一體式防雷絕緣子 為配電線路提升“免疫力”

該成果已先后在浙江、天津、山東、福建、江西等地開(kāi)展應(yīng)用，基于相關(guān)應(yīng)用，2019年全年多增加電量銷(xiāo)售額、節(jié)省搶修開(kāi)支近5000萬(wàn)元。

沿著電網(wǎng)線路，地圖上的綠點(diǎn)有序分布；與之配套的還有一張列表，記錄著每根電線桿上的一體式防雷絕緣子運(yùn)行情況……一年多來(lái)，黃建楊的手機(jī)每天會(huì)收到一份“心跳包”，用于遠(yuǎn)程掌握這一防雷設(shè)備的狀態(tài)。

“歷經(jīng)10年產(chǎn)學(xué)研合作，我們研制出了第三代一體式防雷絕緣子。”近日，國(guó)網(wǎng)浙江諸暨市供電公司高級(jí)工程師黃建楊在接受科技日?qǐng)?bào)記者采訪時(shí)介紹，該絕緣子集避雷器、絕緣子功能于一身，在防雷性能、安裝運(yùn)維、智能監(jiān)測(cè)三方面有顯著提升。

根據(jù)國(guó)網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院統(tǒng)計(jì)，以浙江為例，近年來(lái)雷擊造成的配網(wǎng)故障占全部故障的20%以上。在雷電活動(dòng)較強(qiáng)的地區(qū)，雷擊造成的過(guò)電壓，可使絕緣子發(fā)生閃絡(luò)而引起接地故障，或者破壞避雷器，從而引發(fā)跳閘、停電。

黃建楊介紹，該成果已先后在浙江、天津、山東、福建、江西等地開(kāi)展應(yīng)用，基于相關(guān)應(yīng)用，2019年全年多增加電量銷(xiāo)售額、節(jié)省搶修開(kāi)支近5000萬(wàn)元。在應(yīng)用范圍內(nèi)，因雷擊造成的線路停電，從之前的年均423條次下降至12條次，大幅提升了配網(wǎng)架空線路的防雷能力和供電可靠性，具有廣闊的應(yīng)用前景。

強(qiáng)化防護(hù)效果 組合結(jié)構(gòu)一擰即可

一般而言，110千伏（kV）及以上電壓等級(jí)的輸電網(wǎng)絡(luò)被稱為主網(wǎng)，直接面向用戶供電的配電網(wǎng)絡(luò)被稱為配網(wǎng)。如果將主網(wǎng)比作動(dòng)脈，配網(wǎng)則是毛細(xì)血管，后者串聯(lián)著千家萬(wàn)戶。

“以往的觀念是，配網(wǎng)所用的防雷裝置多、雜還便宜，被雷擊壞了就換。如今老百姓對(duì)供電可靠性、穩(wěn)定性的要求越來(lái)越高，防雷裝置也得與時(shí)俱進(jìn)。”黃建楊介紹，其中，避雷器與絕緣子這兩類(lèi)部件，在電線桿上隨處可見(jiàn)。傳統(tǒng)方式下，二者彼此獨(dú)立設(shè)計(jì)和生產(chǎn)，應(yīng)用組裝時(shí)需要調(diào)節(jié)間隙距離，配合默契，才能有效起到防雷作用。

大量雷電沖擊和實(shí)驗(yàn)測(cè)試表明，以往避雷器和絕緣子放電有一定分散性。二者的間隙距離、避雷器的金具結(jié)構(gòu)等要素，直接影響防雷效果。比如，間隙距離過(guò)小會(huì)降低絕緣水平；過(guò)大的話，會(huì)造成導(dǎo)線上電壓過(guò)高，雷電不易被釋放，可能擊穿其他設(shè)備。

“此外，長(zhǎng)時(shí)間運(yùn)行下，防雷設(shè)備容易因?qū)Ь€抖動(dòng)、風(fēng)偏等因素引發(fā)位移、間隙距離不穩(wěn)定、接線掉落等問(wèn)題。”黃建楊說(shuō)，將避雷器與絕緣子集成設(shè)計(jì)是一種解決方案。

20世紀(jì)90年代中期，日本科研人員循著這一思路，率先研制出一種用于6.6kV線路的內(nèi)置壓敏電阻針式瓷絕緣子。多年來(lái)，中國(guó)、日本等國(guó)家的科研人員在持續(xù)研發(fā)優(yōu)化。

