110kV輸電線路防雷與接地電阻的設(shè)計(jì)研究

王恒康 趙宇欣

摘 要：110kV輸電線路在整個(gè)電力系統(tǒng)運(yùn)行中占有著重要地位，其桿塔接地層面的防雷能力直接關(guān)系著電力運(yùn)行的穩(wěn)定性和安全性，防雷設(shè)計(jì)是110kV輸電線路設(shè)計(jì)施工的重要內(nèi)容，防雷在其運(yùn)行管理中占據(jù)關(guān)鍵地位。本文將以110kV輸電線路防雷的必要性分析為切入點(diǎn)，總結(jié)雷擊事故發(fā)生的原因，并找尋避雷設(shè)計(jì)的思路，探討110kV輸電線路防雷技術(shù)及防雷的有效措施，旨在于110kV輸電線路安全運(yùn)行過(guò)程中發(fā)揮出重要作用。

關(guān)鍵詞：110kV 輸電線路 防雷 接地電阻

中圖分類號(hào)：TM86 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1672-3791（2018）01（a）-0025-02

1 110kV輸電線路防雷的必要性分析

110kV輸電線路在電力資源運(yùn)行中發(fā)揮中關(guān)鍵作用，其中包括電能轉(zhuǎn)化、區(qū)域性電能輸送等，因此電能使用者對(duì)輸電線路的關(guān)注焦點(diǎn)集中在輸電的可靠性、安全性以及輸配電能的穩(wěn)定性上，電網(wǎng)工作人員應(yīng)積極處理或及時(shí)排除威脅110kV輸電線路穩(wěn)定運(yùn)行的影響因素，有資料統(tǒng)計(jì)顯示分析發(fā)現(xiàn)，在眾多不利因素中雷擊跳閘危害程度最大，也和很多其他因素緊密相關(guān)，在目前電力行業(yè)技術(shù)發(fā)展背景下，110kV輸電線路的安全運(yùn)行及性能發(fā)揮仍常受自然環(huán)境制約，由于電網(wǎng)寬而廣，線路難免遭受雷擊損害，也有較多選址處于雷擊事故高發(fā)地，常發(fā)生線路部件燒毀、損壞等現(xiàn)象，進(jìn)而發(fā)生跳閘，因此總的來(lái)說(shuō)使用并發(fā)展110kV輸電線路防雷有著極強(qiáng)的必要性。

2 探討雷擊事故發(fā)生原因

2.1 雷電反擊事故

當(dāng)雷電襲擊線路桿塔后會(huì)發(fā)生雷電反擊傷害，這一狀況發(fā)生主要和電阻、桿塔所處地形等因素有關(guān)，110kV輸電線路覆蓋面廣，其中尤其是山區(qū)環(huán)境難以避免要在復(fù)雜條件下搭建桿塔，接地條件、施工條件及土壤選擇等多個(gè)方面都存在一定的局限性，這也同時(shí)造就了雷擊事故常發(fā)生的外在環(huán)境，譬如河流、山谷、山溝等地域，輸電線路跨越度大，就成為了雷電襲擊的密集地。所謂雷電反擊指的是輸電線路桿塔塔頂電位超出線路絕緣能力的一半以上，這時(shí)絕緣子將接受擊穿性放電，這一現(xiàn)象是雷擊事故發(fā)生的主要機(jī)理，其中雷擊后電流大小和相鄰檔距、桿塔電感等因素有著緊密關(guān)聯(lián)。

2.2 雷電繞擊

當(dāng)前我國(guó)很多地區(qū)110kV輸電線路已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全線段雷電保護(hù)，使雷擊事件發(fā)生率有減少，但一些復(fù)雜地形條件下仍不可避免出現(xiàn)雷電損害現(xiàn)象，其中包含雷電繞擊事故，這種狀況發(fā)生的影響因素有地勢(shì)、單線避雷針選擇等，山頂、峽谷谷口、山谷暴風(fēng)走向線路及桿塔，這些特殊地域常發(fā)生避雷保護(hù)失效情況，多發(fā)生雷電繞擊事故。

