煤礦企業(yè)110kV輸電線路雷擊故障事件及預(yù)防措施研究

＊范 龍

（山西晉能控股煤業(yè)集團(tuán)晉城煤炭事業(yè)部供電分公司 山西 048000）

雷擊這種極端天氣是輸電線路在正常運(yùn)行過(guò)程中最需要重點(diǎn)關(guān)注的故障事件之一，尤其是在煤礦企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，因?yàn)檩旊娋€路本身承擔(dān)著電力輸送，以及煤礦生產(chǎn)保障的重要任務(wù)，而輸電線路內(nèi)又常年保持著巨大的電壓，因此一旦遭遇雷擊將會(huì)造成非常嚴(yán)重的后果。尤其是110kV輸電線路這種在我國(guó)煤礦安全生產(chǎn)中普遍存在的輸電線路類型，其運(yùn)行過(guò)程中更需要采取積極的預(yù)防手段，來(lái)避免雷擊而造成的故障。因此本文也從雷擊對(duì)于電線的危害、雷擊的種類及特征、煤礦供電需求、110kV輸電線路的特征和雷擊故障的預(yù)防措施多個(gè)方面來(lái)展開(kāi)探討，期望能夠?yàn)?10kV輸電線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供支持。

1.雷擊的種類

雷電是自然界中普遍存在的一種現(xiàn)象，尤其是在夏季的時(shí)候，雷電天氣是極為常見(jiàn)的，由于雷電本身包含著巨大的電量，所以一旦出現(xiàn)雷擊，并且雷電直接擊中了建筑物或者高壓電線以及人體，就會(huì)造成非常大的危害。尤其是遇到雷電擊中架設(shè)在空中的輸電線路，或者通過(guò)輸電線路的傳導(dǎo)擊中地面的狀況，其危害是難以想象的。因?yàn)閷?duì)于同樣帶電的高壓電線來(lái)說(shuō)，一旦發(fā)生雷擊故障就會(huì)損壞輸電線路，造成輸電線路短路或者斷電。尤其是在我國(guó)的一些煤礦，在生產(chǎn)過(guò)程中往往會(huì)需要大量的輸電線路，如果一旦輸電線路因?yàn)槔讚舳霈F(xiàn)故障，又不及時(shí)進(jìn)行處理，這會(huì)對(duì)煤礦的安全生產(chǎn)造成非常嚴(yán)重的威脅，甚至?xí)斐扇藛T的傷亡。所以必須采取科學(xué)的手段來(lái)預(yù)防輸電線路被雷擊而造成的故障，從而有效的保障煤礦輸電線路的運(yùn)行安全。目前雷擊的種類主要包括直擊雷、側(cè)擊雷、雷電波入侵以及地電位反擊4大類。

（1）直擊雷。直擊雷是指帶電的云層將電量迅猛的擊打在大地某一個(gè)點(diǎn)上而產(chǎn)生的現(xiàn)象，直擊雷最為直接的體現(xiàn)就是建筑物發(fā)生雷擊現(xiàn)象。由于直擊雷中電壓很高，峰值甚至可以達(dá)到幾百萬(wàn)伏，因此這類雷電也具有非常強(qiáng)的破壞性。一旦擊打在建筑物或者輸電線路上，就會(huì)造成非常嚴(yán)重的危害。

（2）側(cè)擊雷。如果說(shuō)直擊雷是直接擊打在建筑物或者地面上的構(gòu)筑頂端而產(chǎn)生的雷電現(xiàn)象，那么側(cè)擊雷就是擊打在建筑物或者地面上的構(gòu)筑物側(cè)面而產(chǎn)生的雷電現(xiàn)象。因?yàn)闊o(wú)論是建筑物還是高壓輸電線路的高壓電塔高度都比較高，所以如果僅憑安置于頂端的避雷針，是很難避免雷電的襲擊的，因此側(cè)擊雷就擁有了可乘之機(jī)，所以在進(jìn)行建筑物或者高壓電線輸電塔防雷電措施的時(shí)候，也一定要注意預(yù)防側(cè)擊雷所帶來(lái)的事故。

