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摘要：通过分析架空绝缘导线雷击断线的机理，对目前国内架空绝缘导线防止雷击断线的几种技术措施进行比较，提供了比较结果和使用建议。
关键词：绝缘导线；雷击断线；避雷器；工频续流；防护措施
作者简介：张伟（1981-），男，内蒙古武川人，内蒙古电力科学研究院高电压技术中心，工程师；刘世欣（1980-），男，内蒙古扎鲁特人，内蒙古电力科学研究院高电压技术中心，工程师。（内蒙古 呼和浩特 010020）
中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）24-0120-02
架空绝缘导线可解决通道环境、相间短路和树线矛盾等问题，节省线路走廊，提高供电可靠性。但随着架空绝缘导线的采用，雷击断线和绝缘子击穿等事故频繁发生。2009年7月，包头固阳地区共发生雷击跳闸28次，多条导线绝缘子遭受雷击并致使导线断裂。如何防止雷击断线是确保电网安全运行、提高供电可靠性亟须解决的问题。
一、雷击断线的机理
雷击导线时，雷电过电压引起绝缘子闪络进而产生工频续流电弧烧断导线是造成断线的主要原因。雷击（直击雷或感应雷）架空裸导线时，电磁力促使工频续流电弧沿着导线移动，不会集中在某一点灼烧，因此导线不会严重烧伤引起断线问题。而绝缘导线在雷电过电压作用下，绝缘子发生闪络并将导线绝缘层击穿为一针孔状，工频续流电弧的弧根由于受到周围绝缘的阻隔而无法滑动，集中在针孔处燃烧，最终引起导线断线。一般来说，城市中的架空绝缘线路受到附近建筑物及树木的屏蔽，直击雷作用的概率较小，雷电过电压主要是感应过电压，而架空绝缘导线的断线主要是由于雷电过电压引起绝缘子闪络后的工频续流引起的。
二、防止雷击断线的几种技术措施
防止架空绝缘导线因雷电过电压引起的断线的主要措施有两种，一是提高线路的绝缘水平或限制雷电过电压，防止绝缘子因雷电过电压作用时发生闪络，即解决起因问题；二是防止工频续流电弧在绝缘层的击穿点固定燃烧，导致导线的烧断，即解决结果问题。
1.架空避雷线
避雷线的耦合、屏蔽及分流作用能够显著降低导线上的感应过电压幅值。例如：在距离对地高度为11m的架空线路50m处发生雷击，雷电流幅值为100kA，无避雷线线路的感应过电压幅值为704kV，有避雷线线路的过电压幅值为422kV，幅值降低近40％。由此可见，架空避雷线在限制感应过电压方面还是非常有效的。
装设架空避雷线的主要作用有：
1）防止雷电直击导线；
2）限制导线上的感应过电压幅值，提高导线耐雷水平；
3）分流作用能够降低绝缘子上的建弧率，避免发生跳闸。
中低压线路绝缘配置较低是造成雷电反击并引起工频续流导致跳闸的主要原因。架空避雷线应根据线路高度、树线矛盾和对地距离等情况进行设计和布置。
2.加强线路绝缘水平
我国防雷与接地规程推荐用以下公式计算杆塔的耐雷水平：
式中：U50%—绝缘子串50%冲击闪络电压，kV；
K—导线线间耦合系数；
K0—导线与地线间的耦合系数；
β—杆塔分流系数；
Rch—杆塔冲击接地电阻，Ω；
Lt—杆塔电感，μH；
hg—地线平均高度，m；
hc—导线平均高度，m；
ht—杆塔高度，m；
ha—横担对地高度，m。
由公式可以看出，分母中的各项数据在线路设计定型后已基本确定，绝缘子杆塔承受反击的水平是与绝缘子U50%成正比的，因此适当增加绝缘子的爬电距离就可以提高线路的闪络电压和杆塔的耐雷水平，进而降低线路雷击跳闸次数。因此，要确保绝缘子串有足够的冲击耐受水平即U50%，就需要加强瓷、玻璃或复合绝缘子的运行监视，及早发现并更换低值或零值的瓷或玻璃绝缘子和已经老化的复合绝缘子，就可以保证线路的有效绝缘爬距和冲击耐受水平。
3.氧化锌避雷器
