110kV架空線路綜合防雷技術措施探討

朱 煒

（廣東集明電力工程有限公司，廣東 東莞 523000）

0 引 言

由于我國110kV線路建設規模的不斷擴大，延長了架空線路長度，導致網絡結構趨于復雜。同時，多數線路都架設在土壤電阻率高、多雷電區域，顯著提升了線路雷擊跳閘發生率。結合工程實際采取針對性地防雷措施，以提升架空線路的防雷能力，確保110kV配電線路安全穩定運行，全面促進我國電力行業的發展。

1 架空線路雷擊過電壓原理分析

110kV架空線路常見雷擊過電壓主要包括感應雷過電壓和直擊雷過電壓。其中，感應雷過電壓主要是雷電集中架空線路周邊時，電磁感應作用在導線上產生的過電壓；直擊雷過電壓主要是雷電擊中線路桿塔和導線時，導致的架空線路過電壓。根據實證研究可知，感應雷過電壓只會威脅小于35kV以下的架空線路，直擊雷過電壓會嚴重危害架空線路的安全穩定運行。根據雷擊架空線路部位的不同，可將直擊雷過電壓分為兩種情況。第一，雷電擊中線路避雷線或者桿塔時，雷電流利用雷擊點使該點對地電位上升，導致導線與雷擊點之間存在電位差。當該電位差大于線路絕緣水平時，就會產生沖擊放電電壓，導致導線出現閃絡問題。雷電流作用下，避雷線或者桿塔電位有效值顯著大于導線，會產生反擊沖擊破壞。第二，雷擊架空線路時，雷擊繞組會直接作用于導線，使其產生過電壓情況。反擊和繞擊的雷擊部位和原理差別較大。線路規劃運維期間，需結合工程實際選擇不同的技術措施，以加強線路防雷效果。

2 分析架空路線雷擊問題的原因

通常電網線路都是架設在露天區域，如果遭遇雷電等極端惡劣天氣，將會出現電網線路雷擊故障，影響線路的安全運行。導致線路出現雷擊故障的原因具體如下[1]。

2.1 安全技術不到位

多數架空路線配電設備未按照規定安裝對應防雷裝置。部分配電線路在設計規劃時未按照地區實際特點采用針對性的防雷措施，少數配電線路仍使用閥式避雷器。

2.2 桿塔和架空地線安全隱患

部分主網線路水泥桿主要是利用內部鋼芯接地，當雷電流通過桿內鋼芯時會導致水泥桿爆裂，特別是表面風化嚴重的電線桿。部分線路的保護角設計不合理，極大地影響繞擊。例如，某多雷電區域，設置保護角時，不滿足110kV輸電線路雙避雷線保護角小于20°要求。

2.3 絕緣子安全隱患

對于多雷電地區，還存在合成絕緣子安全隱患。多數地區在選擇絕緣子型號時比較注重絕緣子的維護指標和檢測指標，導致主網線路在多雷區域使用大量合成絕緣子。該類絕緣子兩端均壓環短接空氣間隙，絕緣子耐雷水平明顯低于同等高度的瓷絕緣子。按照規定可知，合成絕緣子不適用于雷擊多發區域。

2.4 絕緣導線安全隱患

部分配電網使用的絕緣導線存在安全隱患。我國110kV配電線路基本都采用架空絕緣導線。由于架空絕緣導線與傳統線路的防雷措施無差異，導致雷電傷害后多條饋線出現斷路器跳閘問題，進而引發雷擊絕緣線斷線安全事故。為使裸導線線路避雷器安裝便利，將避雷器直接安裝在易發生雷擊傷害的部位，但也降低了傳統線路的防雷能力。使用絕緣導線后，避雷器只能安裝在斷路器兩側隔離開關和配電變壓器等部位，其他部位無法安裝避雷器，降低了線路的防雷能力。此外，由于絕緣導線無裸露部位，安裝時必須剝離絕緣層，降低了線路的防雷能力。

