防雷保護在110kV輸電線路設計中的應用

王兵

摘要：自然界中，由于天氣變化，時常會出現雷電活動現象，雷擊對電網系統的正常運行有著較大危害。110kV輸電線路在電網中應用較為廣泛，架設范圍較廣，其遭受雷擊引發事故的幾率較大，從而嚴重影響了電網的可靠、穩定運行，給地區正常生產、生活產生了較多困擾，因此，研究防雷保護在110kV輸電線路中的應用，對電網的正常運行有著重要意義。

關鍵詞：110kV電網;輸電線路;防雷保護

110kV輸電線路的防雷設計，應先了解輸電線路遭受雷擊的作用原理，以及雷擊作用所產生的影響。

1、雷擊對110kV輸電線路作用原理

雷雨云由一大團翻騰、波動的水、冰晶和空氣組成，雷雨云內包含大量電荷，雷雨云在正負電荷作用力和地面影響下形成較大強度的電場，雷雨云在持續運動中，移動或經過110kV輸電線路桿塔或線路上空時，較高位置的110kV輸電線路桿塔容易對雷電電場產生影響，整個電場的空氣絕緣狀態遭到破壞，使得雷雨云放電，空氣中大量電流由此位置直接進入110kV輸電線路桿塔，稱之為放電。在整個放電過程中，110kV輸電線路桿塔及線路絕緣子部件將會承受雷擊過程中產生的過電壓，當電流放電的電壓參數超過絕緣部件的閃絡電壓時，比較顯著的絕緣性閃絡問題會作用在110kV輸電線路上，絕緣閃絡過程中，會出現工頻電弧，使得110kV輸電線路二次保護系統在同一時間收到電壓設備和電流互感器設備上的信號，保護系統會實施對應保護動作，使得110kV輸電線路產生瞬時性跳閘的情況。

2、雷擊對110kV輸電線路危害

從110kV輸電線路安全考慮，雷擊的危害主要體現在以下方面：

（1）110kV輸電線路遭受雷擊，將會引起較高的過電壓，導致繼電保護動作跳閘，切斷正在運行的輸電線路，從而造成大面積停電;同時，雷擊考驗輸電線路絕緣水平和耐受能力，對人員和設備造成威脅。

（2）雷電造成的巨大電流作用在輸電線路上，導致雷擊處導線或地線損壞、斷股或熔斷。

雷擊造成的危害往往不能通過110kV輸電線路自身而自動修復，造成的設備損壞更是需要一定的時間和必要的措施進行檢修和處理。

3、110kV輸電線路防雷設計思路

根據110kV輸電線路遭受雷擊的作用原理，以及雷擊造成的危害，應對110kV輸電線路遭受雷擊的可能性進行控制，且盡量控制在雷擊可能性較小的范圍內。

當遭受雷擊無可避免時，應盡可能使110kV輸電線路外部絕緣裝置所承受的過電壓數值保持在較低值。

根據110kV輸電線路途徑區域的地形、地貌、地勢情況、自然環境等外部條件進行深入調查、研究并收集數據，并與相關運維人員互相學習和交流，充分與各個部門工作人員配合，為110kV輸電線路防雷設計提供可靠資料和依據，進而在防雷設計過程中，保證防雷措施及方案能夠有效實施，提高線路的耐雷水平，為整個電力系統的安全、可靠、穩定運行提供有利保障。

4、防雷設計要點

（1）科學合理的選擇輸電線路路徑

科學合理的選擇110kV輸電線路路徑是防雷設計的首要工作。

容易遭受雷擊的區域被稱為“選擇性雷擊區”或者“雷擊易發區”，其主要分布在以下區域：

①順風向的河谷、峽谷地區，或迎風風口地區;

②潮濕性盆地地區，這類地區多由山丘包圍，主要是分布在線路桿塔周邊的沼澤，水庫，湖泊等區域;

③土壤電阻率較低，且呈現出間隔分布狀態的區域，如：稻田與山地交界區域，巖石與普通土壤交界部位等，這些部位產生雷擊現象的頻率較高;

④分布有導電性礦產資源或者地下水位較高的地區;

⑤線路桿塔處于土層結構分布良好、周邊植被分布良好，土壤電阻率差別不大區域;

