淺談110kV輸電線路的防雷設計

摘要110kV輸電線路設計中的防雷設計是一個復雜的過程，本文在對輸電線路遭受雷擊的理論進行分析的前提下，詳細論述了110kV輸電線路的防雷設計措施。

關鍵詞輸電線路;110kV;防雷設計

中圖分類號TM72文獻標識碼A文章編號1673-9671-(2009)121-0008-01

雷電是一種常見的自然現(xiàn)象，隨著近年來我國電力工業(yè)建設和發(fā)展的逐步加速，輸電線路的覆蓋面日益增大，由于雷擊而引發(fā)的電力事故也漸漸呈上升趨勢，為電力行業(yè)的安全運行和可靠供電帶來了威脅與隱患，也給社會帶來巨大的經(jīng)濟損失。根據(jù)一項針對幾十年間國內外輸電線路故障的分析統(tǒng)計得出:在跳閘故障之中，約有50%～70%的原因來自輸電線路遭受雷擊。在110kV輸電線路設計時，尤其要注重避免由于遭受雷擊而引起事故。因此，摸清雷電活動規(guī)律，在進行110kV輸電線路設計時充分考慮多種方面的因素，選擇合適的設計方案來盡量避免雷擊事故，從而提升安全運行率和供電可靠性，是擺在我們面前的一個重要課題。本文擬結合110kV輸電線路設計來進行一些經(jīng)驗的總結和技術方法的探討。

1輸電線路遭受雷擊的理論分析

110kV輸電線路往往位于空曠的野地地區(qū)或者山區(qū)，自然條件不佳，線路距離大，屬于雷擊的高發(fā)地帶，容易發(fā)生由于雷擊而導致的絕緣子串閃絡燒毀，進而造成線路跳閘停電事故的情況。輸電線路遭受雷擊而引發(fā)事故的原理如下:如果有包含著大量電荷成分的雷云在數(shù)顯線路上空出現(xiàn)，雷云就會在地面的作用下形成強大的電場。當雷云經(jīng)過輸電線路桿塔時，由于桿塔的高度往往很高，因此能夠比較容易地破壞空氣絕緣，形成雷云向地面的放電通道，此時，強大的電流就會從空中注入電力桿塔，并經(jīng)由桿塔的頂端以電流行波的方式進行放電，并進而循著導地線向兩端以電壓行波的方式傳播。此時，強大的電流需要經(jīng)過接地電阻才能排出，而同時發(fā)生的雷擊過電壓則會完全作用在線路桿塔的絕緣子上。一旦電流的放電電壓高于絕緣子的閃絡電壓，就會在架空輸電線路上發(fā)生絕緣閃絡現(xiàn)象。一旦閃絡形成了工頻電弧，二次保護系統(tǒng)就會接受到來自電壓、電流互感器上的信號二產(chǎn)生系統(tǒng)保護動作，從而引發(fā)電力線路跳閘事故。

輸電線路防雷的思路，首先是使雷擊發(fā)生的可能性降至最低，此外，在無法避免雷擊時，應盡可能地使外絕緣上承受的過電壓降至最低。只有長期細致的觀察分析，確定輸電線路區(qū)域內頻發(fā)雷區(qū)和桿塔以及雷害性質，才能達到以上的目標，從而為線路的設計提供數(shù)據(jù)和依據(jù)。這是一項長期的艱苦的工作，需要結合多方面人員的力量和配合，最終提升所設計的數(shù)顯線路的耐雷水平，保障電網(wǎng)安全運營。

2110kV輸電線路的防雷設計

2.1選擇科學的輸電線路路徑

對輸電線路進行設計時，應使線路盡量避免處于易擊區(qū)之中。假如必須經(jīng)過易擊區(qū)，則尤其要加強對此段線路的防護工作，這樣的措施屬于避免雷電引發(fā)跳閘事故的最根本措施。許多電網(wǎng)運營部門的大量經(jīng)驗均表明，輸電線路最易遭受雷擊的地點往往屬于線路中的某些特定地區(qū)，這類地區(qū)被稱為“選擇性雷擊區(qū)”或者“易擊區(qū)”。

根據(jù)經(jīng)驗，以下的一些地區(qū)均屬于“易擊區(qū)”:一是“雷暴走廊”地區(qū)，比如順風的河谷和峽谷，以及山區(qū)風口等處;二是被山丘包圍的潮濕盆地，比如輸電線路桿塔四周的水庫、湖泊、沼澤地、魚塘等;三是一些存在土壤電阻率不連續(xù)分布的地區(qū)，比如山坡與稻田的交界區(qū)，巖石與土壤的交界區(qū)，地質斷層地帶，以及山腳下有小河的山谷等區(qū)域，在其低土壤電阻率處容易誘發(fā)雷擊;四是地下水位較高的地域以及地下有導電性礦的地域;五是桿塔所在區(qū)土層比較良好，山丘上植被較多，土壤電阻率差別比較小，這種情況下的雷擊往往發(fā)生在山的向陽坡以及突出的山頂?shù)葏^(qū)域。

