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10kV架空絕緣導(dǎo)線防雷擊斷線措施研究

文檔作者：朱世東黃飛龍文檔來源：國網(wǎng)成都供電公司		點擊數(shù)：	更新時間： 2025年07月15日
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第。37卷第6期
2014年l2月
四川電力技術(shù)
Sichuan Electric Power Technology
Vo1．37。No．6
Dec．。2014
10 kV架空絕緣導(dǎo)線防雷擊斷線措施研究
朱世東。黃飛龍
(國網(wǎng)成都供電公司，四川成都615000)
摘要：架空絕緣導(dǎo)線在配電網(wǎng)中應(yīng)用廣泛且已成為主流。但在其實際運(yùn)行中，雷擊絕緣導(dǎo)線后斷線概率較高，因此，
探究行之有效的絕緣線防雷措施對促進(jìn)配電網(wǎng)的健康發(fā)展具有非常重要的意義。通過對所在單位2010-2013年l0
kV配電網(wǎng)線路雷擊跳閘次數(shù)進(jìn)行統(tǒng)計分析，印證了采用絕緣子改造、變電站改用中性點經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行方式以
及在絕緣導(dǎo)線上加裝防雷金具三種方式對架空絕緣導(dǎo)線防雷的有效性，所提措施具有有效的推廣實用價值。
關(guān)鍵詞：絕緣導(dǎo)線；耐雷水平；建弧率；灼燒路徑；防雷措施
Abstract：Overhead insulated conductors are widely applied in the distribution network and has become the mainstream．But in
the actual operation，the breakage of insulated conductors caused by lightning stroke has a higher probability．Therefore，to
explore the efective protection measures against lightning for insulated wires has a very important significance for promoting the
healthy development of the distribution network．A statistical analysis is carried out for the times of lightning trip—out of 10
kV distribution network from 2010 to 201 3．The effectiveness of three ways are confirmed for the lighting protection，that is，
transform ing the insulators，using neutral ground via arc extinguishing coil in substation and mounting lightning fittings in insu—
lating conductors．The proposed protection measures against lightning for overhead insulated conductors have the effective
practical value．
Key words：insulated conductor；lightning withstanding level；arc over rate；burning path；protection measures against lightning
