淺談110kV 架空輸電線路防雷設(shè)計(jì)措施

王澤宇

（中煤西安設(shè)計(jì)工程有限責(zé)任公司，陜西 西安 710054）

0 引言

現(xiàn)如今，許多城市的環(huán)境改善需要眾多電力，城市的發(fā)展也離不開110kV 架空輸電線路。大型油田、礦區(qū)分散在幾十千米甚至幾百千米的范圍內(nèi)，多采用110kV 架空輸電線路，但是110kV 架空輸電線路存在著許多影響因素，尤其是容易受到雷擊的影響，導(dǎo)致110kV 架空輸電線路存在著不安全的現(xiàn)象[1]。因此，對110kV 架空輸電線路防雷設(shè)計(jì)措施的研究成為熱點(diǎn)，加強(qiáng)對其保護(hù)裝置和防雷系統(tǒng)的研究，能夠提高其供電可靠性，確保110kV 架空輸電線路正常、穩(wěn)定工作。

1 架空110kV 輸電線路特點(diǎn)分析

1.1 可靠性要求

高通常情況下，架空110kV 輸電線路在實(shí)際運(yùn)行的過程中，對可靠性的要求極高，主要原因是架空110kV 輸電線路需要輸送的電力能源容量很大，在電網(wǎng)電源點(diǎn)方面與負(fù)荷中心方面具有一定的重要作用，如果發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)隱患問題或是安全事故，不僅會引發(fā)嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失，還會對供電安全性造成危害，因此整體供電系統(tǒng)運(yùn)行期間架空110kV 輸電線路具有可靠性要求高的特點(diǎn)。

1.2 參數(shù)復(fù)雜性

強(qiáng)架空高壓輸電線路在實(shí)際運(yùn)行的過程中，各類參數(shù)非常復(fù)雜，線路的結(jié)構(gòu)參數(shù)較為煩瑣，主要因?yàn)榧芸?10kV 輸電線路的110kV 桿塔樁存在較多的絕緣子和長度較高的絕緣子串，整體的高桿塔噸位大，一旦發(fā)生倒塌事故，將會引發(fā)嚴(yán)重經(jīng)濟(jì)損失，因此線路結(jié)構(gòu)參數(shù)非常復(fù)雜，對各類零部件的要求極高。另外，架空110kV 輸電線路運(yùn)行期間額定電壓，周圍帶電體的電場強(qiáng)度高，再加上沿線的地理環(huán)境復(fù)雜煩瑣，可能會穿越峽谷高山，因此整體線路的參數(shù)較為復(fù)雜，需要科學(xué)合理進(jìn)行設(shè)計(jì)和施工，確保結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)質(zhì)量和施工質(zhì)量符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

2 雷電的危害

2.1 直擊雷與側(cè)擊雷

直擊雷指的是雷電直接擊中地面的某一種物體，側(cè)擊雷則指的是雷電擊中高聳物體的側(cè)面。這2 種雷擊均具有強(qiáng)大的破壞力，一旦雷電直接擊中高層建筑物，若無法及時(shí)泄放雷電流，必然會導(dǎo)致高層及其內(nèi)部的電氣設(shè)施遭受一定程度的損壞，嚴(yán)重時(shí)還會引發(fā)爆炸、火災(zāi)等事故[2]。

2.2 閃電感應(yīng)

一旦發(fā)生閃電，極易在其附近導(dǎo)體上產(chǎn)生一定量的雷電電磁感應(yīng)與雷電靜電感應(yīng)，還會導(dǎo)致金屬部件之間出現(xiàn)電火花。若內(nèi)部的金屬管線或設(shè)備未嚴(yán)格做好等電位連接或接地處理，由此產(chǎn)生的閃電感應(yīng)極易導(dǎo)致金屬管線或設(shè)備產(chǎn)生巨大的電壓，輕則導(dǎo)致設(shè)備損壞，重則危及居民的生命安全。

2.3 閃電電涌入侵

當(dāng)雷電天氣現(xiàn)象發(fā)生時(shí)，由此產(chǎn)生的雷電波極易通過金屬管道、電纜線路、架空線路等入侵到建筑物內(nèi)部，導(dǎo)致其中的電子設(shè)備或控制系統(tǒng)遭受損壞?，F(xiàn)如今，高層建筑的防雷是一項(xiàng)系統(tǒng)、復(fù)雜的工程項(xiàng)目。雷擊種類繁多，單憑簡單的防雷設(shè)施無法避免雷電對建筑的影響[3]。因此，必須充分掌握雷擊入侵途徑，與高層建筑的實(shí)際情況相結(jié)合，且綜合考慮建筑物雷擊狀況及影響，采用綜合防雷技術(shù)，最大限度減少雷擊造成的影響及危害。

