110kV輸電線路防雷與接地電阻的設(shè)計分析

林佰熙

（福建博電工程設(shè)計有限公司，福建 福州 350001）

0 引言

當(dāng)前人們生活水平得到改善，電器使用量隨之增加，為了滿足用戶的用電需求，電力企業(yè)在大部分地區(qū)架設(shè)了110kV高壓輸電線路，確保用戶日常生產(chǎn)生活用電。但因受到地形、環(huán)境等多項因素影響，在線路運行中可能受到雷擊引發(fā)大面積停電，為人們用電帶來極大不便。對此，應(yīng)加強線路防雷與接地電阻設(shè)計，確保輸電線路能夠始終安全平穩(wěn)的運行。

1 110kV輸電線路雷擊類型與機理

110kV高壓輸電線路在電力資源運行中的作用不容小覷，如區(qū)域電能輸送、電能轉(zhuǎn)化等等，因此社會群眾對電能使用的安全性、穩(wěn)定性給予高度重視。這就要求電網(wǎng)人員及時有效的處理線路各項影響因素。相關(guān)資料顯示，在線路運行受影響因素中雷擊跳閘的危險性排名榜首，且與諸多因素緊密相關(guān)。從整體來看我國110kV線路的應(yīng)用范圍較廣，受雷擊的概率也隨之增加，導(dǎo)致雷擊事故發(fā)生的因素主要為自然環(huán)境、接地電阻、線路抗雷擊能力等等。其中，雷電在襲擊線路桿塔后會受到反擊傷害，這一情況的產(chǎn)生主要與桿塔、電阻周圍地形息息相關(guān)，輸電線路的覆蓋面較廣，特別是山區(qū)復(fù)雜環(huán)境下，桿塔建設(shè)受地形、河流、土壤等多項因素影響，且地溝、山谷、河流眾多，電線跨度較大，很容易受到雷電襲擊。而雷電反擊是指桿塔塔頂電位超過絕緣能力的1/2，此時絕緣子受擊穿性放電，該現(xiàn)象與雷擊后電流大小、相鄰檔距、桿塔電感等因素息息相關(guān)。線路受雷電繞擊的最關(guān)鍵因素便是單避雷線[1]。以山區(qū)為例，單避雷線的屏蔽能力不足，使雷電繞擊概率極大提升。此外，設(shè)置耦合地線的目標(biāo)在于轉(zhuǎn)移雷電，但若線路自身存在不妥當(dāng)之處便會產(chǎn)生相反效果，使雷擊概率提升。從整體來看，線路還可因測量方式不科學(xué)、線路設(shè)計不正確等因素，最終引發(fā)雷電反擊或繞擊事故。

2 110kV輸電線路防雷的措施

根據(jù)上文對110kV線路雷擊機理分析可知，要想做好線路防雷工作，應(yīng)積極引入先進的防雷技術(shù)與設(shè)備，通過合理架設(shè)線路、強化避雷系統(tǒng)防護、正確設(shè)置耦合地線等方式，達到理想的線路防雷效果。

2.1 合理架設(shè)輸電線路

據(jù)調(diào)查，線路設(shè)置不科學(xué)是導(dǎo)致線路頻繁受到雷擊的關(guān)鍵所在。為了有效降低雷擊概率，要求選擇與雷區(qū)較遠之處，如若受到地形限制無法實現(xiàn)，則要求關(guān)鍵位置避開雷區(qū)，由此避免和減少雷電安全事故發(fā)生。在線路防雷設(shè)計中，頻繁出現(xiàn)雷擊事故的區(qū)域被稱為易擊區(qū)，此類區(qū)域的地形特點較為明顯，如風(fēng)向峽谷、四周環(huán)山、濕度較高的盆地、地面較小區(qū)域等等。在線路選擇與架設(shè)時應(yīng)盡量避免在上述區(qū)域作業(yè)，由此減少雷擊發(fā)生概率。

2.2 加強避雷系統(tǒng)防護

（1）雙避雷線與負保護角。雙避雷線的安裝可有效減少線路遭受雷擊時的損害，在設(shè)置避雷線時應(yīng)準(zhǔn)確測量避雷線間的距離，并盡量增加其與導(dǎo)線間的距離，由此減少保護角，使上述兩者的距離是接地線與導(dǎo)線距離的3~5倍。同時，還可采用負保護角方式，將導(dǎo)線朝著內(nèi)側(cè)轉(zhuǎn)移，由此避免桿塔基礎(chǔ)壓力對線路產(chǎn)生的超負荷情況。經(jīng)研究110kV輸電線路全線架設(shè)雙避雷線且采用不大于0°保護角的塔型，可有效降低線路的雷擊跳閘率。

（2）側(cè)向避雷針。個別區(qū)域桿塔架設(shè)在山頂、半山腰等地勢較高之處，有時會出現(xiàn)線路、桿塔與雷云平行甚至超出等情況，而輸電線路電磁環(huán)境較為復(fù)雜，此處桿塔與線路更易受到雷電襲擊。根據(jù)以往經(jīng)驗可知，可在線路之間設(shè)置側(cè)向避雷針，將避雷針設(shè)置在桿塔橫擔(dān)兩端，長度約為3m，中間固定長度在1.2m左右，橫向設(shè)備長度在1.8m左右，由3個點將其固定，如下圖1所示[2]。

圖1 側(cè)向避雷針示意圖

（3）安裝傳感器與自動重合閘。可將傳感器安裝到輸電線路中，使避雷針對雷電的感應(yīng)信息瞬間變成數(shù)字形式傳遞到傳感器中，使控制輸電線路得到有效防護，提高線路對瞬間雷擊的防護能力。同時，安裝自動重合閘，該部件可在線路遭遇雷擊時自動控制電路閘口，使輸電線路得到有效保護。