除以上常見(jiàn)的兩種雷擊機(jī)理外，雷電導(dǎo)致輸電線路故障跳閘的原因還有接地電阻選址、線路設(shè)計(jì)規(guī)劃、線路避雷器、耦合地線等條件因素影響。

3 避雷設(shè)計(jì)思路

以110kV輸電線路遭受雷擊原因和雷電事故發(fā)生的機(jī)理為基礎(chǔ)，要想盡可能降低雷擊事件發(fā)生率，必須依賴于先進(jìn)的線路防雷技術(shù)與有效防雷處理措施。避雷及接地電阻設(shè)計(jì)思路、原則主要體現(xiàn)在以下幾方面。

（1）盡量提升輸電線路桿塔接地電阻輸電線路雷擊保護(hù)能力和線路桿塔接地電阻數(shù)值有直接關(guān)系，有線路耐雷擊對(duì)比表資料顯示，當(dāng)工頻接地電阻值為8Ω、相應(yīng)沖擊接地電阻值為6Ω，雷擊桿塔時(shí)耐雷水平為56.81kA；依次隨著工頻接地電阻值的增加，當(dāng)其為120Ω、相應(yīng)沖擊接地電阻值為90Ω，雷擊桿塔時(shí)耐雷水平為9.08kA，可知接地電阻越高，耐雷擊水平就會(huì)降低，數(shù)據(jù)顯示若110kV輸電線路桿塔接地電阻增幅為80%，其耐雷水平跟著將降低130%。我國(guó)目前一些地區(qū)線路桿塔所處位置接地電阻值高，因此防雷效果不理想。（2）避雷線路數(shù)量接地電阻相同的狀況下，保護(hù)線路不同會(huì)得到不同的防雷效果，雙避雷線模式的出現(xiàn)為110kV輸電線路施工提供了增加避雷效果的選擇。（3）線路避雷器雷擊桿塔頂若線路上安裝了避雷器，這一裝置雷擊后產(chǎn)生作用，將電流分向避雷線兩端，如此可保護(hù)桿塔，盡可能降低雷擊的損害程度。

4 110kV輸電線路防雷技術(shù)及措施

4.1 110kV輸電線路防雷技術(shù)

（1）接地電阻設(shè)計(jì)由于110kV輸電線路覆蓋面廣，為降低其施工成本，接地電阻方面施工隊(duì)伍工作人員可盡可能降低桿塔接地電阻的存量，這樣既節(jié)約成本，也能達(dá)到較好的避雷效果。桿塔周圍接地電阻降低，雷擊桿塔頂后電位上升幅度不會(huì)太大，因此輸電線路絕緣子就能保護(hù)，使其避免發(fā)生損壞現(xiàn)象，提升了輸電線路耐雷擊水平，進(jìn)而大大降低雷擊跳閘事件的發(fā)生。另外線路設(shè)計(jì)、施工及維護(hù)過(guò)程中，電網(wǎng)技術(shù)人員可根據(jù)土壤實(shí)際情況，指導(dǎo)調(diào)節(jié)接地電極深度和大小，來(lái)盡可能降低土壤天然電阻率，常見(jiàn)方法有改變接地體角度、降阻劑選擇合理、接地模塊使用等，尤其是山區(qū)環(huán)境更應(yīng)注意線路搭設(shè)、規(guī)劃路線等，從設(shè)計(jì)上就開(kāi)始源頭性地減少線路維護(hù)成本，降低雷擊事故發(fā)生率。（2）雙避雷線同負(fù)保護(hù)角的設(shè)計(jì)110kV輸電線路防止雷擊的重要手段還有設(shè)計(jì)施工時(shí)選擇雙避雷線，應(yīng)用這一模式需要注意的技術(shù)要點(diǎn)包含以下幾點(diǎn)：避雷線和導(dǎo)線之間的距離要提前就地預(yù)估測(cè)量并做好合理設(shè)計(jì)，盡可能拉遠(yuǎn)這兩者間的水平距，保護(hù)角減小，地線和導(dǎo)線之間存在一定距離，通常情況下避雷線和導(dǎo)線實(shí)際距離是地線和導(dǎo)線距離的3～5倍；導(dǎo)線向內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)移，負(fù)保護(hù)角處理辦法能避免基礎(chǔ)壓力、桿塔自重所帶來(lái)的負(fù)荷；規(guī)避或取消輸電走廊，更具條件設(shè)置密集輸電線路，根據(jù)當(dāng)前技術(shù)水平及預(yù)算成本則優(yōu)方案。

