110kV架空輸電線路工程設(shè)計(jì)中的防雷保護(hù)間隙問題探討

王義元 孫 成 李 晨 許曉明

（國(guó)網(wǎng)青島供電公司，山東 青島266002）

1 在110kV架空輸電線路工程中設(shè)計(jì)防雷保護(hù)間隙的重要意義

國(guó)家電網(wǎng)公司近幾年來的調(diào)查統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)結(jié)果顯示，52%～63%的輸電線路故障均是由雷擊引起的，換言之，雷電災(zāi)害現(xiàn)已成為導(dǎo)致輸電線路故障的主要原因，特別是地處山區(qū)和高原的架空輸電線路，因受到地理和氣候等因素的影響，其故障多數(shù)都是雷擊跳閘所致。故此，做好輸電線路防雷工作已經(jīng)刻不容緩。經(jīng)過多年的探索，國(guó)內(nèi)的電力部門在輸電線路的防雷上已經(jīng)形成了一套完善的技術(shù)體系，如架設(shè)避雷線、降低接地電阻、加裝自動(dòng)重合閘裝置等。然而，部分架空輸電線路所處的地理位置比較特殊，如山區(qū)、曠野、高原等，因地形地勢(shì)較為復(fù)雜，加之雷電活動(dòng)比較頻繁，這些地方的輸電線路極易遭受雷電侵襲，僅以常規(guī)的防雷措施很難達(dá)到預(yù)期的保護(hù)效果。

工程實(shí)踐表明，雖然常規(guī)的防雷措施能在一般情況下對(duì)輸電線路起到保護(hù)作用，但對(duì)于一些地理?xiàng)l件比較特殊的區(qū)域，如山區(qū)、高原、雷電多發(fā)區(qū)等，保護(hù)效果便會(huì)大打折扣。例如，架設(shè)避雷線可以有效防止繞擊雷，并降低反擊過電壓，但在山區(qū)和雷電多發(fā)區(qū)，因地形的影響，避雷線常常會(huì)失去應(yīng)有的作用，無法有效防止繞擊雷的發(fā)生，并且我國(guó)對(duì)于110kV以下等級(jí)的輸電線路一般只架設(shè)一根避雷線或不架設(shè)避雷線。此外，部分地區(qū)由于受經(jīng)濟(jì)條件的限制，很難實(shí)現(xiàn)大范圍安裝線路避雷器。在這一背景下，研究符合我國(guó)國(guó)情的防雷保護(hù)裝置尤為必要。

防雷保護(hù)間隙作為新型防雷裝置，其能夠方便地安裝在輸電線路的絕緣子串兩端，當(dāng)雷電侵襲線路時(shí)，它在系統(tǒng)中可以與自動(dòng)重合閘聯(lián)合作用，將雷電流及時(shí)接地，從而確保線路穩(wěn)定運(yùn)行，保證對(duì)用戶不間斷供電。最為重要的是，防雷保護(hù)間隙不會(huì)受應(yīng)用場(chǎng)合限制，在山區(qū)、高原以及雷電多發(fā)區(qū)，其均能發(fā)揮出應(yīng)有的作用。鑒于此，在110kV架空輸電線路工程設(shè)計(jì)中應(yīng)用防雷保護(hù)間隙對(duì)提高線路的防雷能力具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

2 防雷保護(hù)間隙在110kV架空輸電線路工程設(shè)計(jì)中的應(yīng)用

就110kV架空輸電線路工程而言，其多建設(shè)在曠野之上，此類工程的特點(diǎn)是線路距離長(zhǎng)，從而易遭受雷擊。一旦輸電線路遭到雷擊，便會(huì)引起過電壓，由此導(dǎo)致絕緣子串閃絡(luò)燒毀以及線路跳閘大范圍停電等事故。雖然在輸電線路工程建設(shè)中也采取了一些防雷保護(hù)措施，但由于受地理?xiàng)l件的影響，這些措施并未有效發(fā)揮作用。針對(duì)這一情況，可在110kV架空輸電線路工程建設(shè)中，采用結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于維護(hù)的防雷保護(hù)間隙，將之安裝在絕緣子串兩端，以防止絕緣子串遭雷擊后閃絡(luò)燒毀，確保線路穩(wěn)定運(yùn)行。

2.1 防雷保護(hù)間隙設(shè)計(jì)的基本要求

（1）當(dāng)線路遭受雷擊時(shí)，防雷保護(hù)間隙應(yīng)先于絕緣子串放電，并引雷電流入大地，確保絕緣子串和線路的安全。

（2）防雷保護(hù)間隙與輸電線路絕緣之間的配合應(yīng)確保在線路最大操作過電壓的情況下不被擊穿，且不會(huì)導(dǎo)致線路本身絕緣水平下降。

（3）因110kV架空輸電線路的絕緣子串相對(duì)較長(zhǎng)，故應(yīng)重點(diǎn)考慮由于雜散電容引起的絕緣子串電壓分布不均勻的問題，具體而言，就是要求防雷保護(hù)間隙對(duì)絕緣子串具有均壓的作用，這樣可以使電暈產(chǎn)生的可能性大幅度降低。

