一体式防雷绝缘子 为配电线路提升“免疫力”

该成果已先后在浙江、天津、山东、福建、江西等地开展应用，基于相关应用，2019年全年多增加电量销售额、节省抢修开支近5000万元。

沿着电网线路，地图上的绿点有序分布；与之配套的还有一张列表，记录着每根电线杆上的一体式防雷绝缘子运行情况……一年多来，黄建杨的手机每天会收到一份“心跳包”，用于远程掌握这一防雷设备的状态。

“历经10年产学研合作，我们研制出了第三代一体式防雷绝缘子。”近日，国网浙江诸暨市供电公司高级工程师黄建杨在接受科技日报记者采访时介绍，该绝缘子集避雷器、绝缘子功能于一身，在防雷性能、安装运维、智能监测三方面有显著提升。

根据国网浙江省电力有限公司电力科学研究院统计，以浙江为例，近年来雷击造成的配网故障占全部故障的20%以上。在雷电活动较强的地区，雷击造成的过电压，可使绝缘子发生闪络而引起接地故障，或者破坏避雷器，从而引发跳闸、停电。

黄建杨介绍，该成果已先后在浙江、天津、山东、福建、江西等地开展应用，基于相关应用，2019年全年多增加电量销售额、节省抢修开支近5000万元。在应用范围内，因雷击造成的线路停电，从之前的年均423条次下降至12条次，大幅提升了配网架空线路的防雷能力和供电可靠性，具有广阔的应用前景。

强化防护效果 组合结构一拧即可

一般而言，110千伏（kV）及以上电压等级的输电网络被称为主网，直接面向用户供电的配电网络被称为配网。如果将主网比作动脉，配网则是毛细血管，后者串联着千家万户。

“以往的观念是，配网所用的防雷装置多、杂还便宜，被雷击坏了就换。如今老百姓对供电可靠性、稳定性的要求越来越高，防雷装置也得与时俱进。”黄建杨介绍，其中，避雷器与绝缘子这两类部件，在电线杆上随处可见。传统方式下，二者彼此独立设计和生产，应用组装时需要调节间隙距离，配合默契，才能有效起到防雷作用。

大量雷电冲击和实验测试表明，以往避雷器和绝缘子放电有一定分散性。二者的间隙距离、避雷器的金具结构等要素，直接影响防雷效果。比如，间隙距离过小会降低绝缘水平；过大的话，会造成导线上电压过高，雷电不易被释放，可能击穿其他设备。

“此外，长时间运行下，防雷设备容易因导线抖动、风偏等因素引发位移、间隙距离不稳定、接线掉落等问题。”黄建杨说，将避雷器与绝缘子集成设计是一种解决方案。

20世纪90年代中期，日本科研人员循着这一思路，率先研制出一种用于6.6kV线路的内置压敏电阻针式瓷绝缘子。多年来，中国、日本等国家的科研人员在持续研发优化。

“联合团队通过一体式结构、电压分布优化控制技术等，固定了间隙距离等参数，有效提升了绝缘子雷电耐受力以及限制雷电放电路径。”黄建杨说，一体式结构更便于安装，工人原来组装一套防雷设备需要15分钟，现在只需花3分钟拧上三颗螺母即可。

截至2019年8月，这款一体式防雷绝缘子迭代至第三代，累计应用6.6万余只，其中最长挂网运行时间超过6年，经历了复杂的环境考验，均未发生雷击故障、绝缘闪络故障。

智能感应监测 雷击反馈一图查询

由于雷击电流陡度大、时间短，雷击监测数据采集困难，雷击故障点难查找，防雷装置异常无法提前预警，易造成保护失效。研发有效的智能化雷击和故障判别手段成为研究热点，比如通过弱电技术来解决雷击故障查找、识别，故障快速恢复等传统难题。

“防雷装置遭到雷击后，可能就留下一条缝甚至一个点，很难查出故障源。”黄建杨说，一旦发生雷击停电，工作人员可能得集体巡查，排查避雷器的故障。他就曾沿着一条线路查了两天两夜。国内外也尝试过相关研究，但效果很有限。

针对相关难题，联合团队设计了适用于绝缘子的内置罗氏线圈电流传感器，可对电流进行采样和计算分析，实现精准故障识别。同时，基于窄带物联网技术等，使配网架空线路防雷绝缘子具备感知连接功能，并搭建起了通信和自组网。

“自组网的应用层由管理平台及配套手机App构成，可实现海量防雷绝缘子远程监控管理。”黄建杨介绍，防雷绝缘子内置适用5G标准的NB-IOT通信模组，可将雷击次数、雷击时间与防雷绝缘子氧化锌模块状态信息上传至管理平台。在雷电不多的季节，相关信息也会每天以“心跳包”的形式上传。

为确保防雷装置稳定持续地传输状态信息，联合团队设计了“太阳能+电池”的供能方案，利用控制器判断两种供电方式的电压大小，保证时刻采用高效的供电方式。其中，电池一次充电可工作3个月。据悉，经中国电机工程学会组织的鉴定委员会鉴定，该成果被认为整体达到国际领先水平。

目前，我国10kV配电网架空线路运营里程接近400万公里，若能进一步提高避雷器安装效率、降低制造价格，对降低线路综合防雷成本、提升运营效益具有重要意义。

“该成果研发费用为80万元，已获授权发明专利10项，海外专利2项，有望打开海外市场。”黄建杨表示，团队将进一步压缩其生产成本，以期扩大应用范围，让供电更加稳定可靠。