在進行110kV輸電線路路徑選擇時，盡量避免線路經過上述雷電頻發區域，盡量選擇雷電活動頻率較低的區域，為后期輸電線路正常運行奠定良好的基礎。

（2）充分收集路徑沿線雷電活動資料

110kV輸電線路設計過程中，受到不可避免的因素影響，輸電線路必須穿過雷擊高發區時，就需要充分收集線路路徑沿線可靠的雷電活動資料，途徑如下：

①收集路徑沿線相關氣象站點所記錄的多年雷電活動數據及資料，該類數據通常由氣象部門統一管理、收集，且統計較為規范、詳盡，數據記錄較為詳實、可靠、科學。

②收集路徑途徑區域農業生產管理部門所記錄的雷電活動數據及資料，該類數據主要服務于農業生產，具備一定的參考和借鑒意義。

③收集路徑沿線已運行同類型輸電線路的防雷設計資料，該類數據資料經過實際情況的檢驗，具有一定的代表性，但是，鑒于已運行同類型輸電線路的投運時間、數量，分布情況以及地形、地貌、地勢等因素的差異，該類資料同時又存在一定的局限性。

④收集路徑區域內電網運檢部門的相關資料，該類資料往往會記錄非正常運行情況的雷擊情況（如雷擊跳閘時間，次數，地點等）。

110kV輸電線路防雷設計過程中，應對以上數據進行收集整理，并科學分類，經過計算、分析、對比，總結出適用于工程建設的防雷資料及數據。

（3）科學架設避雷線

科學架設輸電線路避雷線對防止雷電直擊線路有重要的作用。

架設避雷線后，雷擊產生的電流能夠被避雷線分流，使得110kV輸電線路過雷電流具有可控性，使得桿塔頂端電位參數在正常范圍之內。110kV輸電線路的導線與避雷線產生耦合反應，進而可以控制線路絕緣子部位的電壓參數。

對于110kV輸電線路宜全線架設地線，桿塔上地線對邊相導線的保護角應滿足以下要求：

①對于單回線路，雙地線對邊導線保護角不宜大于15°。

②對于同塔雙回路或同塔多回線路，雙地線對邊導線保護角不宜大于10°。

③對于單地線線路，地線對邊導線保護角不宜大于25°。

（5）提高輸電線路絕緣水平

在110kV 輸電線路中，較高的絕緣水平具有較強的耐雷能力。因此，在進行線路防雷設計時，應堅持“絕緣到位，留有裕度”的基本原則。

絕緣子作為輸電線路重要的絕緣部件，為了提高線路絕緣水平，應合理的對絕緣子進行選型?？紤]各類絕緣子部件實際運行性能（如零值自爆、耐電弧、不易老化等方面），對這些部件對應的防雷參數進行分析、研究、比較，選擇出適用于110kV輸電線路建設的最佳絕緣子類型。

（6）合理確定桿塔接地方案

對于110kV輸電線路，架設地線的桿塔均應逐基接地，埋設接地裝置。接地方案的設計，往往離不開巖土專業提供的地質勘察報告，接地裝置的相關設計主要有以下內容：

①根據不同區段的土壤電阻率情況，設計不同的接地方案，主要包括接地裝置形式，長度，埋設深度，接地體選型等，做到合理性與經濟性兼顧。

②根據不同土質及地下水的腐蝕性情況，采用不同的防腐措施，或選用不同材質的接地材料，對于腐蝕性較高的區段，可選用化學成分穩定，耐腐蝕，導電性能優異的接地材料，保證接地效果的長久性和穩定性。

③對于高土壤電阻率的地區，可選用導電性能優異的接地材料，或者采用復合材料的接地體（接地編帶，接地模塊，等離子接地棒等），同時，對接地溝槽內的回填土進行置換，也可采取多措并舉的方法有效降低接地電阻，并保證接地效果的耐久性和持續性。

5、總結

綜上所述，在區域電網內，110kV輸電線路作為電力傳輸與轉化的重要部分，其運行的可靠性、穩定性以及安全性對電網有著重要影響。因此，在進行防雷設計時，應將雷擊引發110kV 輸電線路運行故障的影響因素進行分析，制定出科學、合理、有效的防雷措施及方案，為110kV輸電線路的正常運行及檢修維護提供有力保障。

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