110kV架空線(xiàn)路綜合防雷技術(shù)措施探討

鄭立功

摘? ? 要：隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展，對(duì)電力供應(yīng)需求量要求加大，電力建設(shè)穩(wěn)步推進(jìn)，110kV輸電線(xiàn)路建設(shè)項(xiàng)目增多，使得輸電網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜。同時(shí)，多數(shù)線(xiàn)路都架設(shè)在土壤電阻率高、多雷電區(qū)域，顯著提升了線(xiàn)路雷擊跳閘發(fā)生率。因此，加強(qiáng)110kV架空線(xiàn)路防雷很有必要。

關(guān)鍵詞：110kV;架空線(xiàn)路;防雷措施

1? 引言

電力系統(tǒng)安全可靠性是電力工作永恒的主題，架空輸電線(xiàn)路是電力系統(tǒng)不可或缺的部分。據(jù)統(tǒng)計(jì)，線(xiàn)路故障的一個(gè)相當(dāng)大的部分是由雷電引起的，在110kV及以上線(xiàn)路中可以達(dá)到60%到80%的比例。雷電是一種普遍現(xiàn)象，在大自然中無(wú)法躲避。輸電線(xiàn)路廣泛地分布在野外，閃電易擊中地面上凸起的物體，尤其是帶電物體。同時(shí)，線(xiàn)路的雷擊頻率與架空輸電線(xiàn)路的高度和長(zhǎng)度呈正相關(guān)的關(guān)系。即使超高壓、特高壓架空輸電線(xiàn)路的絕緣水平相對(duì)較高，雷電對(duì)輸電線(xiàn)路的威脅也是一直存在的，因雷電導(dǎo)致的跳閘仍是主要的線(xiàn)路故障，因而架空輸電線(xiàn)路防雷保護(hù)一直是人們極為關(guān)注的課題。

2? 輸電線(xiàn)路防雷保護(hù)概述

輸電線(xiàn)路由于分布面積廣易受雷擊，這是線(xiàn)路故障的客觀原因。同時(shí)，雷擊后，雷電波將沿輸電線(xiàn)路侵入變電站，輸電線(xiàn)路的絕緣水平一般高于變電站設(shè)備的絕緣水平，給變電站電力設(shè)備帶來(lái)危害。因此，應(yīng)充分注意線(xiàn)路防雷。根據(jù)過(guò)電壓的形成過(guò)程，線(xiàn)路產(chǎn)生的雷電過(guò)電壓一般可以分為兩種，一個(gè)是雷擊線(xiàn)路附近的地面，這是由電磁感應(yīng)引起的，也可以稱(chēng)為感應(yīng)雷電過(guò)電壓。另一種是線(xiàn)路上引起的雷擊過(guò)電壓。運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，直接雷擊對(duì)高壓電力系統(tǒng)的危害更有害。在工程計(jì)算中，通過(guò)防雷等級(jí)和雷擊跳閘率來(lái)測(cè)量輸電線(xiàn)路的耐雷性能和防雷效果。

3? 線(xiàn)路雷擊防護(hù)的基本原理

雷電對(duì)輸電線(xiàn)路的安全運(yùn)行極為有害，經(jīng)常引起絕緣子閃絡(luò)事故。雷電通常伴有瞬間的大風(fēng)和大雨，這時(shí)極端的風(fēng)速可能導(dǎo)致輸電導(dǎo)線(xiàn)發(fā)生擺動(dòng)震蕩，并橫向碰擊，導(dǎo)致引流線(xiàn)和導(dǎo)線(xiàn)對(duì)鐵塔進(jìn)行閃絡(luò)放電，這將導(dǎo)致輸電線(xiàn)路跳閘并且產(chǎn)生雷電危險(xiǎn)，例如絕緣子被擊穿。線(xiàn)路雷擊防護(hù)的基本原理是通過(guò)合理、有效的手段將雷電流的能量盡可能的引入到大地，其基本思路是疏導(dǎo)而不是堵雷更不是消雷，這才符合能量守恒定律。

4? 架空路線(xiàn)雷擊的原因

通常電網(wǎng)線(xiàn)路都是架設(shè)在露天區(qū)域，如果遭遇雷電等極端惡劣天氣，將會(huì)出現(xiàn)電網(wǎng)線(xiàn)路雷擊故障，影響線(xiàn)路的安全運(yùn)行。導(dǎo)致線(xiàn)路出現(xiàn)雷擊故障的原因具體如下。