中圖分類號：TM863 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1003—6954(2014)06—0020—04
0 引 言
10 kV架空絕緣導(dǎo)線與裸導(dǎo)線相比，因絕緣性
能提升，線路相間安全距離縮短，可通過增加同桿架
設(shè)線路回數(shù)的方式有效提高線路走廊利用率。同
時，絕緣導(dǎo)線還可有效緩解城市綠化中的線樹矛盾，
減少環(huán)境污穢對導(dǎo)線的直接影響，降低線路接地故
障率和運(yùn)維人員工作量。與電纜相比，又具有投資
省、建設(shè)快的經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，因此在配電網(wǎng)建設(shè)中廣泛使
用架空絕緣導(dǎo)線已成為主要發(fā)展方向 J。但在實
際運(yùn)行中，絕緣導(dǎo)線遭受雷擊的可能性不比裸導(dǎo)線
少，且雷擊絕緣導(dǎo)線后斷線概率較高，故障查找和恢
復(fù)困難，不利于供電可靠性的提升。同時，絕緣導(dǎo)線
斷線后不一定會引起保護(hù)動作，在此情況下掉落的
導(dǎo)線極易造成人身觸電傷害和公眾財產(chǎn)損失。因
此，探究行之有效的絕緣線防雷措施對促進(jìn)配電網(wǎng)
的健康發(fā)展具有非常重要的意義。
． 20 ．
1 絕緣導(dǎo)線雷擊斷線原因分析
當(dāng)雷擊導(dǎo)線或線路附近時，直擊雷或感應(yīng)雷過
電壓作用于導(dǎo)線，若該電壓超過線路的耐雷水平，將
導(dǎo)致線路絕緣發(fā)生沖擊閃絡(luò) J。雷電過電壓的持
續(xù)時間很短，通常情況下只有幾十微秒，此時若閃絡(luò)
電弧熄滅，則線路絕緣恢復(fù)，不會造成嚴(yán)重影響。但
閃絡(luò)發(fā)生后，弧道內(nèi)因有游離電子的存在，通常情況
下容易在工頻電壓作用下于閃絡(luò)通道內(nèi)持續(xù)流過短
路電流，即形成工頻短路電弧，該電弧的弧根溫度達(dá)
到數(shù)千攝氏度。對于裸導(dǎo)線，電弧在電磁力的作用
下，弧根沿導(dǎo)線表面不斷滑移，在嚴(yán)重灼傷導(dǎo)線或絕
緣子前，斷路器動作，電弧被切斷。而對于絕緣線，
因受周圍絕緣的阻凝，電弧只能在閃絡(luò)位置處(對
于絕緣導(dǎo)線該位置呈針孔狀)持續(xù)燃燒，能量集中
于一點。鋁材在高溫下強(qiáng)度低、塑性差、易產(chǎn)生裂
紋，因此導(dǎo)線在自身拉力和電弧電磁力的多重作用
第37卷第6期
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下將在極短的時間內(nèi)發(fā)生斷線。
2 絕緣導(dǎo)線防雷擊斷線措施分析
根據(jù)上述架空絕緣導(dǎo)線線路雷擊斷線機(jī)理分析
可以看出，防雷擊斷線措施可考慮以下三方面：一是
提升線路本身的耐雷水平，防止線路絕緣子等發(fā)生
沖擊閃絡(luò)；二是降低沖擊閃絡(luò)發(fā)生后的建弧率，遏制
工頻短路電弧的產(chǎn)生；三是改變電弧的灼燒路徑，使
其至少不集中于一點灼燒導(dǎo)線。
2．1 提升線路耐雷水平
當(dāng)雷電過電壓超過線路絕緣子50％放電電壓
時，絕緣子將發(fā)生閃絡(luò)。而架空導(dǎo)線上的雷電過電
壓與線路高度、雷擊點與線路的距離、雷電參數(shù)、桿
塔型式、高度和接地電阻等有關(guān)。提升線路耐雷水
平，一是可采取增加絕緣子片數(shù)、更換絕緣子型號
(如將瓷絕緣子更換為硅橡膠復(fù)合絕緣子等)、改善
絕緣子性能等方式提升絕緣子50％放電電壓，并可
通過將裸導(dǎo)線更換成為絕緣導(dǎo)線、在導(dǎo)線與絕緣子
之間增加絕緣皮、將鐵橫擔(dān)更換為絕緣橫擔(dān)等方式
增加線路的絕緣水平；二是可以通過架設(shè)避雷線、加
裝避雷器、降低桿塔高度、改善桿塔接地電阻等方式
降低導(dǎo)線上的雷電過電壓，避免絕緣子發(fā)生閃絡(luò)。