（3）雷電波入侵現(xiàn)象。雷電波入侵現(xiàn)象并不是針對(duì)建筑物或者構(gòu)筑物本身的，而是將雷電擊打在建筑周邊的電纜，通過(guò)雷電給電纜放電，使得雷電波中產(chǎn)生的電壓沿著電纜迅速擴(kuò)散，并入侵建筑物內(nèi)部的電子設(shè)備和通過(guò)電子技術(shù)來(lái)控制的各種平臺(tái)，進(jìn)而對(duì)建筑物內(nèi)部的電子設(shè)備和控制平臺(tái)造成嚴(yán)重的損害。對(duì)于一些大型控制平臺(tái)來(lái)說(shuō)，必須做好雷電波入侵的預(yù)防，因?yàn)橐坏┏霈F(xiàn)雷電波入侵現(xiàn)象，那么對(duì)于整個(gè)控制系統(tǒng)將會(huì)造成不可估量的損傷。

（4）地電位反擊。地電位反擊的主要主體并非是雷電，而是被雷電擊中建筑物的防雷系統(tǒng)，接觸到雷電之后，過(guò)電壓就會(huì)出現(xiàn)在防雷系統(tǒng)的接地電阻兩端，而這種情況長(zhǎng)期出現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致設(shè)備的運(yùn)行平臺(tái)被損壞。

2.雷擊的主要特征以及對(duì)于輸電線路的危害

（1）主要特征。因?yàn)樵谙募纠纂姳┯甑臉O端天氣下，雷電擊中高壓輸電線路的情況時(shí)有發(fā)生。所以我們?cè)诮榻B雷擊的主要特征的時(shí)候，主要圍繞的是雷擊發(fā)生在高壓輸電線路上時(shí)所具有的特征，同時(shí)也通過(guò)了解這些特征，來(lái)幫助人們更加全面的進(jìn)行110kV輸電線路雷擊故障的預(yù)防工作。具體包含以下幾大類：

①雷電直擊的主要特征

雷電直擊是110kV高壓輸電線路雷擊事故中最為常見(jiàn)的一種事故類型。這類事故類型的主要特征，首先，是容易造成連續(xù)桿塔的閃絡(luò)現(xiàn)象，主要原因就是因?yàn)槔纂娭睋魮糁懈邏狠旊娋€路造成的一次跳閘，進(jìn)而引發(fā)了連續(xù)桿塔出現(xiàn)閃絡(luò)。其次，可能因?yàn)槔纂娭睋?，而在輸電線路以及相關(guān)設(shè)備上出現(xiàn)多相故障，尤其是在煤礦的生產(chǎn)過(guò)程中，輸電線路上串聯(lián)的生產(chǎn)設(shè)備會(huì)比較多，因此出現(xiàn)雷電直擊之后，產(chǎn)生的多相故障也會(huì)影響輸電線路和配電設(shè)備的正常運(yùn)行。

②雷電繞擊的主要特征

雷電繞擊在110kV高壓電雷擊事故中也比較常見(jiàn)。其具體的特征包括以下五點(diǎn)。第一，單向故障是只有雷電繞擊才能形成的高壓輸電線的故障；第二，高壓輸電線的導(dǎo)線保護(hù)角以及所處的塔桿高度都和雷電繞擊有比較大的關(guān)系，而要想讓雷電繞擊的可能性降到最低，通常需要雷電的流幅值處于一個(gè)比較高的狀態(tài)；第三，水平排列或者三角排列的邊相導(dǎo)線，也會(huì)導(dǎo)致在雷電天氣中出現(xiàn)雷電繞擊的事故；第四，不會(huì)發(fā)生雷電繞擊跳閘的區(qū)域主要位于水平排列的中線或者三角排列的上方導(dǎo)線位置；第五，如果灼傷痕跡出現(xiàn)在導(dǎo)線上排線夾的位置，那么也就意味著輸電線路遭遇了雷電繞擊。

③雷電反擊的主要特征

閃絡(luò)是雷電反擊作用在輸電線路上最為典型的一種特征。它主要是由于流入到大地的雷電流通接觸的物體之間出現(xiàn)的電位差而導(dǎo)致的。在煤礦企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中，也會(huì)涉及到大量的電氣設(shè)備，而雷電反擊最主要的特征就是它會(huì)侵入建筑物內(nèi)部并損害內(nèi)部的電氣設(shè)備以及線路。導(dǎo)致電氣設(shè)備的絕緣性能遭到損傷，設(shè)備內(nèi)部的金屬管因?yàn)槔讚舳霈F(xiàn)被燒穿的情況，不及時(shí)處理就會(huì)產(chǎn)生火災(zāi)而造成人員傷亡，因此雷電反擊帶來(lái)的危害也是非常值得關(guān)注的。