2.2 防雷保護(hù)間隙的形式及選材

2.2.1 防雷保護(hù)間隙的形式

在110kV架空輸電線路工程建設(shè)中，常用的防雷保護(hù)間隙形式有以下2種：（1）棒形保護(hù)間隙。用圓鋼（直徑為28mm）制成棒形電極2個(gè)，使2個(gè)棒形電極相對(duì)，形成放電間隙。在棒形電極端部安裝2個(gè)金屬球（直徑為38mm），以防間隙放電時(shí)對(duì)棒形電極端造成燒傷。由于這種做法仍然無法在電壓等級(jí)較高的情況下確保棒形間隙不被燒傷，該形式保護(hù)間隙較適用于220kV以下的輸電線路工程防雷設(shè)計(jì)。（2）環(huán)形保護(hù)間隙。用圓鋼（直徑為28mm）彎曲制成兩環(huán)，使兩環(huán)保持一定距離相對(duì)，形成放電間隙。對(duì)于絕緣子串而言，這種形式的保護(hù)間隙具有均壓作用。根據(jù)110kV架空輸電線路防雷保護(hù)間隙的總體設(shè)計(jì)要求，本文設(shè)計(jì)了一款防雷保護(hù)間隙，其在不同過電壓等級(jí)下最大保護(hù)距離如表1所示。

表1 不同過電壓等級(jí)下防雷保護(hù)間隙的最大保護(hù)距離

2.2.2 防雷保護(hù)間隙的材料選擇

在制造防雷保護(hù)間隙的所有材料中，鍍鋅鋼是最為合適的一種。鑒于此，本文所提出的防雷保護(hù)間隙也采用鍍鋅鋼作為制造材料，其由?28mm的圓鋼支撐，兩端分別張開712mm，引弧端頭間的距離由保護(hù)間隙與絕緣子串的絕緣配合確定。

2.3 防雷保護(hù)間隙的安裝

在對(duì)防雷保護(hù)間隙進(jìn)行安裝時(shí)，可將其分為線路側(cè)和橫擔(dān)側(cè)兩個(gè)部分，分別安裝在球頭掛環(huán)和碗頭掛板的位置，這種安裝方法適用于單懸垂串和耐張串。若是需要在多串懸垂和耐張串兩側(cè)安裝，則將防雷保護(hù)裝置安裝在絕緣子串的聯(lián)板上即可。

2.4 保護(hù)間隙與絕緣子串之間的配合

2.4.1 雷電沖擊過電壓下的配合

本文涉及的110kV架空輸電線路采用7片XP－7型盤形懸式絕緣子，組成長(zhǎng)為1 022mm的絕緣子串，在雷電沖擊為50%的前提下，它的放電電壓約為700kV。根據(jù)輸電線路工程設(shè)計(jì)的基本要求，在防雷保護(hù)間隙雷電沖擊為50%的情況下，其放電電壓必須≤584.5kV。按照防雷保護(hù)間隙標(biāo)準(zhǔn)，雷電沖擊擊穿電壓與保護(hù)間隙距離之間的關(guān)系為U50%＝550 H＋80，對(duì)該輸電線路工程中的絕緣配合間隙距離進(jìn)行計(jì)算，即雷電沖擊過電壓U50%為584.5kV時(shí)，絕緣配合的間隙距離H為917mm。根據(jù)計(jì)算結(jié)果可知，只有在保護(hù)間隙2個(gè)引弧端頭之間的間隙距離≤917mm的情況下，才能確保雷擊時(shí)保護(hù)間隙先放電。

2.4.2 操作過電壓下的配合

DL／T620規(guī)程中對(duì)操作過電壓進(jìn)行絕緣配合的最大值有明確規(guī)定，即110kV架空輸電線路的合閘及重合閘過電壓不得超過線路最高運(yùn)行相電壓的3倍。鑒于此，110kV系統(tǒng)的絕緣配合，最大操作過電壓可以取3倍線路最大運(yùn)行相電壓，即363kV。而防雷保護(hù)間隙的操作沖擊50%放電電壓則應(yīng)超過363kV，這樣才能滿足設(shè)計(jì)要求。根據(jù)棒—棒間隙的關(guān)系曲線，可查得與防雷保護(hù)間隙363kV放電電壓相對(duì)應(yīng)的間隙距離為616mm，這一數(shù)值就是防雷保護(hù)間隙與絕緣子串在操作過電壓下的配合距離。

3 結(jié)語

綜上所述，在110kV架空輸電線路工程建設(shè)中，為了減少或杜絕雷擊引起的故障問題，可在線路建設(shè)時(shí)合理應(yīng)用防雷保護(hù)間隙，這樣不但能夠提升線路的防雷能力，而且還能降低故障的發(fā)生幾率，有助于確保輸電線路安全、穩(wěn)定、可靠運(yùn)行。未來一段時(shí)期應(yīng)當(dāng)重點(diǎn)加大對(duì)防雷保護(hù)間隙相關(guān)方面的研究力度，在現(xiàn)有基礎(chǔ)上不斷進(jìn)行改進(jìn)和完善，使其能夠更好地為輸電線路工程建設(shè)服務(wù)，這對(duì)于促進(jìn)我國(guó)電力事業(yè)的發(fā)展具有非常重要的現(xiàn)實(shí)意義。

［1］羅真海.110kV架空輸電線路復(fù)合絕緣子并聯(lián)間隙防雷保護(hù)研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2010（12）

［2］陳錫陽.110kV輸電線路并聯(lián)間隙防雷裝置的設(shè)計(jì)與運(yùn)行［J］.電力建設(shè)，2011（12）

［3］魏巍.基于全壽命周期理論的某輸電線路工程防雷優(yōu)化設(shè)計(jì)［D］.華北電力大學(xué)，2012

［4］葉軒.高海拔110kV輸電線路絕緣子串與并聯(lián)間隙雷電沖擊絕緣配合研究［J］.中國(guó)電機(jī)工程學(xué)報(bào)，2012（4）

［5］劉毅東.淺談110kV架空輸電線路防雷措施及在實(shí)際工程中的應(yīng)用［J］.科技視界，2013（6）