110kV架空線路綜合防雷技術(shù)措施探討

林溢欣

摘要：110kV 線路是區(qū)域性電力資源分配的關(guān)鍵線路，多采用架空敷設(shè)的形式，一般傳輸距離遠(yuǎn)，沿途環(huán)境復(fù)雜，很容易受到外界因素的影響，尤其是雷擊頻發(fā)區(qū)域，可能導(dǎo)致電線擊穿或者閃絡(luò)放電的問(wèn)題，應(yīng)該做好相應(yīng)的防雷工作。本文對(duì) 110kV 架空線路防雷的必要性進(jìn)行了分析，并就綜合防雷技術(shù)措施的應(yīng)用進(jìn)行了探討，希望能夠?yàn)殡娋W(wǎng)的安全穩(wěn)定運(yùn)行提供一些幫助。

關(guān)鍵詞：110kV; 架空線路 ; 綜合防雷 ; 技術(shù)措施

1 架空線路雷擊過(guò)電壓原理分析

110 kV 架空線路常見(jiàn)雷擊過(guò)電壓主要包括感應(yīng)雷 過(guò)電壓和直擊雷過(guò)電壓。其中，感應(yīng)雷過(guò)電壓主要是 雷電集中架空線路周邊時(shí)，電磁感應(yīng)作用在導(dǎo)線上產(chǎn) 生的過(guò)電壓;直擊雷過(guò)電壓主要是雷電擊中線路桿塔 和導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)致的架空線路過(guò)電壓。根據(jù)實(shí)證研究可 知，感應(yīng)雷過(guò)電壓只會(huì)威脅小于35 kV以下的架空線路，直擊雷過(guò)電壓會(huì)嚴(yán)重危害架空線路的安全穩(wěn)定運(yùn)行。 根據(jù)雷擊架空線路部位的不同，可將直擊雷過(guò)電壓分 為兩種情況。第一，雷電擊中線路避雷線或者桿塔時(shí)，雷電流利用雷擊點(diǎn)使該點(diǎn)對(duì)地電位上升，導(dǎo)致導(dǎo)線與 雷擊點(diǎn)之間存在電位差。當(dāng)該電位差大于線路絕緣水 平時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生沖擊放電電壓，導(dǎo)致導(dǎo)線出現(xiàn)閃絡(luò)問(wèn)題。 雷電流作用下，避雷線或者桿塔電位有效值顯著大于 導(dǎo)線，會(huì)產(chǎn)生反擊沖擊破壞。第二，雷擊架空線路時(shí)，雷擊繞組會(huì)直接作用于導(dǎo)線，使其產(chǎn)生過(guò)電壓情況。 反擊和繞擊的雷擊部位和原理差別較大。線路規(guī)劃運(yùn) 維期間，需結(jié)合工程實(shí)際選擇不同的技術(shù)措施，以加 強(qiáng)線路防雷效果。

2 110kV 架空線路防雷的必要性

從線路方面考慮，110kV 架空線路是我國(guó)輸電網(wǎng)絡(luò)的重要組成部 分，是連接變電站與電力用戶之間的橋梁，其運(yùn)行的可靠性直接關(guān)系 著用戶的用電質(zhì)量和用電體驗(yàn)，保障了 110kV 線路的運(yùn)行安全，才能 夠有效滿足工業(yè)、農(nóng)業(yè)生產(chǎn)以及人們?nèi)粘Ｉ畹男枨蟆?從雷擊方面分析，其對(duì)于電力系統(tǒng)產(chǎn)生的危害是極其嚴(yán)重的，一 是會(huì)在電網(wǎng)中產(chǎn)生巨大的沖擊電壓，從而導(dǎo)致設(shè)備絕緣層擊穿，產(chǎn)生 短路和放電現(xiàn)象，嚴(yán)重的甚至可能會(huì)引發(fā)爆炸;二是會(huì)導(dǎo)致設(shè)備元件 的損壞，從而引發(fā)閃絡(luò)、斷電等事故，影響人們的正常用電;三是雷 電流侵入到配電設(shè)備或者電器線路中，引發(fā)火災(zāi)，威脅人們的生命財(cái) 產(chǎn)安全;四是在雷擊作用下，靜電流的電磁感應(yīng)會(huì)引發(fā)交變電磁場(chǎng)，導(dǎo)致電氣設(shè)備局部發(fā)熱，造成設(shè)備燒毀甚至引發(fā)火災(zāi)。 從環(huán)境方面分析，110kV 架空線路經(jīng)常會(huì)經(jīng)過(guò)一些交通條件差，自然環(huán)境惡劣的山區(qū)和丘陵地帶，而這些地區(qū)屬于雷擊事故的多發(fā)區(qū) 域，加上線路巡檢難度較大，使得存在于線路中的安全隱患無(wú)法得到 及時(shí)有效處理，導(dǎo)致了風(fēng)險(xiǎn)的進(jìn)一步增大。因此，做好 10kV 架空線 路的綜合防雷工作，是非常必要的 [1]。

