配电网架空绝缘线路雷击断线机理及防护方法

知识点：架空绝缘配电线路

1雷击断线机理

配电线路上的雷电过电压分直击雷过电压和雷电感应过电压两种。

直击雷过电压由雷云放电击中架空绝缘线路产生，因配电线路绝缘水平低、相间距离小，直击雷可能击中一相或同时击中多相，容易造成相间短路。

雷电感应过电压由雷电击中架空绝缘线路附近大地或者地面上物体通过电磁感应在线路上产生，三相导线上的雷电感应过电压极性相间、幅值相近，可能引起单相闪络或发展成相间短路。

架空绝缘线路因雷击发生对地击穿放电后，导线绝缘层上的放电击穿点呈一细小针孔，针孔位置靠近线路绝缘子两侧随机分布。雷电冲击闪络后，接续的工频短路电流会沿雷电放电通道起弧燃烧，高压端弧根始于针孔处，虽受电磁力作用但因绝缘层的阻碍，固定在针孔位置而无法移动，如图1a)所示。这与采用裸导线的架空线路明显不同，后者雷击闪络后，工频续流起弧燃烧，弧根在电磁力作用下可以沿着导体表面朝负荷电流流动的方向移动，直至电弧熄灭，电弧弧根不会固定在导线上一点处。

图1 架空绝缘线路雷击断线机理示意图

当雷击引起线路两相或三相对地短路，一种情况是相对地电弧通过横担形成相间电弧；另一种情况是相对地电弧在电磁力和热应力的作用下，弧腹向绝缘子负荷侧的上空漂移，在空中交汇也可能发展成相间电弧，但弧根始终固定在击穿孔位置，如图1b)所示。相间短路电流幅值达几千安至十几千安，弧根温度升至上千摄氏度，加之导线自重产生的拉力，芯线瞬间熔化断开。即使雷击仅引起绝缘线路单相对地短路，当配电网采用中性点非有效接地方式时，允许带单相接地故障运行段时间，小电流电弧长时间烧灼导线同一位置，也会烧损导线导致断线。

2雷击断线防护方法

导致架空绝缘线路断线的根本因素是雷击闪络后的工频续流电弧，据此，防护绝缘线路雷击断线的具体方法可归纳为疏导式和堵塞式两种。

2.1疏导式方法

疏导式方法的思路是允许架空绝缘线路有一定的雷击闪络概率，但应设法把雷击闪络后产生的工频续流电弧进行疏导，达到保护导线免于电弧烧伤断线的目的。这种方法可通过在架空绝缘线路上安装防弧金具、放电钳位绝缘子等措施来实现。

在疏导式防护方法中，需要通过系统计算分析来确定两个关键参数：一是沿配电线路分布的短路电流幅值，短路电流幅值与系统继电保护时间，共同决定着防护装置承受工频短路电流热效应能力要求、疏导工频续流电弧运动并耐受工频续流电弧烧灼能力要求；二是线路遭受雷击闪络概率，它决定着防护装置全寿命期间预期的动作次数，即耐受工频续流电弧烧灼次数。

考核防护装置承受工频短路电流热效应能力、疏导工频续流电弧运动并耐受工频续流电弧烧灼能力的技术条件应能满足运行工况，并留有适当的裕度。10kV架空绝缘线路三相短路电流变电站出口处线路发生三相短路时短路电流幅值最大，随着短路点距变电站出口处电气距离的增加，短路电流幅值呈指数规律减小。配电系统相间故障采用速断和过电流两种继电保护方式，速断保护的时间定值一般为0s，过电流保护的时间定值一般为1s。因工频续流电弧运动特性与续流幅值有关，防护措施疏导电弧运动能力还应包含疏导小电流电弧的能力，一般选择三相短路电流最小值(线路末端发生短路故障）和最大继电保护动作时间作为技术条件。

一般情况下，防护装置在全寿命期间因雷击闪络动作的概率较低，考虑到雷电活动有较大的地区差异和非均匀性，取防护装置耐受工频续流电弧烧灼的次数不少于5次，该指标有很好的适应性。

疏导式方法实施简单，成本较低，不能降低线路的雷击跳闸次数，但能防止雷击断线、提高重合闸成功概率。

2.2堵塞式方法

堵塞式方法的思路是通过采取措施尽可能降低线路雷击闪络概率，或者采取措施阻止雷击闪络后工频续流起弧，达到防止绝缘导线烧伤断线的目的。这种方法可通过加强线路绝缘、设置避雷线或金属氧化物避雷器等措施来实现。

在堵塞式防护方法中，加强线路绝缘和增设避雷线可降低线路雷击闪络次数。配电线路上的雷电感应过电压幅值一般不超过400kV，适当增加线路绝缘水平可耐受住大多数雷电感应过电压，在既有10kV绝缘子类型中，宜选用耐压等级较高的柱式绝缘子。设置避雷线利用线间耦合作用可降低雷电感应过电压幅值，能一定程度上阻止线路因雷电感应过电压作用而闪络。另外，设置避雷线可将雷直击导线引起的闪络转化为雷击避雷线后的反击闪络，电杆与避雷线同时对雷电流的泄放进行分流，有利于降低流过线路金属氧化物避雷器的能量。对于多雷区和重要线路，可将设置避雷线作为一种雷电防护强化措施，同时应做好避雷线的接地。因配电线路绝缘水平低，加强线路绝缘和设置避雷线对抑制直击雷过电压引起的线路闪络作用较小。金属氧化物避雷器具有良好的非线性伏安特性，能有效限制架空绝缘线路上的直击雷和雷电感应过电压，同时抑制工频续流起弧。

堵塞式方法可以降低线路雷击跳闸率、阻止线路产生工频续流电弧，防雷击断线的综合效果更好，缺点为实施相对复杂，成本较高。

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