一體式防雷絕緣子為配電線路提升“免疫力”

5000萬元

該成果已先後在浙江、天津、山東、福建、江西等地開展應用，基於相關應用，2019年全年多增加電量銷售額、節省搶修開支近5000萬元。

沿著電網線路，地圖上的綠點有序分佈；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作情況……一年多來，黃建楊的手機每天會收到一份“心跳包”，用於遠端掌握這一防雷設備的狀態。

“歷經10年産學研合作，我們研製出了第三代一體式防雷絕緣子。”近日，國網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採訪時介紹，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、智慧監測三方面有顯著提升。

根據國網浙江省電力有限公司電力科學研究院統計，以浙江為例，近年來雷擊造成的配網故障佔全部故障的20%以上。在雷電活動較強的地區，雷擊造成的過電壓，可使絕緣子發生閃絡而引起接地故障，或者破壞避雷器，從而引發跳閘、停電。

黃建楊介紹，該成果已先後在浙江、天津、山東、福建、江西等地開展應用，基於相關應用，2019年全年多增加電量銷售額、節省搶修開支近5000萬元。在應用範圍內，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，大幅提升了配網架空線路的防雷能力和供電可靠性，具有廣闊的應用前景。

強化防護效果 組合結構一擰即可

一般而言，110千伏（kV）及以上電壓等級的輸電網路被稱為主網，直接面向用戶供電的配電網路被稱為配網。如果將主網比作動脈，配網則是毛細血管，後者串聯著千家萬戶。

“以往的觀念是，配網所用的防雷裝置多、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。傳統方式下，二者彼此獨立設計和生産，應用組裝時需要調節間隙距離，配合默契，才能有效起到防雷作用。

大量雷電衝擊和實驗測試表明，以往避雷器和絕緣子放電有一定分散性。二者的間隙距離、避雷器的金具結構等要素，直接影響防雷效果。比如，間隙距離過小會降低絕緣水準；過大的話，會造成導線上電壓過高，雷電不易被釋放，可能擊穿其他設備。

“此外，長時間運作下，防雷設備容易因導線抖動、風偏等因素引發位移、間隙距離不穩定、接線掉落等問題。”黃建楊説，將避雷器與絕緣子整合設計是一種解決方案。

20世紀90年代中期，日本科研人員循著這一思路，率先研製出一種用於6.6kV線路的內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研發優化。

“聯合團隊通過一體式結構、電壓分佈優化控制技術等，固定了間隙距離等參數，有效提升了絕緣子雷電耐受力以及限制雷電放電路徑。”黃建楊説，一體式結構更便於安裝，工人原來組裝一套防雷設備需要15分鐘，現在只需花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，累計應用6.6萬餘只，其中最長挂網運作時間超過6年，經歷了複雜的環境考驗，均未發生雷擊故障、絕緣閃絡故障。

智慧感應監測 雷擊反饋一圖查詢

由於雷擊電流陡度大、時間短，雷擊監測數據採集困難，雷擊故障點難搜尋，防雷裝置異常無法提前預警，易造成保護失效。研發有效的智慧化雷擊和故障判別手段成為研究熱點，比如通過弱電技術來解決雷擊故障搜尋、識別，故障快速恢復等傳統難題。

“防雷裝置遭到雷擊後，可能就留下一條縫甚至一個點，很難查出故障源。”黃建楊説，一旦發生雷擊停電，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。國內外也嘗試過相關研究，但效果很有限。

針對相關難題，聯合團隊設計了適用於絕緣子的內置羅氏線圈電流感測器，可對電流進行採樣和計算分析，實現精準故障識別。同時，基於窄帶物聯網技術等，使配網架空線路防雷絕緣子具備感知連接功能，並搭建起了通信和自組網。

“自組網的應用層由管理平臺及配套手機App構成，可實現海量防雷絕緣子遠端監控管理。”黃建楊介紹，防雷絕緣子內置適用5G標準的NB-IOT通信模組，可將雷擊次數、雷擊時間與防雷絕緣子氧化鋅模組狀態資訊上傳至管理平臺。在雷電不多的季節，相關資訊也會每天以“心跳包”的形式上傳。

為確保防雷裝置穩定持續地傳輸狀態資訊，聯合團隊設計了“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，保證時刻採用高效的供電方式。其中，電池一次充電可工作3個月。據悉，經中國電機工程學會組織的鑒定委員會鑒定，該成果被認為整體達到國際領先水準。

目前，我國10kV配電網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、降低製造價格，對降低線路綜合防雷成本、提升運營效益具有重要意義。

“該成果研發費用為80萬元，已獲授權發明專利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産成本，以期擴大應用範圍，讓供電更加穩定可靠。