3 防雷指標(biāo)和常用保護(hù)裝置

3.1 防雷指標(biāo)

輸電線路防雷性能衡量指標(biāo)包括雷擊跳閘率和耐 雷水平。其中，耐雷水平是線路雷擊傷害時(shí)所能承受 的的雷電幅值。為確保電網(wǎng)安全運(yùn)行，土壤電阻率較 低地區(qū)的地線耐雷水平在 125 kV 左右，大跨越檔的地 線耐雷水平也在 125 kV 左右。雷擊跳閘率是線路雷擊 所致跳閘次數(shù)。

3.2 常用的防雷保護(hù)裝置

由于雷電放電期間產(chǎn)生的雷電幅值較高，若缺乏 有效保護(hù)措施，將極大影響電力設(shè)備的絕緣性能。當(dāng) 前較常用的線路防雷保護(hù)裝置包括避雷器和接地裝置。 避雷器保護(hù)裝置主要安裝在變電站和發(fā)電廠電氣設(shè)備 周邊，保護(hù)電力設(shè)備和輸電線路，雷電入侵時(shí)能夠先 行放電，限制傳輸至電力設(shè)備上的過(guò)電壓幅值。接地 保護(hù)裝置主要是指埋設(shè)在地下的導(dǎo)體，可有效減少避 雷器與大地之間的電阻值，進(jìn)而減少雷擊傷害時(shí)的過(guò) 電壓幅值。

4 110 kV 架空線路綜合防雷技術(shù)

4.1 提升架空線路絕緣水平

按照相關(guān)規(guī)定，地區(qū)海拔低于 1 km，架空線路懸 垂絕緣子串中的絕緣子數(shù)量為 8 片。若全線高度大于 38 m 且屬于大跨越檔距的線路，則需按照高度增加絕 緣子。為降低架空線路雷擊傷害，需在路線易受雷電 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，提升線路運(yùn)行安全性。

4.2 設(shè)置引雷塔

在線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 110 kV 電流輸電線路的安全。

4.3 優(yōu)化改善接地裝置

維護(hù)架空線路期間，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)于水泥桿塔線路，需在距離桿塔 4 m 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 線路耐雷水平。為增加耦合系數(shù)，可使用增加耦合地 線和布設(shè)架空地線等方式。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 射線方式改善接地裝置分布情況，以增加耦合系數(shù)。

4.4 減小線路保護(hù)角

為降低架空路線繞擊跳閘率，可采用減少保護(hù)角 的方式。對(duì)于運(yùn)行線路，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路保護(hù)角，以確保線路運(yùn) 行的安全性和經(jīng)濟(jì)性。

4.5 架設(shè)避雷線和避雷器

輸電線路中架設(shè)避雷線可起到防雷保護(hù)作用。避 雷線可避免雷直擊導(dǎo)線，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)線進(jìn)行耦合處理后 能降低線路絕緣子電壓，還可降低導(dǎo)線感應(yīng)過(guò)電壓。 通常線路電壓越高，使用避雷線的效果越顯著，且避 雷線在線路工程造價(jià)中具有較高經(jīng)濟(jì)性。根據(jù)架空線 路布設(shè)條件可知，110 kV 電壓等級(jí)輸電線路需全線架 設(shè)避雷線。此外，在 110 kV 電壓等級(jí)輸電線路中安裝 氧化鋅避雷器能顯著提升耐雷水平，減少線路反擊和 繞擊事故跳閘率。

5結(jié)語(yǔ)

對(duì)于 110 kV 線路，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)合高壓送電線路的運(yùn)行 實(shí)況，以有效減少雷電對(duì)線路造成的影響，全面提升 線路耐雷水平，確保線路安全穩(wěn)定運(yùn)行。

參考文獻(xiàn)

[1] 許家歡 . 配網(wǎng) 10kV 架空線路綜合防雷技術(shù)探討 [J]. 企業(yè)技術(shù)開(kāi) 發(fā) ，2015，34（36）：108，110.