（2）雷擊對(duì)于輸電線路的危害。由于同樣都含有大量的電流和較高的電壓，所以雷擊一旦接觸高壓輸電線路，那么就會(huì)造成非常嚴(yán)重的損害，具體包括以下幾方面。

①電壓過(guò)高而出現(xiàn)的跳閘

因?yàn)殡妷哼^(guò)高而使得電力輸送系統(tǒng)的機(jī)電保護(hù)動(dòng)作跳閘，是雷電對(duì)于輸電線路最為直接的損害。因?yàn)榇蠖鄶?shù)輸電線路，都處于高度很高的電線桿頂部，或者由高壓電塔聯(lián)系在一起，這也就導(dǎo)致一旦發(fā)生雷電天氣的時(shí)候，雷電會(huì)比較容易接觸輸電線路，進(jìn)而讓本就具有較高電壓的輸電線路上的電壓繼續(xù)增大。而繼電保護(hù)裝置的作用，主要就是為了給電力設(shè)備提供安全防護(hù)，及時(shí)的判斷電力設(shè)備可能存在的故障以及故障的范圍和故障的性質(zhì)，從而幫助電網(wǎng)檢修人員能夠針對(duì)性的對(duì)電力系統(tǒng)的故障進(jìn)行處理。而如果輸電線路上的電壓過(guò)大，就會(huì)使得繼電保護(hù)裝置以保護(hù)輸電線路和電氣設(shè)備為目的，出現(xiàn)跳閘的情況，跳閘也是為了能夠盡可能的阻止受損線路或者出現(xiàn)故障的組建對(duì)整個(gè)供電系統(tǒng)造成的不良影響。而繼電保護(hù)裝置一旦短路，就會(huì)造成因?yàn)閷?dǎo)體融化或者絕緣體發(fā)熱而出現(xiàn)的火災(zāi)，或者因?yàn)槎搪樊a(chǎn)生的電弧飛濺到周圍的電氣設(shè)備上而造成的電氣設(shè)備損傷或者運(yùn)行的事故，這種情況對(duì)于煤礦企業(yè)的生產(chǎn)設(shè)備的安全運(yùn)轉(zhuǎn)來(lái)說(shuō)是非常致命的。

②巨大電流導(dǎo)致的線路熔斷和電氣設(shè)備損傷

雷電往往包含著巨大的電流和電壓，如果直接打在電氣設(shè)備或者輸電線路上，則可能會(huì)造成輸電線路因?yàn)楸焕讚糁卸ㄈ紵?。除此之外，雷電中所蘊(yùn)含的巨大的電流也會(huì)順著輸電線路，對(duì)輸電線路的塔桿以及配套的電氣設(shè)備造成巨大的損傷。而這種損傷是電氣系統(tǒng)自身的損害檢測(cè)及修復(fù)系統(tǒng)完全無(wú)法解決的不可逆的傷害。尤其是像這種110kV的輸電線路的雷擊事故，因?yàn)樵擃愝旊娋€路在煤礦企業(yè)的生產(chǎn)過(guò)程中的應(yīng)用是最為廣泛的。所以輸電線路一旦出現(xiàn)雷擊事故，再加上雷擊事故造成的損傷本身是無(wú)法自行修復(fù)的，就需要檢修人員花費(fèi)大量的時(shí)間對(duì)受損的線路和設(shè)備進(jìn)行維修，這樣一來(lái)無(wú)論是維修的人力成本還是時(shí)間成本都大大增加了。

