110kV架空輸電線路工程設計中的防雷保護間隙問題探討

王義元 孫 成 李 晨 許曉明

（國網青島供電公司，山東 青島266002）

1 在110kV架空輸電線路工程中設計防雷保護間隙的重要意義

國家電網公司近幾年來的調查統計數據結果顯示，52%～63%的輸電線路故障均是由雷擊引起的，換言之，雷電災害現已成為導致輸電線路故障的主要原因，特別是地處山區和高原的架空輸電線路，因受到地理和氣候等因素的影響，其故障多數都是雷擊跳閘所致。故此，做好輸電線路防雷工作已經刻不容緩。經過多年的探索，國內的電力部門在輸電線路的防雷上已經形成了一套完善的技術體系，如架設避雷線、降低接地電阻、加裝自動重合閘裝置等。然而，部分架空輸電線路所處的地理位置比較特殊，如山區、曠野、高原等，因地形地勢較為復雜，加之雷電活動比較頻繁，這些地方的輸電線路極易遭受雷電侵襲，僅以常規的防雷措施很難達到預期的保護效果。

工程實踐表明，雖然常規的防雷措施能在一般情況下對輸電線路起到保護作用，但對于一些地理條件比較特殊的區域，如山區、高原、雷電多發區等，保護效果便會大打折扣。例如，架設避雷線可以有效防止繞擊雷，并降低反擊過電壓，但在山區和雷電多發區，因地形的影響，避雷線常常會失去應有的作用，無法有效防止繞擊雷的發生，并且我國對于110kV以下等級的輸電線路一般只架設一根避雷線或不架設避雷線。此外，部分地區由于受經濟條件的限制，很難實現大范圍安裝線路避雷器。在這一背景下，研究符合我國國情的防雷保護裝置尤為必要。

防雷保護間隙作為新型防雷裝置，其能夠方便地安裝在輸電線路的絕緣子串兩端，當雷電侵襲線路時，它在系統中可以與自動重合閘聯合作用，將雷電流及時接地，從而確保線路穩定運行，保證對用戶不間斷供電。最為重要的是，防雷保護間隙不會受應用場合限制，在山區、高原以及雷電多發區，其均能發揮出應有的作用。鑒于此，在110kV架空輸電線路工程設計中應用防雷保護間隙對提高線路的防雷能力具有非常重要的現實意義。

2 防雷保護間隙在110kV架空輸電線路工程設計中的應用

就110kV架空輸電線路工程而言，其多建設在曠野之上，此類工程的特點是線路距離長，從而易遭受雷擊。一旦輸電線路遭到雷擊，便會引起過電壓，由此導致絕緣子串閃絡燒毀以及線路跳閘大范圍停電等事故。雖然在輸電線路工程建設中也采取了一些防雷保護措施，但由于受地理條件的影響，這些措施并未有效發揮作用。針對這一情況，可在110kV架空輸電線路工程建設中，采用結構簡單、便于維護的防雷保護間隙，將之安裝在絕緣子串兩端，以防止絕緣子串遭雷擊后閃絡燒毀，確保線路穩定運行。

2.1 防雷保護間隙設計的基本要求

（1）當線路遭受雷擊時，防雷保護間隙應先于絕緣子串放電，并引雷電流入大地，確保絕緣子串和線路的安全。

（2）防雷保護間隙與輸電線路絕緣之間的配合應確保在線路最大操作過電壓的情況下不被擊穿，且不會導致線路本身絕緣水平下降。

（3）因110kV架空輸電線路的絕緣子串相對較長，故應重點考慮由于雜散電容引起的絕緣子串電壓分布不均勻的問題，具體而言，就是要求防雷保護間隙對絕緣子串具有均壓的作用，這樣可以使電暈產生的可能性大幅度降低。

