10kV线路雷击状况实时在线监测系统研究与应用方案

王文欢 1 宋瑾 1 冯俐 2 徐睿 1 胡子一 1

1. 国网潜山市 供电公司 安徽潜山 2463 00 2. 国网瑞嘉 ( 天津 ) 智能机器人有限公司 天津市

摘要：随着配电线路发展和线路改造绝缘化,传统的设计,由于绝缘线路有先天不足的耐雷水平,难以承受直接雷或感应雷的作用,雷击断线、瓷绝缘子炸毁等已经成为电力面临的又一个新的难题。本文针对上述现状，通过设计一种防雷在线监测装置，通过与绝缘子的组合应用，实现对架空绝缘线路的防雷设计标准化要求，文章通过对装置的结构设计、数据传输及管理后台等部分提出针对性的技术方案，在防雷的同时，实现对架空绝缘线路的在线监管，为配电线路的安全稳定运行提供可靠的技术保障。

关键词：架空线路；绝缘线；支柱绝缘子；防雷绝缘子

引言：供电企业针对架空绝缘线路容易受雷击断线这一难题，采取了一些技术防范措施，在一些容易遭受雷击的线路节点处，安装一部分防雷绝缘子，但是由于架空绝缘线路点多面广，且多处在空旷无人区域，沿途地势复杂，线路受雷击后，这些传统的防雷绝缘子一旦损坏，管理部门无法得知故障点的位置信息，需派人沿途进行排查，线路检修人员无法从外部直观到装置受损现象，更无法掌握线路遭受雷击的位置信息等状况，给线路抢修工作带来一定的难度，严重影响到供电企业管理部门的工作效率，浪费大量的人力物力。

一、防雷绝缘子在线监测状况分析

目前国内外架空配电线路防雷的主要措施有: 架设架空避雷线、安装钳箝位绝缘子、在柱式绝缘子上安装过电压保护器,负荷侧装防弧金具。但现有的技术存在以下缺点:投资成本较大,施工安装复杂,需剥开绝缘层，导致线芯进水和腐蚀，瓷绝缘子伞裙因燃弧烧裂,受环网供电负荷侧变化影响等。这些传统的防雷措施主要针对避雷采取技术手段，消除雷击电流对线路产生的爆裂断线，却无法实现对架空绝缘线路受雷击后的准确定位，因此这些防雷绝缘子本身发生损坏后，线路运维检修人员却无法及时得知。本文需要突破传统的技术手段，针对那些安装了防雷绝缘子的雷击位置点，通过雷击数据的采集上传，引导检修人员在第一时间内到达线路故障点抢修送电，保障架空绝缘线路的安全稳定运行。

二、现阶段防雷装置存在的弊端

10kV配电线路绝缘水平较低、线路结构较为复杂，特别是一些山区和空旷地带很容易受到雷击的影响，雷击会造成10kV配电线路用户的设备损坏，造成经济损失甚至人身伤害。在已安装的部分防雷装置中，发现有部分老式防雷绝缘子发生故障损坏，如遭受强雷击时，绝缘子内部气体急剧膨胀，易冲开金具或破坏环氧筒，特别是运行人员巡检时不易发现已经损坏的防雷绝缘子，同时线路管理维护人员无法实时监测这些防雷击设备的运行情况，更无法掌握了解线路遭受雷击的位置信息等状况。

三、10kV线路雷击状况实时在线监测系统架构设计

本文从10kV线路雷击状况实时在线监测系统的防断线支柱绝缘子和雷击点在线监测装置两个方面进行研究和设计，达到有效预防绝缘线路受雷击断线功能，并实现在线监测线路雷击点，通过手机APP报送管理部门进行处理。