（1）安全技術(shù)不到位。多數(shù)架空路線(xiàn)配電設(shè)備未按照規(guī)定安裝對(duì)應(yīng)防雷裝置。部分配電線(xiàn)路在設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)未按照地區(qū)實(shí)際特點(diǎn)采用針對(duì)性的防雷措施，少數(shù)配電線(xiàn)路仍使用閥式避雷器。

（2）桿塔和架空地線(xiàn)安全隱患。部分主網(wǎng)線(xiàn)路水泥桿主要是利用內(nèi)部鋼芯接地，當(dāng)雷電流通過(guò)桿內(nèi)鋼芯時(shí)會(huì)導(dǎo)致水泥桿爆裂，特別是表面風(fēng)化嚴(yán)重的電線(xiàn)桿。部分線(xiàn)路的保護(hù)角設(shè)計(jì)不合理，極大地影響繞擊。例如，某多雷電區(qū)域，設(shè)置保護(hù)角時(shí)，不滿(mǎn)足110kV輸電線(xiàn)路雙避雷線(xiàn)保護(hù)角小于20°要求。

（3）絕緣子安全隱患。對(duì)于多雷電地區(qū)，還存在合成絕緣子安全隱患。多數(shù)地區(qū)在選擇絕緣子型號(hào)時(shí)比較注重絕緣子的維護(hù)指標(biāo)和檢測(cè)指標(biāo)，導(dǎo)致主網(wǎng)線(xiàn)路在多雷區(qū)域使用大量合成絕緣子。該類(lèi)絕緣子兩端均壓環(huán)短接空氣間隙，絕緣子耐雷水平明顯低于同等高度的瓷絕緣子。按照規(guī)定可知，合成絕緣子不適用于雷擊多發(fā)區(qū)域。

（4）絕緣導(dǎo)線(xiàn)安全隱患。部分配電網(wǎng)使用的絕緣導(dǎo)線(xiàn)存在安全隱患。我國(guó)110kV配電線(xiàn)路基本都采用架空絕緣導(dǎo)線(xiàn)。由于架空絕緣導(dǎo)線(xiàn)與傳統(tǒng)線(xiàn)路的防雷措施無(wú)差異，導(dǎo)致雷電傷害后多條饋線(xiàn)出現(xiàn)斷路器跳閘問(wèn)題，進(jìn)而引發(fā)雷擊絕緣線(xiàn)斷線(xiàn)安全事故。為使裸導(dǎo)線(xiàn)線(xiàn)路避雷器安裝便利，將避雷器直接安裝在易發(fā)生雷擊傷害的部位，但也降低了傳統(tǒng)線(xiàn)路的防雷能力。使用絕緣導(dǎo)線(xiàn)后，避雷器只能安裝在斷路器兩側(cè)隔離開(kāi)關(guān)和配電變壓器等部位，其他部位無(wú)法安裝避雷器，降低了線(xiàn)路的防雷能力。此外，由于絕緣導(dǎo)線(xiàn)無(wú)裸露部位，安裝時(shí)必須剝離絕緣層，降低了線(xiàn)路的防雷能力。

（5）架設(shè)環(huán)境影響。線(xiàn)路運(yùn)行期間面臨雷電天氣，極易產(chǎn)生雷擊故障。由于雷電天氣的發(fā)生場(chǎng)所不固定，因此無(wú)法采取有效措施進(jìn)行預(yù)防。特別是地形地質(zhì)復(fù)雜地區(qū)，雷電天氣的雷擊發(fā)生率較高。線(xiàn)路運(yùn)行期間一旦發(fā)生雷電天氣，都會(huì)對(duì)電網(wǎng)線(xiàn)路產(chǎn)生不同程度的影響，進(jìn)而導(dǎo)致無(wú)法正常供電。

5? 110kV架空線(xiàn)路綜合防雷技術(shù)

（1）提升架空線(xiàn)路絕緣水平。按照相關(guān)規(guī)定，地區(qū)海拔低于1km，架空線(xiàn)路懸垂絕緣子串中的絕緣子數(shù)量為8片。若全線(xiàn)高度大于38m且屬于大跨越檔距的線(xiàn)路，則需按照高度增加絕緣子。為降低架空線(xiàn)路雷擊傷害，需在路線(xiàn)易受雷電侵害的部位配置絕緣子。對(duì)于多次遭受雷擊傷害的桿塔，則需適當(dāng)增加絕緣子數(shù)量，以顯著提升架空線(xiàn)路絕緣能力。此外，按照工程實(shí)際情況適當(dāng)增加耐張桿塔絕緣子數(shù)量。若線(xiàn)路布設(shè)在山頂，則應(yīng)增加2片絕緣子，以提高桿塔耐雷水平，提升線(xiàn)路運(yùn)行安全性。