2.2 防雷保護間隙的形式及選材

2.2.1 防雷保護間隙的形式

在110kV架空輸電線路工程建設中，常用的防雷保護間隙形式有以下2種：（1）棒形保護間隙。用圓鋼（直徑為28mm）制成棒形電極2個，使2個棒形電極相對，形成放電間隙。在棒形電極端部安裝2個金屬球（直徑為38mm），以防間隙放電時對棒形電極端造成燒傷。由于這種做法仍然無法在電壓等級較高的情況下確保棒形間隙不被燒傷，該形式保護間隙較適用于220kV以下的輸電線路工程防雷設計。（2）環形保護間隙。用圓鋼（直徑為28mm）彎曲制成兩環，使兩環保持一定距離相對，形成放電間隙。對于絕緣子串而言，這種形式的保護間隙具有均壓作用。根據110kV架空輸電線路防雷保護間隙的總體設計要求，本文設計了一款防雷保護間隙，其在不同過電壓等級下最大保護距離如表1所示。

表1 不同過電壓等級下防雷保護間隙的最大保護距離

2.2.2 防雷保護間隙的材料選擇

在制造防雷保護間隙的所有材料中，鍍鋅鋼是最為合適的一種。鑒于此，本文所提出的防雷保護間隙也采用鍍鋅鋼作為制造材料，其由?28mm的圓鋼支撐，兩端分別張開712mm，引弧端頭間的距離由保護間隙與絕緣子串的絕緣配合確定。

2.3 防雷保護間隙的安裝

在對防雷保護間隙進行安裝時，可將其分為線路側和橫擔側兩個部分，分別安裝在球頭掛環和碗頭掛板的位置，這種安裝方法適用于單懸垂串和耐張串。若是需要在多串懸垂和耐張串兩側安裝，則將防雷保護裝置安裝在絕緣子串的聯板上即可。

2.4 保護間隙與絕緣子串之間的配合

2.4.1 雷電沖擊過電壓下的配合

本文涉及的110kV架空輸電線路采用7片XP－7型盤形懸式絕緣子，組成長為1 022mm的絕緣子串，在雷電沖擊為50%的前提下，它的放電電壓約為700kV。根據輸電線路工程設計的基本要求，在防雷保護間隙雷電沖擊為50%的情況下，其放電電壓必須≤584.5kV。按照防雷保護間隙標準，雷電沖擊擊穿電壓與保護間隙距離之間的關系為U50%＝550 H＋80，對該輸電線路工程中的絕緣配合間隙距離進行計算，即雷電沖擊過電壓U50%為584.5kV時，絕緣配合的間隙距離H為917mm。根據計算結果可知，只有在保護間隙2個引弧端頭之間的間隙距離≤917mm的情況下，才能確保雷擊時保護間隙先放電。

2.4.2 操作過電壓下的配合

DL／T620規程中對操作過電壓進行絕緣配合的最大值有明確規定，即110kV架空輸電線路的合閘及重合閘過電壓不得超過線路最高運行相電壓的3倍。鑒于此，110kV系統的絕緣配合，最大操作過電壓可以取3倍線路最大運行相電壓，即363kV。而防雷保護間隙的操作沖擊50%放電電壓則應超過363kV，這樣才能滿足設計要求。根據棒—棒間隙的關系曲線，可查得與防雷保護間隙363kV放電電壓相對應的間隙距離為616mm，這一數值就是防雷保護間隙與絕緣子串在操作過電壓下的配合距離。

3 結語

綜上所述，在110kV架空輸電線路工程建設中，為了減少或杜絕雷擊引起的故障問題，可在線路建設時合理應用防雷保護間隙，這樣不但能夠提升線路的防雷能力，而且還能降低故障的發生幾率，有助于確保輸電線路安全、穩定、可靠運行。未來一段時期應當重點加大對防雷保護間隙相關方面的研究力度，在現有基礎上不斷進行改進和完善，使其能夠更好地為輸電線路工程建設服務，這對于促進我國電力事業的發展具有非常重要的現實意義。

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