架空絕緣配電線路綜合防雷措施的應(yīng)用研究

無論國內(nèi)或國外，在配電線路上，現(xiàn)在都已廣泛地應(yīng)用了絕緣導線?？梢哉f，配電網(wǎng)的絕緣化，已是一項成熟的技術(shù)。
但是，絕緣導線在應(yīng)用過程中，也出現(xiàn)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(fā)生斷線事故。據(jù)有關(guān)資料的統(tǒng)計，浙江地區(qū)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(qū)使用絕緣導線以來，已造成近百起雷擊閃絡(luò)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(wǎng)絕緣事故得36.8%。
??? 以上一些統(tǒng)計資料表明：雷擊斷線事故，是應(yīng)用絕緣導線中最突出的一個嚴重問題，這引起國內(nèi)外防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。
我公司在已有的經(jīng)驗的基礎(chǔ)上，開展了絕緣配電線路防雷綜合措施的應(yīng)用研究，取得了較好的成效，現(xiàn)總結(jié)介紹如下

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(yīng)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(yīng)——擊毀桿塔和建筑，傷害人畜。
（2）?雷電的熱效應(yīng)——燒毀導線、燒毀設(shè)備、造成火災(zāi)。
（3）?電的電熱效應(yīng)——產(chǎn)生過電壓，擊穿電氣絕緣、絕緣子閃絡(luò)、開關(guān)跳閘、線路停電或引起火災(zāi)、人身傷亡等。
根據(jù)模擬試驗和運行經(jīng)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。015次/km2?雷電日，線路經(jīng)過地區(qū)年平均雷電日為T，則100公里長每年的落雷數(shù)：
????? N=r?10h/1000×100×T=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(shù)
????? N=0.015×40×h=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(shù)：
????? N=0.6×8×50/100=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(yīng)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(luò)，根據(jù)雷擊點位置不同，引起雷擊閃絡(luò)的原因，基本上有下列三種：
①?雷擊線路附近的地面，在絕緣子二端產(chǎn)生電磁感應(yīng)電壓，通常稱為感應(yīng)雷過電壓。
②?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(fā)生閃絡(luò)，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(luò)。這兩種現(xiàn)在統(tǒng)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。
③?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(luò)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(luò)次數(shù)。繞擊和反擊時，　　　　
雷電直接流過桿塔或?qū)Ь€。因此，這時產(chǎn)生的過電壓又稱為直擊雷過電壓。
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??????????????????????????????????????????????????????????????????????????????? 　圖1 不同的雷擊

（2）絕緣子串的沖擊閃絡(luò)特性：
在雷的沖擊作用下，絕緣子串可能產(chǎn)生沖擊閃絡(luò)，
絕緣子串的予放電時間不同，其閃絡(luò)路徑也不同：tp＞3μS 按最短空氣隔離閃絡(luò)：tp=1μS，放電沿絕緣子上瓷瓶：tp＞1μS沖擊放電緊貼瓷裙，沿每一瓷裙的上下表面串級閃絡(luò)。
??? 沖擊閃絡(luò)后，隨后建立的工頻短路電弧將沿沖擊電弧路徑發(fā)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(luò)與雷電流的大小及防雷措施的好壞有關(guān)，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(luò)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(shù)據(jù)，也稱保護水平。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(luò)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
①建弧率
前面介紹了雷沖擊時絕緣子串發(fā)生沖擊閃絡(luò)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(luò)通道，形成工頻電弧。
雷電壓持續(xù)時間很短（100μS左右），絕緣子沖擊閃絡(luò)時間相應(yīng)很短，繼電保護來不及動作，所以僅有沖擊閃絡(luò)并不會引起開關(guān)跳閘只有當沖擊閃絡(luò)火花轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定工頻電弧，才會引起線路開關(guān)跳閘，因此一條線路的雷擊跳閘數(shù)，不僅與耐雷水平有關(guān)，而且與沖擊閃絡(luò)之后弧道建立工頻電弧的可能性、也就是建弧率有關(guān)，建弧率可用η表示：
??? η=建立穩(wěn)定工頻電弧的次數(shù)
???????? 總的沖擊閃絡(luò)次數(shù)
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(guān)，也和沖擊閃絡(luò)是發(fā)生在工頻電壓的哪一部分以及弧道的去游離情況有關(guān)，如果恰好在u=0發(fā)生雷擊，隨后就不會產(chǎn)生工頻電弧，根據(jù)實驗及運行經(jīng)驗，η主要與E有關(guān)、可按下式計算： η=（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）
②雷擊跳閘率
?一條線路的雷擊跳閘次數(shù)與線路長度、雷電日的多少、以及防雷措施的好壞有關(guān)，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雷電日，由于雷擊引起的開斷數(shù)（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=N×P1×η
?? 式中，N——線路上的總落雷數(shù)
???????? P1——是雷電流幅值等于或大于耐雷水平的概念
??????? η——建弧率
???????? NP1——表示會引起閃絡(luò)的雷擊數(shù)。所以NP1η表示會引出開關(guān)跳閘的雷擊次數(shù)，即跳閘率
2.3線路防雷的基本任務(wù)及措施
線路防雷的基本任務(wù)是采用技術(shù)上與經(jīng)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(jīng)濟性。為此，一般設(shè)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(luò)——用改善接地或加強絕緣等措施，使避雷線或桿塔受雷擊后，絕緣子不閃絡(luò)。
（3）?不建立穩(wěn)定工頻電弧——即使絕緣子串閃絡(luò)，也要它盡量不轉(zhuǎn)變?yōu)榉€(wěn)定的工頻電弧，開關(guān)不跳閘。為此應(yīng)減少絕緣子的工頻電場強度或者電網(wǎng)中性點采用不接地或經(jīng)消弧圈地的方式。這樣可使由雷擊引起的大多數(shù)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(yīng)——這是最后一道防線，即使開關(guān)跳閘也不中斷電力供應(yīng)。為此，可采用自動重合閘或雙回路，環(huán)網(wǎng)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(luò)，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(shù)減少到可以接受的程度。