在架空线路上安装的氧化锌避雷器，亦称为线路过电压保护器或限流消弧器。避雷器具有优良的非线性特征，在工频电压下呈现高阻状态，在受到雷电冲击时呈现低阻大通流特性。图1为避雷器具体安装及结构，由氧化锌避雷器串联、不锈钢引弧环与架空绝缘电缆之间的间隙串联组成。引弧环应安装在氧化锌避雷器的上方，固定在绝缘子后再与避雷器电极连接。
安装氧化锌避雷器有以下优点：（1）能够提高线路耐雷水平，可以有效防止雷电反击跳闸；（2）导线与不锈钢引弧环之间的间隙能够保证避雷器限流元件损坏时不会导致接地故障跳闸，运行可靠性高；（3）通流能力大，机械、密封性能良好；（4）安装不需要剥去绝缘层，导线不会裸露，易在已有线路上安装。
安装相对复杂、后期维护困难和价格相对较高是采用氧化锌避雷器时需要考虑的问题。
4.加长闪络路径
在导线和横担之间，为绝缘子并联一个长闪络间隙，即U形绝缘金属棒，结构如图2所示。设计时，U形金属管与绝缘导线之间形成的空气间隙的冲击放电电压比针式绝缘子低，因此当有雷电过电压时，该间隙先于针式绝缘子击穿闪络，闪络路径间隙值与U形绝缘棒的长度组成，当闪络路径长度合适时，就可阻止工频续流建弧。
采用加长闪络路径的措施，应设计合理的放电间隙距离，加强运行维护，从而保证在间隙安装投运后可靠、有效。
5.几种措施的实际使用性能比较
上述几种措施实际情况和性能比较见表1。
6.应用情况
上述几种防雷技术措施中，氧化锌避雷器、改进型的过电压保护器和长闪络间隙已在网内10kV系统中广泛使用。从运行与维护情况来看，几种防护措施对防止雷击导线断线效果良好，运行可靠。
三、结语
造成配网绝缘导线雷击断线和跳闸的原因较多，既有多种雷击原因，也有线路实际工况和条件不同等因素。因此，在制定架空线路防雷技术方案时，首先应了解并考虑上述几种防雷击断线措施的特点，其次结合线路的通道环境、绝缘配置和经济效益等因素，制定切实可行的综合防雷技术措施并加强运行管理。
参考文献：
[1]和福初,等.10kV架空绝缘导线雷击断线的防治措施[J].湖北电力,(1).
[2]甘行军,谭进,等.架空绝缘线路防雷击断线措施的分析[J].高电压技术,2008,(3).
[3]王敬春,罗军,等.降低配电线路雷击断线和跳闸率的防护措施[J].高电压技术,2009,(12).
（责任编辑：麻剑飞）
关键词：绝缘导线；雷击断线；避雷器；工频续流；防护措施
作者简介：张伟（1981-），男，内蒙古武川人，内蒙古电力科学研究院高电压技术中心，工程师；刘世欣（1980-），男，内蒙古扎鲁特人，内蒙古电力科学研究院高电压技术中心，工程师。（内蒙古 呼和浩特 010020）
中图分类号：TM72 文献标识码：A 文章编号：1007-0079（2011）24-0120-02
架空绝缘导线可解决通道环境、相间短路和树线矛盾等问题，节省线路走廊，提高供电可靠性。但随着架空绝缘导线的采用，雷击断线和绝缘子击穿等事故频繁发生。2009年7月，包头固阳地区共发生雷击跳闸28次，多条导线绝缘子遭受雷击并致使导线断裂。如何防止雷击断线是确保电网安全运行、提高供电可靠性亟须解决的问题。
一、雷击断线的机理
雷击导线时，雷电过电压引起绝缘子闪络进而产生工频续流电弧烧断导线是造成断线的主要原因。雷击（直击雷或感应雷）架空裸导线时，电磁力促使工频续流电弧沿着导线移动，不会集中在某一点灼烧，因此导线不会严重烧伤引起断线问题。而绝缘导线在雷电过电压作用下，绝缘子发生闪络并将导线绝缘层击穿为一针孔状，工频续流电弧的弧根由于受到周围绝缘的阻隔而无法滑动，集中在针孔处燃烧，最终引起导线断线。一般来说，城市中的架空绝缘线路受到附近建筑物及树木的屏蔽，直击雷作用的概率较小，雷电过电压主要是感应过电压，而架空绝缘导线的断线主要是由于雷电过电压引起绝缘子闪络后的工频续流引起的。
二、防止雷击断线的几种技术措施
防止架空绝缘导线因雷电过电压引起的断线的主要措施有两种，一是提高线路的绝缘水平或限制雷电过电压，防止绝缘子因雷电过电压作用时发生闪络，即解决起因问题；二是防止工频续流电弧在绝缘层的击穿点固定燃烧，导致导线的烧断，即解决结果问题。
1.架空避雷线
