架空輸電線路的防雷設計探討

何兵

中國電建集團貴州電力設計研究院有限公司 貴州貴陽 550000

1 輸電線路系統(tǒng)的防雷設計

在電力系統(tǒng)發(fā)生的輸電線路故障中，大部分故障都來源于雷擊跳閘，尤其是在雷電的多發(fā)地段，基本上所有的事故都是由雷擊引起的。例如在山區(qū)，輸電線路隨著山勢的起伏較大，輸電線路所涉及的路線垂直高度落差較大，冷暖空氣更易交匯，空氣對流現(xiàn)象頻繁，雷電活躍多發(fā)，所以，在線路的初步設計中，就要考慮到防雷設計，明確其重要性[1]。

2 防雷技術措施

2.1 加強架空線路的絕緣水平

在電力系統(tǒng)的輸電線路建設中，在架空輸電線路的絕緣問題上有明確的規(guī)定：對于海拔不到1000m的地區(qū)，110kV的輸電線路的懸垂絕緣子串中，絕緣子的個數(shù)不能少于7片，最好為8片。

2.2 改善接地裝置

在110kV架空輸電線路的維護方面，首先應該改良接地裝置。因為改良接地裝置后，可以有效地降低線路桿塔的雷擊跳閘概率，理論上可以降低20%-30%的雷擊跳閘概率。如果原來的線路桿塔接地裝置較差，改良后甚至可以降低50%的雷擊跳閘概率[2]。在具體的改善接地裝置方面，可以使用降低接地桿塔電阻的方式，具體方法為深埋接地極，填充低阻物質(zhì)等。在對水泥型桿塔線路布設地極時，要從桿塔的3-5m處開始布設。對鐵塔線路進行布設垂直地極時，要從5-8m處進行布設。此外，還可以用增加耦合洗漱的方式對接地裝置進行改良。需要注意的問題是，在雷擊過程中，存在暫態(tài)行波以及穩(wěn)態(tài)電磁感應現(xiàn)象，可以使用強化電磁感應型桿塔接地射線的方式改良接地裝置。在土壤電阻率大于1000Ω·m時，可以采用110kV架空線路的強化電磁感應型桿塔接地射線結(jié)構(gòu)，如圖1。

圖1 110kV架空線路的強化電磁感應型桿塔接地射線結(jié)構(gòu)

2.3 安裝側(cè)向避雷針

在一些桿塔位置較高的情況中，由于雷云和線路距離較短或接近平行于桿塔線路時，桿塔所處的電磁環(huán)境十分復雜，距離過近也會增加雷擊跳閘的可能性。為此，可以在桿塔上安裝側(cè)向避雷針來解決這個問題。在110kV架空輸電線路中的桿塔橫桿兩側(cè)安裝側(cè)向避雷針，以降低線路的引雷率。具體操作方法：選用3m長的避雷針，在1．2m處固定。橫向部分，避雷針的長度為1．8m（如圖2所示）。通過這種方式，可以有效地將雷電引入，提高線路的防繞擊能力，但也會相應地增加線路的引雷率。對此，可以在裝置上設置絕緣子片以改善這種情況。

2.4 減小線路的保護角

在維護輸電線路的方法中還有一種技術措施，就是降低110kV輸電線路的耐雷水平。但是，對于已經(jīng)完成或投入運行的線路已經(jīng)不適合改變線路的保護角，尤其是地勢環(huán)境較為復雜的桿塔等[3]。因此，要從多個方面綜合考量研究，選擇正確、適宜的線路改良方式。

2.5 安裝氧化鋅避雷器

氧化鋅避雷器是可以有效提高線路耐力水平的裝置，主要優(yōu)點是可以適用于難以改良接地電阻的地區(qū)和雷電活躍的地區(qū)。采用氧化鋅避雷器后，可以顯著降低線路的繞擊率和跳閘率。

圖2 側(cè)向避雷針安裝示意圖

2.6 降低桿塔接地電阻

桿塔接地電阻直接影響塔頂電位，通過降低桿塔接地電阻可以提高輸電線路的耐雷水平，減少雷電反擊閃絡的概率。另外，降低桿塔接地電阻還可以提高線路避雷器的泄流速度，有效發(fā)揮線路避雷器的防雷作用?？梢哉f，“防雷在于接地”，降低桿塔接地電阻是輸電線路防雷的重要措施，是防雷工作的重點。傳統(tǒng)的桿塔接地方案大多是采用水平敷設熱鍍鋅圓鋼或結(jié)合垂直接地角鋼的方式，對于土壤電阻率高的桿塔位通過換土、使用化學降阻劑降低接地電阻值。但化學降阻劑容易腐蝕接地網(wǎng)、污染環(huán)境、降阻穩(wěn)定性差，已被很多供電部門明文禁止使用。近年開發(fā)的非金屬接地模塊和石墨基柔性接地體等新型接地材料具有抗腐蝕、免維護、施工簡單快捷、降阻穩(wěn)定性好、效果顯著等特點，已逐步獲得推廣運用。

2.7 加強線路絕緣

加強線路絕緣可以通過增加絕緣子串的片數(shù)來實現(xiàn)。線路絕緣水平的提高意味著引起反擊閃絡的塔頂允許電位值提高，所以線路絕緣水平的提高可以減少雷電反擊閃絡發(fā)生的概率。但是絕緣子片數(shù)增加受塔頭電氣間隙的限制，過多地增加絕緣子片數(shù)會導致直線桿塔水平檔距減小，造成耐張桿塔外角側(cè)跳線對塔身的安全距離不足。加大塔頭設計尺寸可解決這些問題，但會增加建設成本，為此需慎重考慮。

3 輸電線路的檢查要點和維護措施

在對輸電線路進行檢修和維護時，必須由專業(yè)的檢修人員來操作，熟練掌握離線和在線的檢修方式。在對架空輸電線路進行檢修時，重點是檢修時的安全問題，因為電線桿、塔等所處的工作環(huán)境容易受各種外界因素的干擾。在外界電路材料的檢修和保養(yǎng)維護時，要確保線路的穩(wěn)定工作和檢修人員的人身安全。防雷檢測是保證輸電線路穩(wěn)定工作正常運轉(zhuǎn)的有效手段，目前，我國的防雷技術已經(jīng)處于世界先進水平，但是，仍需要在日常生活中對輸電線路進行保養(yǎng)和檢修，以提高電力系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4 結(jié)語

電力系統(tǒng)要想穩(wěn)定運行，必須不斷加強對電力系統(tǒng)的建設工作，保持對輸電線路的檢修和維護，改善防雷機制，提高線路的耐力和絕緣性，并配合國家的相關規(guī)定進行建設改良。這樣，才能確保國家電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行，全面提高配電網(wǎng)的工作效率，為國民經(jīng)濟的發(fā)展與建設服務。