3 110kV 架空輸電線路防雷設(shè)計(jì)要點(diǎn)

3.1 設(shè)計(jì)要求

（1）設(shè)計(jì)前實(shí)地反復(fù)測量，降低桿塔接地電阻在110kV 架空輸電線路防雷設(shè)計(jì)前，必須對實(shí)地進(jìn)行反復(fù)測量，要根據(jù)地區(qū)的實(shí)際情況進(jìn)行設(shè)計(jì)。在測量過程中，必須要保證測量的準(zhǔn)確性，利用先進(jìn)的測量設(shè)備對其進(jìn)行測量。

（2）合理架空輸電線路避雷線合理架設(shè)避雷線能有效防止雷電直擊110kV 架空輸電線路，降低線路的雷擊跳閘率。通過避雷線能夠?qū)⒗讚魩淼碾娏鬟M(jìn)行分流處理，能夠減小因110kV 架空輸電線路桿塔過高而使塔頂電位升高的影響。此外，合理設(shè)計(jì)架空輸電線路的避雷線能夠降低工程的施工成本，有效減少雷擊對110kV 架空輸電線路的影響。因此，在設(shè)計(jì)過程中必須要合理地設(shè)計(jì)架空輸電線路的避雷線。

（3）增加架空線中耦合地線的數(shù)量，合理設(shè)置放電間隙耦合地線能夠降低線路的反擊跳閘率，而且在架空輸電線路遭受雷擊時(shí)，可以提高架空輸電線路的防雷擊能力，從而能夠承受電流較大的雷擊，并且能夠降低反擊跳閘率。耦合地線可以增加導(dǎo)線和地線之間的耦合作用，降低桿塔的分流系數(shù)。但是耦合地線會受到桿塔結(jié)構(gòu)、桿塔強(qiáng)度等其他因素的影響，使耦合地線難以發(fā)揮出最大作用。

（4）選擇合理的輸電線路避免110kV 架空輸電線路雷擊事件最有效的設(shè)計(jì)方法就是選擇合理的輸電線路，選擇合適的輸電線路能夠有效避免雷擊事件。在110kV 架空輸電線路防雷設(shè)計(jì)過程中，應(yīng)盡可能將輸電線路路徑設(shè)置在遠(yuǎn)離雷擊好發(fā)區(qū)的地方，當(dāng)實(shí)在難以避開雷擊好發(fā)區(qū)時(shí)，應(yīng)盡量選擇部分避開。對于l10kV 輸電線路防雷設(shè)計(jì)來說，那些雷擊現(xiàn)象頻發(fā)的地區(qū)一般稱為“易擊區(qū)”或“選擇性雷擊區(qū)”，根據(jù)地區(qū)的實(shí)際情況，選擇合適的輸電線路，必須要選擇發(fā)生雷擊事件較少的地區(qū)[4]。同時(shí)也要避開潮濕、環(huán)境惡劣等地區(qū)，根據(jù)考察的實(shí)際情況去合理設(shè)計(jì)架空輸電線路，從而最大程度地減少雷擊給110kV 架空輸電線路帶來的影響。

（5）安裝可控放電避雷針，裝設(shè)自動重合閘裝置現(xiàn)如今，新型材料和先進(jìn)的技術(shù)不斷被應(yīng)用在防雷設(shè)計(jì)中，出現(xiàn)了可控放電避雷針和自動重合閘裝置，提高了架空輸電線路的防雷能力，減少雷擊對架空輸電線路的影響。自動重合閘裝置能夠在線路受到雷擊時(shí)自行消除閃絡(luò)性事故，減少雷擊對輸電線路造成的二次傷害和永久傷害[5]。因此，在設(shè)計(jì)過程中，必須要加強(qiáng)對可控放電避雷針和自動重合閘裝置的設(shè)計(jì)，將這些先進(jìn)的裝置應(yīng)用到防雷設(shè)計(jì)中，提高其防雷的能力，為防雷設(shè)計(jì)提供新的方向和思路。

3.2 防雷設(shè)計(jì)措施

110kV 架空輸電線路進(jìn)行雷擊防御時(shí)，一般有3種方法，即直接雷防護(hù)、側(cè)擊雷防護(hù)和感應(yīng)雷防護(hù)。但這些方法并不能直接使用，還應(yīng)該根據(jù)地方的天氣、海拔等實(shí)際情況來制定具體的方案，具體如下。