2.5 架設環境影響

線路運行期間面臨雷電天氣，極易產生雷擊故障。由于雷電天氣的發生場所不固定，因此無法采取有效措施進行預防。特別是地形地質復雜地區，雷電天氣的雷擊發生率較高。線路運行期間一旦發生雷電天氣，都會對電網線路產生不同程度的影響，進而導致無法正常供電。

3 防雷指標和常用保護裝置

3.1 防雷指標

輸電線路防雷性能衡量指標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所能承受的的雷電幅值。為確保電網安全運行，土壤電阻率較低地區的地線耐雷水平在125kV左右，大跨越檔的地線耐雷水平也在125kV左右。雷擊跳閘率是線路雷擊所致跳閘次數。

3.2 常用的防雷保護裝置

由于雷電放電期間產生的雷電幅值較高，若缺乏有效保護措施，將極大影響電力設備的絕緣性能。當前較常用的線路防雷保護裝置包括避雷器和接地裝置。避雷器保護裝置主要安裝在變電站和發電廠電氣設備周邊，保護電力設備和輸電線路，雷電入侵時能夠先行放電，限制傳輸至電力設備上的過電壓幅值。接地保護裝置主要是指埋設在地下的導體，可有效減少避雷器與大地之間的電阻值，進而減少雷擊傷害時的過電壓幅值。

4 110kV架空線路綜合防雷技術

4.1 提升架空線路絕緣水平

按照相關規定，地區海拔低于1km，架空線路懸垂絕緣子串中的絕緣子數量為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。對于多次遭受雷擊傷害的桿塔，則需適當增加絕緣子數量，以顯著提升架空線路絕緣能力。此外，按照工程實際情況適當增加耐張桿塔絕緣子數量。若線路布設在山頂，則應增加2片絕緣子，以提高桿塔耐雷水平，提升線路運行安全性。

4.2 設置引雷塔

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

4.3 優化改善接地裝置

維護架空線路期間，應注重優化改善接地裝置，以顯著降低雷擊跳閘率，尤其是環境惡劣地區。優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。對于高土壤電阻率地區，則應垂直布設接地極，以改善表面干燥土壤接地不良問題。對于水泥桿塔線路，需在距離桿塔4 m處布設垂直接地極。第二，增加耦合系數。按照雷擊閃絡反擊原理，可通過接地電阻和增加耦合系數等方式提高線路耐雷水平。為增加耦合系數，可使用增加耦合地線和布設架空地線等方式。然而在雷擊傷害期間存在穩態電磁感應和暫態行波過程，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。

4.4 減小線路保護角

為降低架空路線繞擊跳閘率，可采用減少保護角的方式。對于運行線路，減小保護角處理措施的可行性較差，尤其是位于山區的線路桿塔，在處理期間會受到塔頭結構設計等影響，無法全面降低保護角。此外，采用減少保護角處理措施還會增大經濟投資。因此，工程施工期間需合理選擇線路保護角，以確保線路運行的安全性和經濟性。

4.5 架設避雷線和避雷器

輸電線路中架設避雷線可起到防雷保護作用。避雷線可避免雷直擊導線，且具有一定分流作用，有效降低桿塔雷電流和塔頂電位。對導線進行耦合處理后能降低線路絕緣子電壓，還可降低導線感應過電壓。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中具有較高經濟性。根據架空線路布設條件可知，110kV電壓等級輸電線路需全線架設避雷線。此外，在110kV電壓等級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 論

對于110kV線路，工程規劃設計初期需明確避雷問題。根據工程實際情況合理選擇滿足施工要求的接地網。設計避雷防護方案時，需全面考慮線路遭受雷擊傷害后的活動情況，注重桿塔土壤電阻率和避雷設計功能問題。設計避雷裝置時，應深入調查和分析雷電活動區域的地形特點，并聯合高壓送電線路的運行實況，以有效減少雷電對線路造成的影響，全面提升線路耐雷水平，確保線路安全穩定運行。