避雷线的耦合、屏蔽及分流作用能够显著降低导线上的感应过电压幅值。例如：在距离对地高度为11m的架空线路50m处发生雷击，雷电流幅值为100kA，无避雷线线路的感应过电压幅值为704kV，有避雷线线路的过电压幅值为422kV，幅值降低近40％。由此可见，架空避雷线在限制感应过电压方面还是非常有效的。
装设架空避雷线的主要作用有：
1）防止雷电直击导线；
2）限制导线上的感应过电压幅值，提高导线耐雷水平；
3）分流作用能够降低绝缘子上的建弧率，避免发生跳闸。
中低压线路绝缘配置较低是造成雷电反击并引起工频续流导致跳闸的主要原因。架空避雷线应根据线路高度、树线矛盾和对地距离等情况进行设计和布置。
2.加强线路绝缘水平
我国防雷与接地规程推荐用以下公式计算杆塔的耐雷水平：
式中：U50%—绝缘子串50%冲击闪络电压，kV；
K—导线线间耦合系数；
K0—导线与地线间的耦合系数；
β—杆塔分流系数；
Rch—杆塔冲击接地电阻，Ω；
Lt—杆塔电感，μH；
hg—地线平均高度，m；
hc—导线平均高度，m；
ht—杆塔高度，m；
ha—横担对地高度，m。
由公式可以看出，分母中的各项数据在线路设计定型后已基本确定，绝缘子杆塔承受反击的水平是与绝缘子U50%成正比的，因此适当增加绝缘子的爬电距离就可以提高线路的闪络电压和杆塔的耐雷水平，进而降低线路雷击跳闸次数。因此，要确保绝缘子串有足够的冲击耐受水平即U50%，就需要加强瓷、玻璃或复合绝缘子的运行监视，及早发现并更换低值或零值的瓷或玻璃绝缘子和已经老化的复合绝缘子，就可以保证线路的有效绝缘爬距和冲击耐受水平。
3.氧化锌避雷器
在架空线路上安装的氧化锌避雷器，亦称为线路过电压保护器或限流消弧器。避雷器具有优良的非线性特征，在工频电压下呈现高阻状态，在受到雷电冲击时呈现低阻大通流特性。图1为避雷器具体安装及结构，由氧化锌避雷器串联、不锈钢引弧环与架空绝缘电缆之间的间隙串联组成。引弧环应安装在氧化锌避雷器的上方，固定在绝缘子后再与避雷器电极连接。
安装氧化锌避雷器有以下优点：（1）能够提高线路耐雷水平，可以有效防止雷电反击跳闸；（2）导线与不锈钢引弧环之间的间隙能够保证避雷器限流元件损坏时不会导致接地故障跳闸，运行可靠性高；（3）通流能力大，机械、密封性能良好；（4）安装不需要剥去绝缘层，导线不会裸露，易在已有线路上安装。
安装相对复杂、后期维护困难和价格相对较高是采用氧化锌避雷器时需要考虑的问题。
4.加长闪络路径
在导线和横担之间，为绝缘子并联一个长闪络间隙，即U形绝缘金属棒，结构如图2所示。设计时，U形金属管与绝缘导线之间形成的空气间隙的冲击放电电压比针式绝缘子低，因此当有雷电过电压时，该间隙先于针式绝缘子击穿闪络，闪络路径间隙值与U形绝缘棒的长度组成，当闪络路径长度合适时，就可阻止工频续流建弧。
采用加长闪络路径的措施，应设计合理的放电间隙距离，加强运行维护，从而保证在间隙安装投运后可靠、有效。
5.几种措施的实际使用性能比较
上述几种措施实际情况和性能比较见表1。
6.应用情况
上述几种防雷技术措施中，氧化锌避雷器、改进型的过电压保护器和长闪络间隙已在网内10kV系统中广泛使用。从运行与维护情况来看，几种防护措施对防止雷击导线断线效果良好，运行可靠。
三、结语
造成配网绝缘导线雷击断线和跳闸的原因较多，既有多种雷击原因，也有线路实际工况和条件不同等因素。因此，在制定架空线路防雷技术方案时，首先应了解并考虑上述几种防雷击断线措施的特点，其次结合线路的通道环境、绝缘配置和经济效益等因素，制定切实可行的综合防雷技术措施并加强运行管理。
参考文献：
[1]和福初,等.10kV架空绝缘导线雷击断线的防治措施[J].湖北电力,(1).
[2]甘行军,谭进,等.架空绝缘线路防雷击断线措施的分析[J].高电压技术,2008,(3).
[3]王敬春,罗军,等.降低配电线路雷击断线和跳闸率的防护措施[J].高电压技术,2009,(12).
（责任编辑：麻剑飞）