（一）防断线支柱绝缘子

传统的支柱绝缘子，采用氧化锌避雷器作为装置释放雷击电流的通道，没有引雷效果，同时当有大电流雷击发生时，装置易被击穿而损坏。本文通过在传统的支柱绝缘子两侧加装一对引弧棒，并在引弧棒装有按压阀的一侧贴上醒目的反光贴，这样便于维护人员夜晚检修时能直观明了地观测到装置的运行情况，同时在绝缘子顶部增加防腐耐磨的U型槽设计，承担承载线路负荷的功能，当有雷击发生时，防雷装置应具有将装置导线两侧感应范围内的感应雷接引到装置的泄雷模块上，通过引弧棒和下金属脚之间放电，使续流工频电弧移动到引弧棒上烧灼，保护绝缘导线不受损害，装置氧化锌电阻片能够及时将雷击小电流通过安装横旦接地，释放掉小电流，当电流较大时，通过引弧棒泄压防爆装置，将大电流进行进一步的释放，保护线路不断线，不影响架空绝缘导线的稳定运行。具体如图1所示。

(图1：防断线支柱绝缘子设计图)

1.引弧棒材料选择方案

由于装置安装在电线杆及高压杆塔等上端，受恶劣气象环境影响，装置的材料选择需要具有防腐蚀性能。本文通过对两种不锈钢材料进行性能对比选择，最后选择了防腐性能较好的304不锈钢材料制作，材料性能分析对比表如表1所示。

表1：不锈钢材料性能分析数据表

2.引弧棒结构设计方案

本文通过对装置的工作原理进行解析发现，引弧棒通过固定螺钉与支柱绝缘子内部氧化锌电阻片相连，形成外间隙雷电流释放通道，当雷击电流较小时，通过支柱绝缘子下端的氧化锌压敏电阻释放雷击流。当雷击流过大时，通过安装两侧的引弧棒形成外间隙雷电流释放通道，引弧棒内产生的大量气体瞬间将按压阀冲开，插有按压阀一侧引弧棒形成悬垂现象，便于维护人员对线路雷击位置的查找。此结构增大了防雷绝缘子对绝缘导线的保护范围，并对绝缘导线遭受感应雷过电压时产生的电弧漂移起到引弧作用，具备引雷效果。

（二）雷击点在线监测装置

传统的防雷支柱绝缘子从技术上没有实现针对雷击点的监测功能，因此绝缘导线遭受雷击后，如何实现雷击点与线路管理人员的信息交互，引导管理人员在第一时间前往雷击点进行抢修，缩短雷击后线路抢修时间，是我们下一步研究的目标。本文通过应用智能型雷击在线监测装置，通过利用现代的通信技术和计算机技术，实时监测避雷器的各种运行状态：雷击次数、雷击电流大小、正常泄露电流、接地故障泄露电流等等，经计算机处理后，以屏幕显示、手机APP通知等方式告知值班人员。装置拟采用电流互感器实现对绝缘导线的电流信号采集，作为装置的核心模块，外壳部分采用太阳能电板制作技术，通过六面体的外壳太阳能电板设计模式，全方位采集电能，实现对装置的整体供能。具体如图2所示。

(图2：雷击点在线监测装置设计图)

1.工作原理解析

装置经传感器获取设备电压、电流信号，并将信号换算成一次值，通过物联网通信模块，传送至电脑客户端，电脑管理平台通过编绎后，实现二次值换算，并通过电脑管理平台显示或通过手机APP发送信息告之。电压电流数据在计算机内根据不同设备类型的特点和要求进行数据分析、处理，得到监测结果，进而存贮数据，显示结果，作出各种判断。

2.性能效果测试

为了检测雷击状况在线监测装置的实际使用效果，本文通过模拟实验，通过利用预留调试接口对装置进行了各项性能的调试，利用大电流发生器模拟大电流发生，检查装置与手机APP及电脑客户端收发数据情况，经测试发现，当线路发生大电流时，线路发生接地短路故障后，装置能够在3S时间内通过通信模块，即时将信息发送到线路运维管理人员手机APP，同时在电脑客户端也能够直接显示。

四、结束语

本文通过对10kV线路雷击状况实时在线监测系统的研制及应用测试，在雷击防断线装置部分，通过氧化锌避雷器和引弧棒的设计应用，以及U型环的材料选择及设计应用，装置在各种污秽等级条件下安装调试，均符合GB/T26218.1、GB/T26218.2的规定，整体引雷泄雷效果明显。同时系统采集装置部分通过智能技术手段的应用，管理人员通过手机APP能够及时发现雷击故障点，形成对架空绝缘线路的综合服务保障体系，给配电线路后期的管理维护工作提供了很大的帮助。