③對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)造成的損害

雷電事故大多數(shù)出現(xiàn)在春季、夏季以及秋季這樣極端氣流比較頻繁的季節(jié)，而這三個(gè)季節(jié)又是國(guó)民經(jīng)濟(jì)生產(chǎn)和發(fā)展的關(guān)鍵時(shí)節(jié)。而110kV輸電線路一旦遭遇雷擊發(fā)生故障，就有可能會(huì)對(duì)電力的輸送造成影響。比如說(shuō)輸電線路損害造成的停電會(huì)影響煤礦企業(yè)的生產(chǎn)，如果發(fā)生雷擊事故的輸電線路，恰巧處于環(huán)境比較惡劣距離城市比較遙遠(yuǎn)的地區(qū)，工作人員還需要花費(fèi)大量的時(shí)間翻山越嶺的來(lái)到事故發(fā)生的地點(diǎn)來(lái)對(duì)受損線路進(jìn)行檢修，而這個(gè)過(guò)程也會(huì)使得很多煤礦企業(yè)因?yàn)橥ｋ姇r(shí)間過(guò)長(zhǎng)而面臨巨大的經(jīng)濟(jì)損失。除此之外，雷電如果擊中了肩負(fù)通信功能的信息輸送線路，就有可能會(huì)導(dǎo)致信息傳播不及時(shí)。不僅如此，還有一點(diǎn)需要注意的是，帶電的110kV輸電線路在遭遇雷擊時(shí)所造成的損失，比不帶電的同類型線路會(huì)更大?？梢?jiàn)，雷電事故給國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展帶來(lái)非常大的阻礙。

3.煤礦供電需求

（1）對(duì)供電的可靠性要求較高。煤礦是煤炭資源采掘的主要場(chǎng)所，而煤炭資源又在我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展中起著至關(guān)重要的作用，因此煤炭資源的持續(xù)供應(yīng)也會(huì)關(guān)系到國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。而我國(guó)的很多煤炭資源儲(chǔ)存的深度都比較深，需要通過(guò)打井的方式來(lái)進(jìn)行采掘，這就使得煤炭資源的采掘作業(yè)所面臨的環(huán)境比較復(fù)雜，尤其是對(duì)于掘進(jìn)面的安全生產(chǎn)以及掘進(jìn)設(shè)備的持續(xù)運(yùn)行，都有著比較高的要求，因此也對(duì)供電的可靠性有比較高的要求。最好能夠做到供電不間斷，從而確保煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)。

（2）供電的安全性。由于很多煤礦的開(kāi)采環(huán)境都比較特殊，甚至在掘進(jìn)面出現(xiàn)了煤氣共生的情況，工作面內(nèi)部充斥著大量的瓦斯，因此就一定要要求在采掘過(guò)程中供電設(shè)備必須具備防火、防爆、防觸電的功能，從而避免可能發(fā)生的安全事故。

（3）對(duì)于供電水平要求較高。這里所說(shuō)的供電水平主要是指煤礦對(duì)于電力輸送過(guò)程中電壓的穩(wěn)定性以及頻率有著比較高的要求。通常來(lái)說(shuō)煤礦用電的電壓一般的偏差都在±5%以內(nèi)，而對(duì)于供電系統(tǒng)的額定頻率的要求則是50Hz的交流電，其偏差范圍在±0.2Hz以內(nèi)，所以這也要求煤礦企業(yè)的輸電線路必須保持健康穩(wěn)定的運(yùn)轉(zhuǎn)態(tài)勢(shì)，從而才能夠?yàn)槊禾科髽I(yè)提供生產(chǎn)和生活所需的穩(wěn)定電流，確保煤炭企業(yè)的安全生產(chǎn)效果。

4.110kV輸電線路特征

（1）對(duì)輸電鐵塔的設(shè)計(jì)要求比較。對(duì)輸電鐵塔的設(shè)計(jì)要求比較高是110kV輸電線路的首要特征。因?yàn)?10kV輸電線路在我國(guó)的應(yīng)用是最為廣泛的，在很多地方都能夠看到這類輸電線路的身影，尤其是在一些大型的一線城市更是會(huì)采用架空輸電線路的方式來(lái)保障電力的輸送，而在這個(gè)過(guò)程中就需要很多大體積高尺寸的輸電線路鐵塔，由于輸電線路鐵塔本身體積以及高度的特征，在設(shè)計(jì)和建設(shè)階段就一定要做好基礎(chǔ)、結(jié)構(gòu)以及承載力方面的計(jì)算，從而確保鐵塔的穩(wěn)定性，進(jìn)而對(duì)輸電線路的安全運(yùn)行提供保障。