4.2 110kV輸電線路關(guān)鍵的防雷措施

（1）保證設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)及方法的準(zhǔn)確性，盡可能降低桿塔接地電阻設(shè)計(jì)前對(duì)輸電線路所到地域?qū)嵤?shí)地測(cè)量，多方式、多次數(shù)測(cè)量，從源頭降低設(shè)計(jì)誤差和不良設(shè)計(jì)方案。除上文提到盡量降低接地電阻阻值率方法外，常用的方式還有使用降阻劑、填充降阻物質(zhì)、地級(jí)深埋等。（2）設(shè)計(jì)布局輸電線路以保證其合理性合理的輸電線路分布應(yīng)盡量避開(kāi)雷擊高發(fā)地，良好處理“選擇性雷擊區(qū)”，規(guī)律雷擊集中特點(diǎn)有以下幾點(diǎn)參考：“雷暴走廊”，即峽谷順風(fēng)口、河谷山區(qū)迎風(fēng)口等；沼澤、湖泊、水庫(kù)等潮濕地區(qū)；當(dāng)?shù)赝寥捞烊浑娮杪实停蚍植疾痪虿贿B續(xù)地域，如石、土交界處，山、田交界處等。這些地方尤其需要注意線路的設(shè)計(jì)和雷擊的預(yù)防。（3）增加架空線里的耦合地線數(shù)量耦合地線在供電系統(tǒng)所起到的重要作用是降低線路反擊跳閘和雷電繞擊事件發(fā)生率，增加其數(shù)量能提升線路耐雷水平，減少跳閘的可能。（4）安裝可以控制的放電避雷針裝置，安上自動(dòng)重合裝置減少雷電繞擊的主要方式之一即加大線路保護(hù)角，隨著科學(xué)的進(jìn)步與發(fā)展，也可通過(guò)裝置設(shè)備來(lái)提升雷電防護(hù)能力；一些閃絡(luò)性跳閘事故可通過(guò)自動(dòng)重合裝置來(lái)處理，以及時(shí)保證正常供電。（5）提升110kV輸電線路絕緣水平，施工驗(yàn)收時(shí)重視絕緣子部件配置。除上述措施，還應(yīng)注意線路驗(yàn)收工作，行好后期維護(hù)工作。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，電力系統(tǒng)發(fā)生故障的主要原因是輸電線路故障，當(dāng)前我國(guó)電力事業(yè)正在穩(wěn)步發(fā)展，其中輸電線路特別是110kV輸電線路覆蓋面呈現(xiàn)出顯著發(fā)展勢(shì)態(tài)，雷電是常見(jiàn)的自然現(xiàn)象之一，它是影響輸電線路故障的主要因素，隨著110kV輸電線路面的拓寬，雷擊導(dǎo)致線路安全運(yùn)行事故發(fā)生的概率也跟著提升，影響著社會(huì)、經(jīng)濟(jì)雙效益的增長(zhǎng)，因此作為電力行業(yè)工作人員應(yīng)積極尋找降低雷擊跳閘事件發(fā)生率的有效措施，良好合理設(shè)計(jì)接地電阻，研究并應(yīng)用可靠安全的防雷技術(shù)，以保證人們正常生產(chǎn)生活不受或少受影響。

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