摘要
避雷線作為高壓輸電線路雷電防護的重要防線，通過線夾架設于輸電線路上方。如果雷擊作用于避雷線掛點，大量雷電流將流入避雷線，對避雷線造成的電磁力及熱沖擊，會影響其使用壽命。本文通過研究兩種典型的避雷線掛點情況，分別進行試驗測試，針對雷擊避雷線掛點引起的暫態(tài)溫升問題進行研究，并根據試驗結果給出應對措施。
01、引言 雷電流具有巨大的電磁、機械以及熱效應，會對電氣設備造成嚴重損害，當其流過被擊物體，會形成高幅值沖擊電壓波，繼而破壞電氣設備的絕緣性能。雷擊輸電線路的過程，可以簡化為一個電流行波和一個電壓行波沿空中導電通道經過雷電擊，傳導到導線、避雷線或塔頂，再向兩側傳播的過程。如果雷擊直接作用于避雷線掛點，大量雷電流將流入避雷線，可能造成對避雷線電磁力及熱沖擊，影響其壽命，最終可能發(fā)展成為斷線。
當前，對于架空輸電線路雷擊方面的研究都集中于防雷措施及桿塔的防雷改造上，對于雷擊避雷線后造成的具體情況及影響因素，鮮有針對此種方向的研究。
本文主要針對雷擊閃絡接地短路情況下避雷線掛點的暫態(tài)溫升情況進行試驗研究，研究對象為懸垂線夾（XGU系列）和耐張線夾（NLD系列）兩種典型的避雷線線夾，所選的線纜型號為鋼絲鋁絞線（GJ型）。試驗中，通過三相變壓器給被測避雷線通以短路故障電流，同時采用熱敏電阻及溫度巡檢儀實時測量避雷線與線夾的溫升曲線，進而判斷避雷線及其線夾承受短路故障電流的能力，評估其熱可靠性。
02、避雷線掛點暫態(tài)溫升試驗
2.1試驗方案
圖1所示為實驗測試系統(tǒng)的原理圖，試驗中通過控制工頻沖擊電流發(fā)生器，將10kA~20kA的工頻沖擊電流給通過測對象，通電時間為100ms，同時采用電流探頭實時監(jiān)測測試電流的波形，然后利用Pt100熱電阻測量被測對象的溫度，并通過溫度巡檢儀實時采集溫度數據。
圖1 實驗測試系統(tǒng)示意圖
試驗對象主要包括NLD耐張線夾、XGU懸垂線夾，導線型號為GJ鋼絲鋁絞線，其中每類線夾包含三種不同的型號，不同型號線夾數量為1個，鋼絲鋁絞線對應包含三種型號，每種型號包含3m長的2根，分別對應兩類線夾。具體的型號與數量如下表1所示。
樣品類型 | 型號 | 數量 |
NLD耐張線夾 | NLD-1 | 1 |
NLD-2 | 1 | |
NLD-3 | 1 | |
XGU懸垂線夾 | XGU-2 | 1 |
XGU-3 | 1 | |
XGU-4 | 1 | |
GJ鋼絲鋁絞線 | GJ-50 | 2×3m |
GJ-70 | 2×3m | |
GJ-120 | 2×3m |
表1 試驗樣品型號表
2.2試驗測試位置
在使用XGU型懸垂線夾的測試實驗中，選取的溫升測量點如圖2所示，其中P1為鋁包帶與線纜的交界點附近，P2 為壓板與鋁包帶的交界點附近。
圖2 懸垂線夾溫升測量點分布
圖3 耐張型線夾溫升測量點分布
在使用LND型懸垂線夾的避雷線暫態(tài)溫升測試實驗中，選取的溫升測量點如圖3所示，其中P1為線纜的上端點，P2為線纜與船體的交界點附近。
03、試驗結果
3.1 XGU型懸垂線夾測試結果
試驗中，選取XGU-2、XGU-3和XGU-4三種懸垂線夾，分別對應使用GJ-50、GJ-70和GJ-120三種型號鋼絲鋁絞線，分別測量雷擊暫態(tài)過程等效測試中線夾和線纜的溫升情況。由于溫度測量系統(tǒng)的時間響應較慢，無法真實測得雷擊過程中的溫升曲線，試驗中通過記錄溫度測量系統(tǒng)測得的各測量點的最高溫度作為測量值，以反映雷擊過程中暫態(tài)溫升過程。
圖4 XGU-2測試結果
圖5 XGU-3測試結果
圖6 XGU-4測試結果
3.2 LND型耐張線夾測試結果
試驗中，選取LND-1、LND-2和LND-3三種耐張線夾，分別對應使用GJ-50、GJ-70和GJ-120三種型號鋼絲鋁絞線，分別測量雷擊暫態(tài)過程等效測試中線夾和線纜的溫升情況。由于溫度測量系統(tǒng)的時間響應較慢，如法真實測得雷擊過程中（100ms）的溫升曲線，實驗中通過記錄溫度測量系統(tǒng)測得的各測量點的最高溫度作為測量值，以反映雷擊過程中暫態(tài)熱過程。
圖7 LND-1測試結果
圖8 LND-2測試結果
圖9 LND-3測試結果
3.3 試驗結果分析
根據對試驗結果的分析，可以得到：
（1）在相同的短路電流條件下，線纜及線夾的型號越大（即截面尺寸越大），其累計短路暫態(tài)過程中的溫升越小；
（2）在懸垂線夾中，由于有鋁包帶的存在，雷擊短路電流向線纜的傳遞相對比較均勻，溫升相對較低；而在耐張型線夾中，雷擊短路電流只能通過壓板和船體傳遞到線纜，容易在二者的交界點產生明顯的電流集中，導致局部溫升很高；
由于試驗條件的限制，線纜與船體或壓板交界點的溫升，用測得其附近某點的溫升等效近似，未能反映真實的最高溫度；其次，由于溫度測量系統(tǒng)的響應較慢，測得的最高溫度也存在一定的誤差。
04、結論
雷電活動是一種復雜的自然現(xiàn)象，發(fā)生具有隨機性，且輸電線路一旦遭遇雷擊，會對桿塔上的設備造成不可逆的損傷。本文針對雷擊避雷線掛點進行試驗研究，分析其對常見的避雷線線夾掛點的暫態(tài)溫升結果，得到了避雷線掛點暫態(tài)溫升的規(guī)律情況及局部溫升較高的部位，對輸電桿塔避雷線的檢修策略提供了參考，可以有效提高輸電桿塔設備的運維效率。