淺談110 kV架空輸電線路防雷設(shè)計措施

陳旭

（西安正和電力設(shè)計有限公司，陜西 西安 710021）

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110 kV架空輸電線路。中國經(jīng)濟快速發(fā)展對能源的需求日益增加，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110 kV架空輸電線路。但是110 kV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110 kV架空輸電線路存在著不安全的現(xiàn)象，容易給人員和財產(chǎn)造成損失。因此，對110 kV架空輸電線路防雷設(shè)計措施的研究成為了熱點，加強對其保護裝置和防雷系統(tǒng)的研究，能夠提高其供電可靠性，確保110 kV架空輸電線路正常、穩(wěn)定工作。

1 研究背景

1.1 防雷設(shè)計的必要性

110 kV架空輸電線路在當(dāng)今社會電力運行中占有重要地位，它能夠促進社會經(jīng)濟的發(fā)展，提高人們的生活水平。它一旦發(fā)生事故，后果也不堪設(shè)想，因此11 0 k V架空輸電線路的安全運行十分重要。110 kV架空輸電線路已經(jīng)被廣泛使用，但在使用過程中經(jīng)常會因為雷擊等事件影響輸電線路的安全運行。雷電屬于自然現(xiàn)象，雷云放電通常是在云中或是云間進行的，只有很少一部分電子會對地發(fā)生，而雷云相對于其他云較低，再加上110 kV架空輸電線路的周邊沒有任何的帶其他電性的電荷云層，這樣就會對在高空中的110 kV架空輸電線路造成吸引，之后雷云電子被吸引且會形成電流，這些能夠在很短時間內(nèi)達到最大值，之后再逐漸地衰減下去，其沖擊波和雷電流幅值也會達到最大值。當(dāng)雷云在對其放電時，會隨著絕緣皮進行橫向電壓，這樣不僅會因為在雷擊點的附近沒有受到雷擊的線路形成電壓，而且會造成110 kV架空輸電線路電壓不平衡，導(dǎo)致跳閘并引發(fā)一系列的事故。雷擊后電流也會通過輸電線路的鐵支架傳遞到地面，可能對當(dāng)?shù)氐木用裨斐梢欢ǖ奈：ΑＲ虼耍?10 kV架空輸電線路的防雷設(shè)計措施必不可少，必須要對110 kV架空輸電線路進行防雷設(shè)計，保證110 kV架空輸電線路能夠正常、安全運行[1]。

現(xiàn)如今，中國電力系統(tǒng)的輸送電線路大部分都采用架空輸電線路，通過架空線路將不同地區(qū)的發(fā)電站、變電站、負(fù)荷點連接起來，從而能夠?qū)崿F(xiàn)電力的輸送和交換等。所以，提高架空線路的防雷能力具有重要的作用，能夠降低線路雷擊跳閘率，也能夠保證電力系統(tǒng)的安全運行。

1.2 雷擊的形式

雷擊有直擊、反擊和繞擊3種。雷電直擊避雷線檔距中間部位所產(chǎn)生的電位相對于其他2種較低，絕緣子串兩端所產(chǎn)生的電位也較低，所以直擊造成的傷害較小。雷電直擊其桿塔頂部位時易使塔身對地產(chǎn)生較高電位差，絕緣子串兩端也會產(chǎn)生較高電位，很容易發(fā)生閃絡(luò)等危險情況。雷電繞擊的概率十分低，但雷點繞擊桿塔頂部會導(dǎo)致繞擊跳閘等危險事故，對輸電線路安全運行造成極大的傷害。繞擊多發(fā)生在山溝順風(fēng)的地方，因為海拔較高的地段階梯型雷云往往會比桿塔更高，雷電容易直擊桿塔頂。雷擊方式也會受山坡角度、桿塔高差及土壤電阻等各種因素的影響。而防雷與接地電阻技術(shù)可防止110 kV的輸電線路受到雷擊，如果遭受雷擊線路會出現(xiàn)跳閘的現(xiàn)象，一些有關(guān)的設(shè)備也會遭到損壞，不僅如此，110 kV輸電線路會使地面帶電，威脅到周圍居民的生命和財產(chǎn)安全，因此采用防雷與接地電阻技術(shù)是十分必要的[2]。

2 110 kV架空輸電線路防雷設(shè)計要點

2.1 設(shè)計要求

2.1.1 設(shè)計前實地反復(fù)測量，降低桿塔接地電阻

在110 kV架空輸電線路防雷設(shè)計前，必須對實地進行反復(fù)測量，要根據(jù)地區(qū)的實際情況進行設(shè)計。在測量過程中，必須要保證測量的準(zhǔn)確性，利用先進的測量設(shè)備對其進行測量。

2.1.2 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110 kV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行分流處理，能夠減小因110 kV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110 kV架空輸電線路的影響。因此，在設(shè)計過程中必須要合理地設(shè)計架空輸電線路的避雷線。

2.1.3 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，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)、桿塔強度等其他因素的影響，使耦合地線難以發(fā)揮出最大作用。

2.1.4 選擇合理的輸電線路

避免110 kV架空輸電線路雷擊事件最有效的設(shè)計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110 kV架空輸電線路防雷設(shè)計過程中，應(yīng)盡可能將輸電線路路徑設(shè)置在遠離雷擊好發(fā)區(qū)的地方，當(dāng)實在難以避開雷擊好發(fā)區(qū)時，應(yīng)盡量選擇部分避開。對于l10 kV輸電線路防雷設(shè)計來說，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)。同時也要避開潮濕、環(huán)境惡劣等地區(qū)，根據(jù)考察的實際情況去合理設(shè)計架空輸電線路，從而最大程度地減少雷擊給110 kV架空輸電線路帶來的影響[3]。