3.2.1 更換新型的絕緣子

絕緣材料的選擇十分重要，它不僅影響輸電的性能，而且也能影響抗雷擊的效果。所以，選擇合適的新型絕緣子十分重要，必須按照實(shí)際情況去選擇合適的絕緣子，要把經(jīng)常遭受雷擊地方的絕緣子進(jìn)行一定程度的強(qiáng)化處理。新型的絕緣子應(yīng)該采用高分子復(fù)合材料，這種材料的抗電擊性比傳統(tǒng)的絕緣子更強(qiáng)。采用新型絕緣子在一定程度上優(yōu)化了輸電線路的效率，也降低了跳閘的風(fēng)險(xiǎn)，極大降低了抗雷擊的風(fēng)險(xiǎn)。

3.2.2 選擇合適的土壤和放置角度進(jìn)行天然降壓

進(jìn)行施工放置輸電設(shè)備時(shí)，一定要考慮天氣、海拔等因素，以便為線路搭建和線路規(guī)劃等提供便利。在施工時(shí)也要注意塔的高度和塔底的深度，也應(yīng)該在其周圍放置一些地電阻。要選擇合適的角度去安放地電阻，因?yàn)榻拥仉娮杞嵌汝P(guān)系到抗電壓的效果。對接地電阻應(yīng)該避免在山和田的交界處、沼澤、湖泊、水庫、峽谷的順風(fēng)口等地方安置。

3.2.3 做好后期的維護(hù)工作

后期的維護(hù)工作也很重要，因?yàn)樵诤笃诳赡艹霈F(xiàn)雷擊后絕緣皮軟化、分化等現(xiàn)象；也要對設(shè)備進(jìn)行定期維護(hù)和檢查，防止設(shè)備出現(xiàn)老化。

3.2.4 架設(shè)耦合地線

接地電阻可以保證縱向的電壓降低及較小的流失量，具有良好的經(jīng)濟(jì)價(jià)值，也可以保證周圍的居民不會形成跨步電壓等，從而保證周圍居民的生命安全。要進(jìn)行架設(shè)耦合地線，就是在輸電線導(dǎo)線的下面，多加一根用于接地的導(dǎo)線，來提高抗雷擊的能力，同時(shí)也避免輸電線路出現(xiàn)反擊跳閘的現(xiàn)象。在鋪設(shè)耦合地線時(shí)，要根據(jù)桿塔結(jié)構(gòu)來合理設(shè)計(jì)耦合地線的鋪設(shè)線路，同時(shí)也要降低桿塔接地的電阻，具體來講就是借助減小桿塔的沖擊接地電阻，來提升抗雷擊的能力，進(jìn)而提升輸電線路的抗雷能力。該技術(shù)提升了110kV 架空輸電線路的抗雷擊能力，改變了接地電極的外形埋入深度，從而需修改接地電阻值。降低桿塔接地電阻有兩種方法，即水平外延接地和深埋式接地。水平外延接地一般針對區(qū)域中存在水平放射的情況，這種方法雖然能夠有效提高抗雷擊的能力，但會提高施工的成本；深埋式接地適用于土地電阻率十分低的時(shí)候，在土地條件允許的情況下，運(yùn)用科學(xué)技術(shù)適當(dāng)?shù)丶尤虢底鑴F(xiàn)如今多采用新型的高分子骨架降阻劑來有效降低接地電阻。

4 優(yōu)化高壓輸電架空線路防雷能力的措施

（1）強(qiáng)化施工人才的管理力度。工程項(xiàng)目施工期間要想確保各類施工技術(shù)的良好應(yīng)用，不僅需要制定較為完善的工藝流程方案，還需強(qiáng)化人才方面的管理力度，通過對人才的有效管控，提升技術(shù)應(yīng)用的專業(yè)性和規(guī)范性，預(yù)防出現(xiàn)施工工藝問題或是不足。一方面，企業(yè)應(yīng)聘用專業(yè)能力和工作經(jīng)驗(yàn)，符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)秀人才。另一方面，要求在實(shí)際工作中結(jié)合具體的施工工藝流程和實(shí)際情況，強(qiáng)化人才的培養(yǎng)和培訓(xùn)力度，提升人員的專業(yè)能力。最后，制定相應(yīng)的責(zé)任制度和考核機(jī)制，以此增強(qiáng)每位人員認(rèn)真負(fù)責(zé)施工的積極性和責(zé)任感。