2.3 正確設(shè)置耦合地線

大量客觀實踐表明，合理設(shè)置耦合地線并無法有效降低雷擊率，但可使線路反擊跳閘率明顯下降。究其原因，如若桿塔在日常運行中受到雷擊，耦合地線合理設(shè)置便可提高線路整體抗雷擊能力，使跳閘現(xiàn)象得到明顯減少[3]。通過利用耦合地線，對于接地電阻無法降低的線路，或即便降阻但接地電阻仍舊較高的情況，采取上述措施不但可促進電能分流，還可提高地線與導(dǎo)線間的耦合作用。待塔頂被雷電擊中時，導(dǎo)線便會產(chǎn)生較高的電壓，絕緣子串所受的電壓會隨之降低。但因耦合地線應(yīng)用中對桿塔強度要求較高，因此在設(shè)計時應(yīng)盡可能確保電氣之間距離合理，特別在二者交叉時要切實保障施工安全。

3 110kV輸電線路路桿塔接地電阻設(shè)計方法

3.1 合理規(guī)定電阻阻值

對于桿塔接地電阻來說，應(yīng)根據(jù)線路設(shè)計規(guī)范落實以下要求：在帶有接地線的桿塔設(shè)計時應(yīng)進行接地處理，在雷雨季節(jié)到來時，每基桿塔不接地線的工頻接地電阻不應(yīng)超出規(guī)定值。土壤電阻率應(yīng)低于100?；如若電阻值無法降到30?以下，可利用長度小于500m、總數(shù)少于6~8根的放射形接地體進行降阻。根據(jù)架空輸電線設(shè)計規(guī)范規(guī)定，可根據(jù)桿塔所處位置土壤電阻率對阻值進行調(diào)整，使投資與電網(wǎng)安全達到平衡狀態(tài)。在雷電頻繁之處，常常因受到雷擊導(dǎo)致線路、桿塔受損，應(yīng)盡量降低桿塔的電阻確保110kV線路安全運行。

3.2 選擇恰當(dāng)?shù)慕拥匮b置形式

根據(jù)交流電氣裝置接地中的相關(guān)規(guī)定，對放射形接地極長度做出明確要求。究其原因，因線路桿塔接地的目標(biāo)是防雷，可將土壤電阻率降低早500?以內(nèi)，長度延長到100m來達到目的。同時，對接地裝置施工、驗收等方面提出更高要求，在確保線路安全使用的同時，尤其是避免雷電災(zāi)害事故發(fā)生，還要根據(jù)現(xiàn)場實際情況，對桿塔接地裝置的形式、放射長度、埋深等進行詳細規(guī)定，為桿塔接地設(shè)計提供有力參考依據(jù)。要想科學(xué)有效的達成防雷目標(biāo)，應(yīng)確保操作方式精準(zhǔn)可靠，除接地裝置形式選擇應(yīng)符合規(guī)定，合理的選擇地址也十分重要。在數(shù)據(jù)測量中，為減少雷擊頻率，達到防雷設(shè)計目標(biāo)，可在實地測量中采用多種測量方式，并通過多次反復(fù)測量確保數(shù)據(jù)準(zhǔn)確可靠[4]。此外，接地電阻與雷擊的影響也不容忽視。究其原因，在雷電天氣下當(dāng)桿塔頂部受到雷擊時，電位會隨之提升，要想降低電位便要降低桿塔阻值率，這樣會使絕緣子串承受的過電壓降低。此外，降低阻值還可提高線路對雷擊的抵抗力，有效避免線路受到雷擊的情況，可通過深埋地級、降阻劑、填充低電阻材料等方式實現(xiàn)目標(biāo)。

3.3 降低桿塔電阻值

在架空輸電線路中桿塔可對輸電線起到支撐作用，在輸電線路的地位不容忽視。據(jù)調(diào)查，桿塔電阻值與耐雷擊能力具有直接影響。通過降低電阻值可在雷擊發(fā)生時良好的疏導(dǎo)電流，降低對輸電線路的影響，在接地電阻降阻中，不但可在現(xiàn)有桿塔基礎(chǔ)上通過調(diào)整電極大小、拓展外延射線距離的方式實現(xiàn)降阻目標(biāo)，還可采用新型接地裝置，使桿塔內(nèi)部電阻存量降低。在本文中著重介紹SZJ接地裝置在降阻中的應(yīng)用。在實際工作中，將該裝置埋藏在300～400mm的地下，其自身帶有半圓筒，具有深水與蓄水功能。將其埋設(shè)在土壤中后，當(dāng)大氣干燥無法滿足雷電需求時，圓筒中不會蓄水，但在降雨后圓筒中積水滿足接地電阻運行需求，此時便會與接地體兩側(cè)導(dǎo)線相連，直接作用到接地體回填土中，提高土壤濕度、擴大接地體面積，使桿塔內(nèi)部電阻存量得以降低，可有效抵御雷擊災(zāi)害[5]。

4 結(jié)語

綜上所述，我國110kV線路應(yīng)用范圍較廣，但電力系統(tǒng)運行中常常受到多項因素影響受到雷電襲擊。對此，除采取先進的防雷技術(shù)與設(shè)備之外，還要從優(yōu)化接地電阻設(shè)計的角度出發(fā)，通過合理規(guī)定阻值、選擇正確的接地形式與位置等方式，降低桿塔電阻值，確保用戶正常的生產(chǎn)生活用電不受影響。