110kV架空線路綜合防雷技術(shù)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(shè)規(guī)模的不斷擴(kuò)大，延長了架空線路長度，導(dǎo)致網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)趨于復(fù)雜。同時(shí)，多數(shù)線路都架設(shè)在土壤電阻率高、多雷電區(qū)域，顯著提升了線路雷擊跳閘發(fā)生率。結(jié)合工程實(shí)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(wěn)定運(yùn)行，全面促進(jìn)我國電力行業(yè)的發(fā)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(yīng)雷過電壓和直擊雷過電壓。其中，感應(yīng)雷過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)生的過電壓；直擊雷過電壓主要是雷電擊中線路桿塔和導(dǎo)線時(shí)，導(dǎo)致的架空線路過電壓。根據(jù)實(shí)證研究可知，感應(yīng)雷過電壓只會(huì)威脅小于35kV以下的架空線路，直擊雷過電壓會(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 分析架空路線雷擊問題的原因

通常電網(wǎng)線路都是架設(shè)在露天區(qū)域，如果遭遇雷電等極端惡劣天氣，將會(huì)出現(xiàn)電網(wǎng)線路雷擊故障，影響線路的安全運(yùn)行。導(dǎo)致線路出現(xiàn)雷擊故障的原因具體如下[1]。

2.1 安全技術(shù)不到位

多數(shù)架空路線配電設(shè)備未按照規(guī)定安裝對應(yīng)防雷裝置。部分配電線路在設(shè)計(jì)規(guī)劃時(shí)未按照地區(qū)實(shí)際特點(diǎn)采用針對性的防雷措施，少數(shù)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(wǎng)線路水泥桿主要是利用內(nèi)部鋼芯接地，當(dāng)雷電流通過桿內(nèi)鋼芯時(shí)會(huì)導(dǎo)致水泥桿爆裂，特別是表面風(fēng)化嚴(yán)重的電線桿。部分線路的保護(hù)角設(shè)計(jì)不合理，極大地影響繞擊。例如，某多雷電區(qū)域，設(shè)置保護(hù)角時(shí)，不滿足110kV輸電線路雙避雷線保護(hù)角小于20°要求。

2.3 絕緣子安全隱患

對于多雷電地區(qū)，還存在合成絕緣子安全隱患。多數(shù)地區(qū)在選擇絕緣子型號(hào)時(shí)比較注重絕緣子的維護(hù)指標(biāo)和檢測指標(biāo)，導(dǎo)致主網(wǎng)線路在多雷區(qū)域使用大量合成絕緣子。該類絕緣子兩端均壓環(huán)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(guī)定可知，合成絕緣子不適用于雷擊多發(fā)區(qū)域。

2.4 絕緣導(dǎo)線安全隱患

部分配電網(wǎng)使用的絕緣導(dǎo)線存在安全隱患。我國110kV配電線路基本都采用架空絕緣導(dǎo)線。由于架空絕緣導(dǎo)線與傳統(tǒng)線路的防雷措施無差異，導(dǎo)致雷電傷害后多條饋線出現(xiàn)斷路器跳閘問題，進(jìn)而引發(fā)雷擊絕緣線斷線安全事故。為使裸導(dǎo)線線路避雷器安裝便利，將避雷器直接安裝在易發(fā)生雷擊傷害的部位，但也降低了傳統(tǒng)線路的防雷能力。使用絕緣導(dǎo)線后，避雷器只能安裝在斷路器兩側(cè)隔離開關(guān)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(dǎo)線無裸露部位，安裝時(shí)必須剝離絕緣層，降低了線路的防雷能力。

2.5 架設(shè)環(huán)境影響

線路運(yùn)行期間面臨雷電天氣，極易產(chǎn)生雷擊故障。由于雷電天氣的發(fā)生場所不固定，因此無法采取有效措施進(jìn)行預(yù)防。特別是地形地質(zhì)復(fù)雜地區(qū)，雷電天氣的雷擊發(fā)生率較高。線路運(yùn)行期間一旦發(fā)生雷電天氣，都會(huì)對電網(wǎng)線路產(chǎn)生不同程度的影響，進(jìn)而導(dǎo)致無法正常供電。

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(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)的過電壓幅值。

4 110kV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1km，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110kV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題。對于水泥桿塔線路，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，110kV電壓等級(jí)輸電線路需全線架設(shè)避雷線。此外，在110kV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) 論

對于110kV線路，工程規(guī)劃設(shè)計(jì)初期需明確避雷問題。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。