2.1.5 安裝可控放電避雷針，裝設(shè)自動重合閘裝置

現(xiàn)如今，新型材料和先進的技術(shù)不斷被應(yīng)用在防雷設(shè)計中，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。在設(shè)計過程中，安裝可控放電避雷針，能夠?qū)纂娺M行儲存和釋放，減少雷擊對其的影響。自動重合閘裝置能夠在線路受到雷擊時自行消除閃絡(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。因此，在設(shè)計過程中，必須要加強對可控放電避雷針和自動重合閘裝置的設(shè)計，將這些先進的裝置應(yīng)用到防雷設(shè)計中，提高其防雷的能力，為防雷設(shè)計提供新的方向和思路。

2.2 防雷設(shè)計措施

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

2.2.1 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行一定程度的強化處理。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。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，極大降低了抗雷擊的風(fēng)險。

2.2.2 選擇合適的土壤和放置角度進行天然降壓

在山區(qū)進行施工放置輸電設(shè)備時，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，因為接地電阻角度關(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。

2.2.3 做好后期的維護工作

后期的維護工作也很重要，因為在后期可能出現(xiàn)雷擊后絕緣皮軟化、分化等現(xiàn)象；也要對設(shè)備進行定期維護和檢查，防止設(shè)備出現(xiàn)老化。

2.2.4 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)濟價值，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，同時也避免輸電線路出現(xiàn)反擊跳閘的現(xiàn)象。一般情況下，這種措施的使用只是針對接地電阻較高的輸電線路。借助耦合地線，首先可以加強導(dǎo)線與地線兩者的耦合效應(yīng)，以便出現(xiàn)雷擊現(xiàn)象時，線路能夠發(fā)出更強的感應(yīng)電壓，以此緩解絕緣子串自身受到的沖擊電壓，保證其安全工作；其次，能夠減小鐵合金桿塔的分流系數(shù)，當(dāng)接地電阻的數(shù)值達到一定界限之后，來自雷電的電流會由接地裝置來散流，然后傳輸?shù)酱蟮兀徑馑碾妷海黾涌估讚舻纳舷蓿贿€有一點值得注意的是，在輸電線兩邊的耦合地線，能夠加強地線的屏蔽性能，有效避免雷電繞擊事故的產(chǎn)生。在鋪設(shè)耦合地線時，要根據(jù)桿塔結(jié)構(gòu)來合理設(shè)計耦合地線的鋪設(shè)線路，同時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，進而提升輸電線路的抗雷能力[4]。

該技術(shù)提升了110 kV架空輸電線路的抗雷擊能力，改變了接地電極的外形和埋入深度，從而需修改接地電阻值。降低桿塔接地電阻有2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候，在土地條件允許的情況下，運用科學(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。

3 110 kV架空輸電線路防雷設(shè)計建議

3.1 改善接地裝置的設(shè)計

設(shè)計者在進行110 kV的線路桿塔設(shè)計時，首先，必須要選擇合適的設(shè)計處理，一般采用角鋼或者圓鋼進行設(shè)計處理。其次，必須要增加耦合系數(shù)，在結(jié)合雷擊閃絡(luò)反擊理論的基礎(chǔ)上，通過采取減少電桿、增加耦合系數(shù)、降低接地電阻等方法，有效提升110 kV架空輸電線路的防雷效果；而且設(shè)計者可以利用架空地線的方法來增加耦合線路的系數(shù)，從而能夠讓接地裝置發(fā)揮出最大的作用。最后，要根據(jù)防雷設(shè)計要求，選擇合適的架空輸電線路的接地外形和埋深深度，要建立相應(yīng)的模型，利用模型對其設(shè)計進行分析，選擇合適的架空輸電線路的接地外形和埋深深度。

3.2 科學(xué)地設(shè)計架空輸電線路避雷線

科學(xué)地設(shè)計架空輸電線路避雷線能夠有效地對其電流進行分流，且可以有效地控制雷電流，將雷電流控制在合理的范圍內(nèi)，減少110 kV架空輸電線路受到雷擊的影響。而且實際避雷效果與110 kV架空輸電線路電壓參數(shù)大小存在正相關(guān)關(guān)系。因此，必須要科學(xué)地設(shè)計架空輸電線路的避雷線，建立相應(yīng)的模型，從而選取最合適角度和長度的避雷線等，讓避雷線發(fā)揮出最大的作用，減少雷擊對110 kV架空輸配電線路的影響，保證電力系統(tǒng)安全、穩(wěn)定運行[5]。

3.3 提高輸電線路絕緣水平

在110 kV架空輸電線路中，較高的絕緣水平具有較大的耐雷能力。因此，在進行線路防雷設(shè)計時，應(yīng)保證輸電線路具有較高的絕緣水平。為了提高線路絕緣強度，應(yīng)合理監(jiān)督并檢測輸電線路零值絕緣子部件。同時，考慮各種絕緣子部件實際運行性能，如零值自爆、耐電弧、不易老化等，對這些部件對應(yīng)的防雷參數(shù)進行研究，選擇出輸電線路絕緣子最佳原材料。

4 結(jié)束語

綜上所述，加強對110 kV架空輸電線路的防雷設(shè)計至關(guān)重要，必須要完善其設(shè)計方法，減少雷擊事故，保證電力系統(tǒng)正常、安全運行。本文通過對防雷設(shè)計的必要性和雷擊類型進行論述，為110 kV架空輸電線路的防雷設(shè)計提供理論依據(jù)，并通過對防雷設(shè)計的要點和措施進行分析，從而分析出防雷設(shè)計的方法和存在的問題，并且提出針對性建議，完善防雷設(shè)計體系，保證電力系統(tǒng)安全運行。