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、江西等地開展應(yīng)用，基于相關(guān)應(yīng)用，2019年全年多增加電量銷售額、節(jié)省搶修開支近5000萬元。

沿著電網(wǎng)線路，地圖上的綠點有序分布；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行情況……一年多來，黃建楊的手機每天會收到一份“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，國網(wǎng)浙江諸暨市供電公司高級工程師黃建楊在接受科技日報記者采訪時介紹，該絕緣子集避雷器、絕緣子功能于一身，在防雷性能、安裝運維、智能監(jiān)測三方面有顯著提升。

根據(jù)國網(wǎng)浙江省電力有限公司電力科學(xué)研究院統(tǒng)計，以浙江為例，近年來雷擊造成的配網(wǎng)故障占全部故障的20%以上。在雷電活動較強的地區(qū)，雷擊造成的過電壓，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、江西等地開展應(yīng)用，基于相關(guān)應(yīng)用，2019年全年多增加電量銷售額、節(jié)省搶修開支近5000萬元。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。

強化防護效果 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)比作動脈，配網(wǎng)則是毛細(xì)血管，后者串聯(lián)著千家萬戶。

“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。如今老百姓對供電可靠性、穩(wěn)定性的要求越來越高，防雷裝置也得與時俱進。”黃建楊介紹，其中，避雷器與絕緣子這兩類部件，在電線桿上隨處可見。傳統(tǒng)方式下，二者彼此獨立設(shè)計和生產(chǎn)，應(yīng)用組裝時需要調(diào)節(jié)間隙距離，配合默契，才能有效起到防雷作用。

大量雷電沖擊和實驗測試表明，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，間隙距離過小會降低絕緣水平；過大的話，會造成導(dǎo)線上電壓過高，雷電不易被釋放，可能擊穿其他設(shè)備。

“此外，長時間運行下，防雷設(shè)備容易因?qū)Ь€抖動、風(fēng)偏等因素引發(fā)位移、間隙距離不穩(wěn)定、接線掉落等問題。”黃建楊說，將避雷器與絕緣子集成設(shè)計是一種解決方案。

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，中國、日本等國家的科研人員在持續(xù)研發(fā)優(yōu)化。

“聯(lián)合團隊通過一體式結(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，一體式結(jié)構(gòu)更便于安裝，工人原來組裝一套防雷設(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，累計應(yīng)用6.6萬余只，其中最長掛網(wǎng)運行時間超過6年，經(jīng)歷了復(fù)雜的環(huán)境考驗，均未發(fā)生雷擊故障、絕緣閃絡(luò)故障。

智能感應(yīng)監(jiān)測 雷擊反饋一圖查詢

由于雷擊電流陡度大、時間短，雷擊監(jiān)測數(shù)據(jù)采集困難，雷擊故障點難查找，防雷裝置異常無法提前預(yù)警，易造成保護失效。研發(fā)有效的智能化雷擊和故障判別手段成為研究熱點，比如通過弱電技術(shù)來解決雷擊故障查找、識別，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點，很難查出故障源。”黃建楊說，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。國內(nèi)外也嘗試過相關(guān)研究，但效果很有限。

針對相關(guān)難題，聯(lián)合團隊設(shè)計了適用于絕緣子的內(nèi)置羅氏線圈電流傳感器，可對電流進行采樣和計算分析，實現(xiàn)精準(zhǔn)故障識別。同時，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)用層由管理平臺及配套手機App構(gòu)成，可實現(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)、雷擊時間與防雷絕緣子氧化鋅模塊狀態(tài)信息上傳至管理平臺。在雷電不多的季節(jié)，相關(guān)信息也會每天以“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)合團隊設(shè)計了“太陽能+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，保證時刻采用高效的供電方式。其中，電池一次充電可工作3個月。據(jù)悉，經(jīng)中國電機工程學(xué)會組織的鑒定委員會鑒定，該成果被認(rèn)為整體達到國際領(lǐng)先水平。

目前，我國10kV配電網(wǎng)架空線路運營里程接近400萬公里，若能進一步提高避雷器安裝效率、降低制造價格，對降低線路綜合防雷成本、提升運營效益具有重要意義。

“該成果研發(fā)費用為80萬元，已獲授權(quán)發(fā)明專利10項，海外專利2項，有望打開海外市場。”黃建楊表示，團隊將進一步壓縮其生產(chǎn)成本，以期擴大應(yīng)用范圍，讓供電更加穩(wěn)定可靠。