（2）施工工藝流程的管理。工程項(xiàng)目施工期間工藝流程的管理非常重要，一旦出現(xiàn)施工工藝流程的問題，將會導(dǎo)致工程的施工質(zhì)量和水平不符合要求，對項(xiàng)目的良好建設(shè)和發(fā)展造成不利影響，因此，建議企業(yè)在工程項(xiàng)目施工的過程中制定完善的工藝流程管理機(jī)制和體系，確保各項(xiàng)工藝流程能夠符合標(biāo)準(zhǔn)。首先，全面分析設(shè)計(jì)圖紙的內(nèi)容，按照當(dāng)?shù)貐^(qū)域氣候環(huán)境和地理環(huán)境的勘察結(jié)果，篩選最佳的工藝技術(shù)方案，明確不同工藝流程的規(guī)范要求，提出各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的施工標(biāo)準(zhǔn)。其次，施工之前應(yīng)安排各個(gè)部門的人員進(jìn)行工藝流程的分析和考察研究，一旦發(fā)現(xiàn)存在工藝流程的缺陷或是問題，就要及時(shí)進(jìn)行整改和優(yōu)化，切實(shí)明確各個(gè)施工步驟的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，預(yù)防出現(xiàn)工藝流程方面的問題或是不足，提升工程項(xiàng)目的施工水平，確保相關(guān)的工藝流程優(yōu)化性和完善性，為項(xiàng)目施工工作的良好開展夯實(shí)基礎(chǔ)。

（3）施工工藝流程的管理。工程項(xiàng)目施工期間工藝流程的管理非常重要，一旦出現(xiàn)施工工藝流程的問題，將會導(dǎo)致工程的施工質(zhì)量和水平不符合要求，對項(xiàng)目的良好建設(shè)和發(fā)展造成不利影響，因此，建議企業(yè)在工程項(xiàng)目施工的過程中制定完善的工藝流程管理機(jī)制和體系，確保各項(xiàng)工藝流程能夠符合標(biāo)準(zhǔn)。首先，全面分析設(shè)計(jì)圖紙的內(nèi)容，按照當(dāng)?shù)貐^(qū)域氣候環(huán)境和地理環(huán)境的勘察結(jié)果，篩選最佳的工藝技術(shù)方案，明確不同工藝流程的規(guī)范要求，提出各個(gè)工藝環(huán)節(jié)的施工標(biāo)準(zhǔn)。其次，施工之前應(yīng)安排各個(gè)部門的人員進(jìn)行工藝流程的分析和考察研究，一旦發(fā)現(xiàn)存在工藝流程的缺陷或是問題，就要及時(shí)進(jìn)行整改和優(yōu)化，切實(shí)明確各個(gè)施工步驟的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，預(yù)防出現(xiàn)工藝流程方面的問題或是不足，提升工程項(xiàng)目的施工水平，確保相關(guān)的工藝流程優(yōu)化性和完善性，為項(xiàng)目施工工作的良好開展夯實(shí)基礎(chǔ)。

（4）強(qiáng)化施工人才的管理力度。工程項(xiàng)目施工期間要想確保各類施工技術(shù)的良好應(yīng)用，不僅需要制定較為完善的工藝流程方案，還需強(qiáng)化人才方面的管理力度，通過對人才的有效管控，提升技術(shù)應(yīng)用的專業(yè)性和規(guī)范性，預(yù)防出現(xiàn)施工工藝問題或是不足。一方面，企業(yè)應(yīng)聘用專業(yè)能力和工作經(jīng)驗(yàn)，符合規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)的優(yōu)秀人才。另一方面，要求在實(shí)際工作中結(jié)合具體的施工工藝流程和實(shí)際情況，強(qiáng)化人才的培養(yǎng)和培訓(xùn)力度，提升人員的專業(yè)能力。最后，制定相應(yīng)的責(zé)任制度和考核機(jī)制，以此增強(qiáng)每位人員認(rèn)真負(fù)責(zé)施工的積極性和責(zé)任感。除此之外，相關(guān)施工管理部門在開展管理工作的過程中還需強(qiáng)化對完材料和機(jī)械設(shè)備的管理力度，制定完善的材料和設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)方案和機(jī)制體系，準(zhǔn)確識別材料或是機(jī)械設(shè)備的質(zhì)量缺陷問題，針對性地進(jìn)行管理和控制，確保項(xiàng)目的施工質(zhì)量能夠合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范。

5 結(jié)語

高壓架空輸電線路在長期運(yùn)行的過程中，除受到雷擊、污穢、鳥害等自然因素侵蝕，還需承受重負(fù)荷、“迎風(fēng)舞動”等機(jī)械應(yīng)力作用，由此造成的線夾損壞、松動、放點(diǎn)間隙絕緣子自爆等問題，均會降低線路的防雷性能。為了從根本上解決該類問題，一方面，完善的雷電監(jiān)測機(jī)制必不可少；另一方面，需不斷更新架空輸電線路設(shè)計(jì)工藝，在多方共同努力下，降低風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生率。