架設(shè)避雷線和加裝避雷器均是希望借助避雷線
和避雷器的對雷電流的分流作用，降低桿塔與導(dǎo)線
之間的電位差，確保其小于絕緣子50％放電電壓而
保護(hù)絕緣子不發(fā)生閃絡(luò)。避雷線對導(dǎo)線有屏蔽和耦
合作用，可以有效降低導(dǎo)線的感應(yīng)過電壓 。但因
10 kV線路本身絕緣水平設(shè)計較低，架設(shè)避雷線后
線路感應(yīng)過電壓仍易導(dǎo)致絕緣子閃絡(luò)，防護(hù)效果沒
有高電壓等級的線路防護(hù)效果好，因此除在直擊雷
頻繁的區(qū)域可選擇架設(shè)避雷線外，一般原則t不采
用。
相對來講，安裝避雷器是比較好的防雷措施。
線路避雷器并聯(lián)在絕緣子附近，當(dāng)線路上的過電壓
超過避雷器的放電電壓時，避雷器先行放電，加在絕
緣子上的電壓始終被限制在避雷器的殘壓范圍，可
有效防止絕緣子發(fā)生閃絡(luò)，雷電流過后避雷器還能
限制工頻短路電弧的產(chǎn)生，因此其具有優(yōu)越的保護(hù)
性能。但避雷器的保護(hù)范圍僅為裝設(shè)避雷器的當(dāng)基
桿塔，全線使用建設(shè)成本較高，且避雷器本體長期工
作在運(yùn)行電壓下，加上雷擊時的過電壓沖擊，容易發(fā)
生老化并且不易被察覺，運(yùn)行維護(hù)難度較高。為彌
補(bǔ)上述不足，出現(xiàn)了帶外間隙的氧化鋅避雷器，亦稱
線路過電壓保護(hù)器(如圖1所示)。
導(dǎo)線
放電間隙
氧化鋅避雷器
可調(diào)節(jié)連接支柱
絕緣子
圖1 線路過電壓保護(hù)器示意圖
避雷器只有在一定幅值的雷電過電壓作用下串
聯(lián)間隙擊穿后才處于工作狀態(tài)，正常運(yùn)行時不承受
工頻電壓，且因并聯(lián)了放電間隙，其絕緣外套的爬電
距離可以有所減小，即可減少避雷器的閥片數(shù)量，降
低造價。因串聯(lián)間隙的隔離作用，即使避雷器電阻
片劣化，也不至于影響線路的正常運(yùn)行，工作可靠性
較高。但在實際應(yīng)用中，因避雷器需要接地良好，敷
設(shè)接地體不僅增加額外成本而且在很多場合難于實
現(xiàn)，限制了線路過電壓保護(hù)器的應(yīng)用范圍。
此外，適當(dāng)考慮降低桿塔高度亦是降低雷電過
電壓的有效方式。根據(jù)規(guī)程DL／T 620—1997[41，在
距架空線路>65 m處，雷云對地放電時，線路上產(chǎn)
生的感應(yīng)過電壓最大值可按下式計算。
一25
lh
- -
s
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式中， 為雷擊大地時感應(yīng)過電壓最大值，kV；，為
雷電流幅值，kA；h 導(dǎo)線平均高度，m；s為雷擊點與
線路的距離，m。
可見，導(dǎo)線的感應(yīng)過電壓與桿塔高度密切相關(guān)，
有學(xué)者研究表明，在同等條件下，12 m的桿塔雷擊
跳閘率較15 m的桿塔相比可以下降l1％ J。
2．2 降低絕緣子閃絡(luò)后的建弧率
線路絕緣發(fā)生沖擊閃絡(luò)后形成的工頻短路電弧
是導(dǎo)致架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線的根本原因。工頻短
路電弧的產(chǎn)生與系統(tǒng)運(yùn)行方式和閃絡(luò)路徑密切相
關(guān)。
工頻短路電弧的建立很大程度上依賴于系統(tǒng)電
容電流的大小。當(dāng)線路絕緣子在雷擊閃絡(luò)后，若系
統(tǒng)的電容電流大于絕緣子的自然熄弧值，則會形成
持續(xù)的工頻短路電弧。工頻短路電弧的持續(xù)燃燒不
僅會造成絕緣導(dǎo)線斷線，還因其對周圍空氣存在電
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離作用，降低空氣間隙的絕緣強(qiáng)度，容易使故障發(fā)展
