受周围绝缘层的阻隔，弧根只能在绝缘击穿点燃烧，在极短的时间内导线就会被整齐地烧断。特别是在耐张杆和尽头杆导线的破口处，工频续流更加容易建弧形成相间金属性短路，造成断线。因此，及时切断雷电流引起的工频续流是防止架空绝缘导线雷击断线的根本方法。

一、分析雷击断线机理

纵观国外近30年的研究成果，防止绝缘导线断线的主要措施可分为如下4类：

（一）安装避雷装置：安装架空地线和避雷器来限制雷电过电压和吸收雷电能量。

（二）延长闪络路径：采用局部增加绝缘厚度或采用长闪络路径避雷器，其目的是通过延长闪络路径，导致电弧容易熄灭。

（三）局部剥离绝缘导线：采用防导线熔断措施及新型绝缘子，安装为局部剥离导线，相当于裸导线，电弧能够在剥离部分滑动，而不是固定在某一点烧蚀。

（四）提高线路绝缘水平：即提高绝缘子的50%放电电压来提高耐雷水平。

在配电线路上架设避雷线可使直击雷向各个线柱分流，增强耐雷效果；对感应雷来说，由于避雷线的屏蔽效果，可抑制其在相导线中产生的过电压。

近几年在郊区一带的雷区尝试架设避雷线，经过校核避雷线对边导线的保护角，经过2011～ 2014年的近3年时间的运行，未发生雷击事故，证明架空避雷线的防雷效果是十分理想的。而且，通过参照有关资料介绍，在配电线路上安装避雷器来防护雷电过电压是世界各国广为采用的一种方法，采用避雷器来防护配电线路的雷电过电压其作用大致有两个方面：1、通过吸收雷电能量，达到保护的目的；2、安装避雷器后能够限制配电线路的感应过电压。我公司已在部分架空线路安装避雷器。

二、灭弧方法

（一）使电弧的弧根拉长熄灭

（二）断路器跳闸灭弧

（三）使过电压能量释放

三、防止雷击断线与跳闸事故的思路

（一）提高线路绝缘水平或避免产生雷电过电压。如：局部加强绝缘、架空避雷线。

（二）使电弧燃烧熔断导线的时间延长到超过断路器跳闸的时间， 通过断路器跳闸来灭弧。如：放电绝缘子、保护间隙、防雷金具等。

（三）使电弧在熔断导线前瞬间熄灭。如：避雷器、线路过电压保护器等。

四、过电压保护措施

（一）局部加强绝缘提高线路绝缘水平。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。为了降低线路造价，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也是一种尝试的办法。

优点：有效提高线路绝缘水平，免维护。

缺点：更换绝缘子的投资成本较大，而且只能减少断线机率，防止绝缘导线雷击断线效果不明显。

（二）架空避雷线。作用：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为避雷线与导線之间的耦合系数乘以冲击系数。

缺点：投资成本大；雷击架空避雷线后容易造成反击闪络/定位高度较低的雷电先导容易产生绕击闪络：仍然可能引发工频续流熔断绝缘导线。

（三）保护间隙。作用：保护间隙将电弧拉长，使电网电压不能维持电弧燃烧，是一种最简单的灭弧装置。

缺点：1、间隙不能切断雷电流之后的工频短路电流，必须借助于自动重合闸配合来切断电弧。2、间隙电压扰动将影响电能质量。3、间隙放电可能导致线圈形式的设备陡波击穿。

（四）放电绝缘子。也称放电绝缘子或钳位绝缘子。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。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，从而避免烧伤绝缘子和熔断绝缘导线。

（五）防雷金具。防雷金具在原理上与钳位绝缘子相同。在绝缘导线固定处剥离绝缘层，加装特殊设计的金属线夹。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，从而避免烧伤绝缘子和熔断绝缘导线。

（六）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，如图所示。在横担上安装一U形绝缘闪络路径，使U形头部与绝缘导线之间的冲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，并沿绝缘闪络路径发展。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。优点：投资成本较低，免维护。缺点：如何保持间隙的问题和如何与同杆及其它线路保持间距的问题很难解决，间隙电压扰动将影响电能质量。

（七）限流消弧角。该装置利用放电线夹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2首先放电，雷电流经氧化锌限流元件释放，而工频续流则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。

（八）氧化锌避雷器。作用：随着氧化锌阀片的技术性能提高，氧化锌避雷器优良的保护性能已被人们接受，近年来广泛地应用于电气设备过电压保护。缺点：1、保护范围较小：只能够保护附近的电气设备免受雷害。2、长期承受运行电压：加速了电阻片的劣化而损坏。3、在消弧线圈接地系统中，如果发生避雷器击穿，将会造成长接地。

五、结束语

综合上述，对于防止架空配电线路导线雷击断线措施是多种多样的，各有优缺点，各地区可根据实际情况，采取合理措施，有效地防止雷击断线事故发生，保证配电网安全运行。

作者简介：侯海波（1981-12），男，山东淄博高青县人，汉族，大学本科学历，国网山东高青县供电公司员工，电力工程技术方向。