2.2合理架設避雷線

110kV輸電線路防雷的有效措施還包括合理架設避雷線。避雷線可以起到防止雷直擊導線的作用。此外，避雷線的作用還包括:首先具有分流作用，可以大幅降低流經(jīng)桿塔的雷電流，也使塔頂電位下降;二是通過與輸電導線之間的耦合，使線路絕緣子的電壓在很大程度上減小了;三是導線上的感應電壓由于避雷線的導線的屏蔽作用而得到了降低。一般來講，線路的電壓的高低與采用避雷線的實際效果成正比。而且，線路電壓越高，則避雷線在線路造價中所占的比重越低。因此，在進行110kV輸電線路的設計時，應全線架設避雷線。此外，為使避雷線的屏蔽效果得到增強，應降低繞擊率以使得雷電難以繞過避雷線而直接擊中導線。同時邊導線對避雷線的保護角也不應過大，一般情況下，設計為20°-30°。為使避雷線充分發(fā)揮其保護作用，在輸電線路的每基桿塔處，均應使避雷線接地。

輸電線路的避雷線除去防雷的功能之外，還兼具做種用途，如作為載波通信的通道;以及減小潛供電流并使不對稱短路時的工頻過電壓大幅減少;還能起到降低電力線對通信線的干擾屏蔽功能。結合避雷線的不同用途，可以以兩種模式進行避雷線懸掛:一是在線路桿塔上直接懸掛避雷線，二是在避雷線與線路桿塔之間加設絕緣子。考慮到各相導線與避雷線之間的距離往往不等，其間所產(chǎn)生的互感值不一定相同，所以，及時正常條件下三相導線上存在平衡的負荷電流，避雷線上依然可能存在一個縱電動勢。假如此時將避雷線在每基桿塔均接地的話，就容易增加了線路的電能損失。結合公式可以得出，與線路長度和負荷電流的平方成正比。對于本文所涉及的110kV長30～50km輸電線路，線路的電能損失有可能超過10萬度。所以，在設計110kV輸電線路時，一般來講，推薦使用絕緣避雷線避免過多的電能損耗。此外還應強調的是，雖然避雷線是絕緣的，在雷擊發(fā)生時，由于在雷電先期放電階段，避雷線的絕緣就已被擊穿而呈現(xiàn)接地狀態(tài)，因此其防雷效果不會受到影響。

2.3加強輸電線路的絕緣水平

對于110kV輸電線路來講，其耐雷水平與絕緣水平之間為正比關系。因此，確保110kV輸電線路有合適的絕緣強度，強化零值絕緣子的檢測，能夠在很大程度上提高線路耐雷水平。在進行110kV輸電線路的設計時，應結合各類絕緣子的實際性能，對其防雷參數(shù)與特征進行分析。其中，玻璃絕緣子不易老化、耐電弧，零值自爆，自潔性能良好，再加上玻璃物質屬于質地均勻的熔融體，及時被高溫燒傷，表面仍是光滑的玻璃體，可以繼續(xù)發(fā)揮絕緣性能，因此，設計線路時應首選玻璃絕緣子。

2.4進行合理的接地設計

對于穿越山區(qū)的110kV線路來講，很多海拔的土壤電阻均大于1000歐●米，需要設計為放射形接地裝置來使桿塔的接地電阻滿足相關規(guī)定值，而射線的輻射范圍往往在幾十米。在坡度大、地形復雜的地區(qū)，也可以使用降阻劑來使接地電阻下降，此時射線的輻射范圍可以稍微降低些。根據(jù)使用經(jīng)驗，降阻劑的效果是比較顯著的。首先，它可以與金屬接地體緊密接觸，從而大幅度減少了接觸電阻;其次，由于降阻劑可以向周圍土壤滲透，在接地體周圍形成一個低電阻區(qū)域，從而降低周圍土壤電阻率。

3結束語

輸電線路的防雷設計，一定要結合本地區(qū)的地形、地貌，并參考區(qū)域內原有的輸電線路的運行經(jīng)驗與數(shù)據(jù)進行多方面的論證和比較，從而確定出合理的設計方案。應該看到，輸電線路設計中的防雷是一個復雜的過程，只有在設計的各個環(huán)節(jié)，在各相關部門的密切配合之下，才能保證設計質量，有利于工程的順利進行，減少雷擊事故，保障電網(wǎng)安全。

參考文獻

[1]國家電網(wǎng)公司東北電力設計院.電力工程高壓輸電線路設計手冊[S].

[2]國家電網(wǎng)公司生產(chǎn)技術部.2004年架空輸電線路雷擊跳閘分析報告[R].

[3]高電壓技術[M].北京:水利電力出版社.

[4]中華人民共和國電力行業(yè)標準110-500 kV架空輸電線路設計技術規(guī)程[S].

[5]中華人民共和國電力行業(yè)標準.交流電氣裝置的過電壓保護和絕緣配合[S].