為相間短路和多回線短路，造成線路跳閘。因此，在
配電網(wǎng)中采用中性點經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行方式，對
電網(wǎng)電容電流進(jìn)行實時檢測和調(diào)整補(bǔ)償，使補(bǔ)償后
的電容電流小于絕緣子的自然熄弧值，將是控制配
電網(wǎng)雷擊絕緣子閃絡(luò)后建弧率的良好方式 。
另一方面，通過增長閃絡(luò)后的電弧放弧路徑也
是降低工頻短路電弧建弧率的有效措施。俄羅斯國
家電力公司就提出可以在橫擔(dān)上安裝一U形絕緣
棒。在u形絕緣棒頭部將絕緣剝開，使u形絕緣棒
頭部與導(dǎo)線之間空氣間隙的沖擊放電電壓比絕緣子
50％放電電壓低，當(dāng)線路上出現(xiàn)雷電過電壓時，此間
隙先于絕緣子擊穿閃絡(luò)，閃絡(luò)路徑由此段間隙與絕
緣棒構(gòu)成，當(dāng)閃絡(luò)路徑長度增至足夠長時，就可阻止
工頻續(xù)流建弧。但此種方式存在間隙選擇即絕緣配
合難度大且不利于同桿多回線路的架設(shè)，因此應(yīng)用
范圍有限。
2．3 改變電弧的灼燒路徑
絕緣導(dǎo)線斷線的原因主要是短路電弧只能集中
于一點持續(xù)灼燒，因此如果能夠改變電弧的灼燒路
徑，則絕緣導(dǎo)線的斷線概率將大大降低?；诖?，出
現(xiàn)了用于改變電弧路徑的放電線夾，亦稱防弧(雷)
金具，其安裝示意圖如圖2所示。
圖2 防雷金具安裝示意圖
其工作原理為高壓電極與低壓電極構(gòu)成G。、G：
兩個間隙，其中G 為雷電放電間隙，G：為工頻電弧
燃燒間隙。在雷電沖擊過電壓的作用下，G。間隙首
先放電，沖擊放電后形成的工頻短路電弧在電磁力
的作用下由G，迅速移動至G 間隙上燃燒，從而保
護(hù)了絕緣導(dǎo)線免于斷線 。從放電線夾的工作原
理可以看出，其只能防止絕緣導(dǎo)線斷線而對于降低
雷擊跳閘率，作用不明顯。放電線夾還分為穿刺型
和裸露型，穿刺型線夾因安裝時無須剝離絕緣導(dǎo)線
絕緣層，避免了可能引起的絕緣導(dǎo)線線芯進(jìn)水，防止
． 22 ．
了導(dǎo)線弧垂處電化學(xué)腐蝕斷線事故，因此實用價值
比裸露型要高。基于相同的工作原理，日本東京電
力公司開發(fā)了放電鉗位絕緣子(防雷絕緣子)，芬蘭
研發(fā)了閃絡(luò)保護(hù)懸垂線夾。其工作原理均為在絕緣
導(dǎo)線固定處剝離絕緣層，并加裝特殊設(shè)計的金屬線
夾。當(dāng)雷電過電壓閃絡(luò)引發(fā)工頻短路電弧后，電弧
在金屬線夾兩極之間燃燒直至線路跳閘，保護(hù)了導(dǎo)
體免受損傷¨j。
3 實際應(yīng)用情況分析
本單位自2009年以來開始對所轄配電網(wǎng)進(jìn)行
大規(guī)模的絕緣化改造，之后的新建配電網(wǎng)工程基本
全部采用架空絕緣線與電纜混合架設(shè)方式。隨著配
電網(wǎng)架空絕緣線路及電纜的增多，架空絕緣導(dǎo)線雷
擊斷線的矛盾日益突出。為確保線路的安全穩(wěn)定運(yùn)
行及防止因雷擊斷線導(dǎo)致的傷害事故，本單位根據(jù)
現(xiàn)有技術(shù)條件，采取了一系列措施，對配電網(wǎng)線路進(jìn)
行了防雷整治。
一是公司在對10 kV配電網(wǎng)線路進(jìn)行絕緣化改
造的同時，除將架空裸導(dǎo)線更換為絕緣導(dǎo)線外，還將
原瓷橫擔(dān)絕緣子更換為復(fù)合絕緣子，增加了絕緣子
的爬電距離，提升了線路的耐雷水平。二是對110
kV桂湖變電站等進(jìn)行了消弧線圈改造，將原有的
lO kV中性點不接地系統(tǒng)改為經(jīng)消弧線圈接地，實
現(xiàn)了對大電容電流的補(bǔ)償，降低了閃絡(luò)后的建弧率。
三是在重要道路跨越處兩側(cè)，分段開關(guān)、配電變壓器
電源側(cè)及電纜引下線處加裝了避雷器，同時在絕緣