“聯(lián)合團(tuán)隊(duì)通過(guò)一體式結(jié)構(gòu)、電壓分布優(yōu)化控制技術(shù)等，固定了間隙距離等參數(shù)，有效提升了絕緣子雷電耐受力以及限制雷電放電路徑。”黃建楊說(shuō)，一體式結(jié)構(gòu)更便于安裝，工人原來(lái)組裝一套防雷設(shè)備需要15分鐘，現(xiàn)在只需花3分鐘擰上三顆螺母即可。

截至2019年8月，這款一體式防雷絕緣子迭代至第三代，累計(jì)應(yīng)用6.6萬(wàn)余只，其中最長(zhǎng)掛網(wǎng)運(yùn)行時(shí)間超過(guò)6年，經(jīng)歷了復(fù)雜的環(huán)境考驗(yàn)，均未發(fā)生雷擊故障、絕緣閃絡(luò)故障。

智能感應(yīng)監(jiān)測(cè) 雷擊反饋一圖查詢

由于雷擊電流陡度大、時(shí)間短，雷擊監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)采集困難，雷擊故障點(diǎn)難查找，防雷裝置異常無(wú)法提前預(yù)警，易造成保護(hù)失效。研發(fā)有效的智能化雷擊和故障判別手段成為研究熱點(diǎn)，比如通過(guò)弱電技術(shù)來(lái)解決雷擊故障查找、識(shí)別，故障快速恢復(fù)等傳統(tǒng)難題。

“防雷裝置遭到雷擊后，可能就留下一條縫甚至一個(gè)點(diǎn)，很難查出故障源。”黃建楊說(shuō)，一旦發(fā)生雷擊停電，工作人員可能得集體巡查，排查避雷器的故障。他就曾沿著一條線路查了兩天兩夜。國(guó)內(nèi)外也嘗試過(guò)相關(guān)研究，但效果很有限。

針對(duì)相關(guān)難題，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了適用于絕緣子的內(nèi)置羅氏線圈電流傳感器，可對(duì)電流進(jìn)行采樣和計(jì)算分析，實(shí)現(xiàn)精準(zhǔn)故障識(shí)別。同時(shí)，基于窄帶物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)等，使配網(wǎng)架空線路防雷絕緣子具備感知連接功能，并搭建起了通信和自組網(wǎng)。

“自組網(wǎng)的應(yīng)用層由管理平臺(tái)及配套手機(jī)App構(gòu)成，可實(shí)現(xiàn)海量防雷絕緣子遠(yuǎn)程監(jiān)控管理。”黃建楊介紹，防雷絕緣子內(nèi)置適用5G標(biāo)準(zhǔn)的NB-IOT通信模組，可將雷擊次數(shù)、雷擊時(shí)間與防雷絕緣子氧化鋅模塊狀態(tài)信息上傳至管理平臺(tái)。在雷電不多的季節(jié)，相關(guān)信息也會(huì)每天以“心跳包”的形式上傳。

為確保防雷裝置穩(wěn)定持續(xù)地傳輸狀態(tài)信息，聯(lián)合團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了“太陽(yáng)能+電池”的供能方案，利用控制器判斷兩種供電方式的電壓大小，保證時(shí)刻采用高效的供電方式。其中，電池一次充電可工作3個(gè)月。據(jù)悉，經(jīng)中國(guó)電機(jī)工程學(xué)會(huì)組織的鑒定委員會(huì)鑒定，該成果被認(rèn)為整體達(dá)到國(guó)際領(lǐng)先水平。

目前，我國(guó)10kV配電網(wǎng)架空線路運(yùn)營(yíng)里程接近400萬(wàn)公里，若能進(jìn)一步提高避雷器安裝效率、降低制造價(jià)格，對(duì)降低線路綜合防雷成本、提升運(yùn)營(yíng)效益具有重要意義。

“該成果研發(fā)費(fèi)用為80萬(wàn)元，已獲授權(quán)發(fā)明專(zhuān)利10項(xiàng)，海外專(zhuān)利2項(xiàng)，有望打開(kāi)海外市場(chǎng)。”黃建楊表示，團(tuán)隊(duì)將進(jìn)一步壓縮其生產(chǎn)成本，以期擴(kuò)大應(yīng)用范圍，讓供電更加穩(wěn)定可靠。