（2）設(shè)置引雷塔。在線(xiàn)路集中部位和雷擊事故率較高的部位設(shè)置引雷塔，并將其作為綜合防雷措施的核心構(gòu)件。引雷塔應(yīng)用原理為引雷消雷擊，可通過(guò)塔頂放電避雷針將強(qiáng)雷電所產(chǎn)生的電流向下釋放，并使用消雷裝置將雷電流釋放到地面，可確保110kV電流輸電線(xiàn)路的安全。

（3）優(yōu)化改善接地裝置。維護(hù)架空線(xiàn)路期間，應(yīng)注重優(yōu)化改善接地裝置，以顯著降低雷擊跳閘率，尤其是環(huán)境惡劣地區(qū)。優(yōu)化改善接地裝置的措施主要包括兩種。第一，降低接地電阻。利用水平外延接地裝置減少桿塔接地電阻，全面提高架空線(xiàn)路防雷水平。對(duì)于高土壤電阻率地區(qū)，則應(yīng)垂直布設(shè)接地極，以改善表面干燥土壤接地不良問(wèn)題。對(duì)于水泥桿塔線(xiàn)路，需在距離桿塔4m處布設(shè)垂直接地極。第二，增加耦合系數(shù)。按照雷擊閃絡(luò)反擊原理，可通過(guò)接地電阻和增加耦合系數(shù)等方式提高線(xiàn)路耐雷水平。為增加耦合系數(shù)，可使用增加耦合地線(xiàn)和布設(shè)架空地線(xiàn)等方式。然而在雷擊傷害期間存在穩(wěn)態(tài)電磁感應(yīng)和暫態(tài)行波過(guò)程，所以需使用桿塔接地射線(xiàn)方式改善接地裝置分布情況，以增加耦合系數(shù)。

（4）減小線(xiàn)路保護(hù)角。為降低架空路線(xiàn)繞擊跳閘率，可采用減少保護(hù)角的方式。對(duì)于運(yùn)行線(xiàn)路，減小保護(hù)角處理措施的可行性較差，尤其是位于山區(qū)的線(xiàn)路桿塔，在處理期間會(huì)受到塔頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等影響，無(wú)法全面降低保護(hù)角。此外，采用減少保護(hù)角處理措施還會(huì)增大經(jīng)濟(jì)投資。因此，工程施工期間需合理選擇線(xiàn)路保護(hù)角，以確保線(xiàn)路運(yùn)行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

（5）架設(shè)避雷線(xiàn)和避雷器。輸電線(xiàn)路中架設(shè)避雷線(xiàn)可起到防雷保護(hù)作用。避雷線(xiàn)可避免雷直擊導(dǎo)線(xiàn)，且具有一定分流作用，有效降低桿塔雷電流和塔頂電位。對(duì)導(dǎo)線(xiàn)進(jìn)行耦合處理后能降低線(xiàn)路絕緣子電壓，還可降低導(dǎo)線(xiàn)感應(yīng)過(guò)電壓。通常線(xiàn)路電壓越高，使用避雷線(xiàn)的效果越顯著，且避雷線(xiàn)在線(xiàn)路工程造價(jià)中具有較高經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)架空線(xiàn)路布設(shè)條件可知，110kV電壓等級(jí)輸電線(xiàn)路需全線(xiàn)架設(shè)避雷線(xiàn)。此外，在110kV電壓等級(jí)輸電線(xiàn)路中安裝氧化鋅避雷器能顯著提升耐雷水平，減少線(xiàn)路反擊和繞擊事故跳閘率。

對(duì)于110kV線(xiàn)路，工程規(guī)劃設(shè)計(jì)初期需明確避雷問(wèn)題。根據(jù)工程實(shí)際情況合理選擇滿(mǎn)足施工要求的接地網(wǎng)。設(shè)計(jì)避雷防護(hù)方案時(shí)，需全面考慮線(xiàn)路遭受雷擊傷害后的活動(dòng)情況，注重桿塔土壤電阻率和避雷設(shè)計(jì)功能問(wèn)題。設(shè)計(jì)避雷裝置時(shí)，應(yīng)深入調(diào)查和分析雷電活動(dòng)區(qū)域的地形特點(diǎn)，并聯(lián)合高壓送電線(xiàn)路的運(yùn)行實(shí)況，以有效減少雷電對(duì)線(xiàn)路造成的影響，全面提升線(xiàn)路耐雷水平，確保線(xiàn)路安全穩(wěn)定運(yùn)行。

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