導(dǎo)線每基桿塔進(jìn)行了防雷金具安裝。實際運(yùn)行情況
表明，上述措施有效降低了配電網(wǎng)雷擊故障跳閘率
及斷線概率。
表1為某單位近4年10 kV配電網(wǎng)線路雷擊跳
閘次數(shù)統(tǒng)計值。
表1 新都10 kV配電網(wǎng)線路雷擊跳閘次數(shù)統(tǒng)計表
數(shù)據(jù)采自“四川電網(wǎng)雷電智能監(jiān)測系統(tǒng)”
從表l中可以看出，2013年新都地區(qū)總雷電數(shù)
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與2010年基本相當(dāng)，但雷擊跳閘次數(shù)和斷線次數(shù)在
線路總條數(shù)增加35％的情況下分別下降了58．1％
和33．3％ 。
在2013年發(fā)生的斷線事故中，未安裝防雷金具
的占兩起，斷線處防雷金具安裝質(zhì)量不合格的占三
起。從統(tǒng)計數(shù)據(jù)可以看出，防雷金具作為防止絕緣
導(dǎo)線雷擊斷線的最后一道屏障，應(yīng)用效果還是比較
明顯的。絕緣導(dǎo)線安裝了防雷金具后仍然發(fā)生雷擊
斷線事故，主要還是因為防雷金具的安裝工藝不滿
足要求引起。在防雷金具安裝質(zhì)量不合格的三起斷
線事故中，一起是因為防雷金具安裝在了絕緣子的
電源側(cè)，而另兩起存在防雷金具安裝時穿刺線夾未
完全刺透絕緣層，高壓電極與導(dǎo)線接觸不充分以及
防雷金具高低壓電極之間的間隙距離過大等問題。
回到防雷金具的工作原理可以看出，其安裝過
程中需要注意的技術(shù)關(guān)鍵點至少包括以下3點：一
是高低壓電極之間的距離即G．間隙要與絕緣子的
閃絡(luò)電壓良好配合，既要保證其先于絕緣子放電又
不能在正常過電壓作用下發(fā)生閃絡(luò)，廠家附帶的產(chǎn)
品說明書中會根據(jù)絕緣子型號對該間隙給出推薦數(shù)
值，一般為125—180 mm。二是G】、G2間隙的排列
方向應(yīng)為電源側(cè)到負(fù)荷側(cè)的方向(即防雷金具應(yīng)安
裝于線路絕緣子的負(fù)荷側(cè))，因為電弧在電動力作
用下，是由電源側(cè)向負(fù)荷側(cè)移動，若安裝方向相反，
電弧在電動力作用下依然會集中灼燒導(dǎo)線。三是對
于穿刺型防雷金具，安裝時一定要對稱擰緊壓力螺
母(對有備緊螺母的還應(yīng)擰緊備緊螺母以防止壓力
螺母松動)，使穿刺線夾刺透絕緣層后與高壓導(dǎo)線
形成良好接觸，達(dá)到足夠的導(dǎo)流截面，才能對電弧起
到良好的疏導(dǎo)作用。
4 結(jié)論
綜上所述，從實際運(yùn)行角度出發(fā)，10 kV架空絕
緣導(dǎo)線防雷擊斷線措施：一是進(jìn)行絕緣子改造，選用
具有高放電電壓的絕緣子，提升線路本身耐雷水平，
降低線路遭受雷擊后的絕緣子閃絡(luò)概率；二是在電
纜線路較多，系統(tǒng)電容電流較大的變電站改用中性
點經(jīng)消弧線圈接地運(yùn)行方式，降低絕緣子閃絡(luò)后的
工頻短路電弧建弧率；三是除在特殊重點部位進(jìn)行
避雷器安裝外，在絕緣導(dǎo)線其余桿塔上應(yīng)逐基加裝
防雷金具，并且在安裝過程中嚴(yán)格執(zhí)行工藝要求，確
保防雷金具發(fā)揮應(yīng)有作用。
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作者簡介：
朱世東(1965)，國網(wǎng)四川省電力公司成都市新都供電
分公司總經(jīng)理，研究方向為配網(wǎng)運(yùn)維管理及故障診斷；
黃飛龍(1986)，國網(wǎng)四川省電力公司成都市新都供電
分公司安全專責(zé)，研究方向為配網(wǎng)防雷技術(shù)及運(yùn)維管理。
(收稿日期：2014一o4一O8)
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