（2）加裝好避雷設(shè)施。因?yàn)?10kV輸電線路本身就具有一定的電壓，而且在運(yùn)行過(guò)程中也源源不斷的輸送的大量的電流。再加上這類輸電線路的分布比較廣泛，所以為了避免雷擊而造成的線路故障，就一定要在重要線路上采用避雷針、避雷線等方式來(lái)降低雷電天氣對(duì)于輸電線路的不良影響。

（3）對(duì)于絕緣子的要求比較高。絕緣子是110kV輸電線路上非常重要的一個(gè)裝置，絕緣子所具有的抗老化、抗腐蝕性能以及電氣強(qiáng)度，也會(huì)直接影響110kV輸電線路的正常運(yùn)行，因此一定要做好絕緣子的采購(gòu)以及質(zhì)量檢測(cè)工作，確保絕緣子所具有的性能能夠滿足110kV輸電線路的運(yùn)行要求。

5.110kV輸電線路雷擊故障事件預(yù)防措施

（1）安裝線路避雷器。安裝線路避雷器是有效預(yù)防110kV輸電線路雷電事故的重要手段之一。這類預(yù)防措施主要是應(yīng)用于位于孤立山頭位置或者空曠野外的110kV輸電線路桿塔。由于它們所處的區(qū)域比較空曠，位置比較高，所以在雷雨天氣時(shí)遭遇雷擊事故的幾率會(huì)大大增加。線路避雷器主要由避雷線和導(dǎo)線組成。一旦遭遇雷電天氣。由于避雷器內(nèi)部的電流會(huì)比避雷線分流出來(lái)的雷電流更多，所以通過(guò)分流耦合作用，進(jìn)一步降低線路塔桿和輸電導(dǎo)線之間的電位差，從而有效的解決絕緣子串中存在的閃絡(luò)問(wèn)題。

（2）架設(shè)耦合地線。耦合地線在110kV是電線路的避雷、防雷措施中也屬于應(yīng)用比較普遍的一種。它的原理是在輸電線路下方設(shè)置耦合地線，利用地下的分流和耦合作用來(lái)讓輸電線路的耐雷水平得到顯著的提升，還能有效的抵消導(dǎo)線繞擊之后所帶來(lái)的損傷，減少跳閘的幾率和次數(shù)，能夠進(jìn)一步提升煤礦企業(yè)的安全生產(chǎn)效果。

（3）增加塔桿的絕緣設(shè)備。增加塔桿的絕緣設(shè)備，也是有效預(yù)防110kV輸電線路雷擊事故的重要手段。所謂的塔桿絕緣設(shè)備主要是指性能優(yōu)異的絕緣子或者塔桿上的防污瓷瓶，因?yàn)槎叨季哂辛己玫慕^緣性能，所以如果適當(dāng)?shù)脑黾铀鼈兊臄?shù)量就可以提高110kV輸電線路塔桿對(duì)于雷擊的耐受能力，所以這種方法也特別適合輸電線路分布密集的煤礦企業(yè)。在這個(gè)過(guò)程中還需要注意的一點(diǎn)，就是必須經(jīng)常對(duì)輸電線路和塔桿上的絕緣設(shè)備進(jìn)行檢修，一旦發(fā)現(xiàn)出現(xiàn)故障或者破損的絕緣設(shè)備，必須及時(shí)更換，這樣才能夠確保絕緣設(shè)備的使用效果。

6.結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，對(duì)于110kV輸電線路雷擊故障事件及預(yù)防措施分析是非常具有現(xiàn)實(shí)意義的一項(xiàng)研究，可以有效避免雷擊故障的發(fā)生，通過(guò)積極的預(yù)防手段來(lái)最大限度的減少損失，為經(jīng)濟(jì)建設(shè)和發(fā)展提供支持和幫助。對(duì)于110kV輸電線路應(yīng)用比較多的煤礦生產(chǎn)企業(yè)而言，在極端天氣比較常見(jiàn)的春、夏、秋三季。做好雷擊故障的預(yù)防措施是非常有必要的，因此在開(kāi)展這項(xiàng)工作的時(shí)候，也應(yīng)該結(jié)合不同生產(chǎn)部門以及不同環(huán)境下對(duì)于110kV輸電線路的運(yùn)行要求，在了解雷擊故障危害性以及特點(diǎn)的基礎(chǔ)上，針對(duì)性的采取有效的措施來(lái)提升煤礦企業(yè)110kV輸電線路的防雷性能。