煤礦企業110kV輸電線路雷擊故障事件及預防措施研究

＊范 龍

（山西晉能控股煤業集團晉城煤炭事業部供電分公司 山西 048000）

雷擊這種極端天氣是輸電線路在正常運行過程中最需要重點關注的故障事件之一，尤其是在煤礦企業的生產過程中，因為輸電線路本身承擔著電力輸送，以及煤礦生產保障的重要任務，而輸電線路內又常年保持著巨大的電壓，因此一旦遭遇雷擊將會造成非常嚴重的后果。尤其是110kV輸電線路這種在我國煤礦安全生產中普遍存在的輸電線路類型，其運行過程中更需要采取積極的預防手段，來避免雷擊而造成的故障。因此本文也從雷擊對于電線的危害、雷擊的種類及特征、煤礦供電需求、110kV輸電線路的特征和雷擊故障的預防措施多個方面來展開探討，期望能夠為110kV輸電線路的安全穩定運行提供支持。

1.雷擊的種類

雷電是自然界中普遍存在的一種現象，尤其是在夏季的時候，雷電天氣是極為常見的，由于雷電本身包含著巨大的電量，所以一旦出現雷擊，并且雷電直接擊中了建筑物或者高壓電線以及人體，就會造成非常大的危害。尤其是遇到雷電擊中架設在空中的輸電線路，或者通過輸電線路的傳導擊中地面的狀況，其危害是難以想象的。因為對于同樣帶電的高壓電線來說，一旦發生雷擊故障就會損壞輸電線路，造成輸電線路短路或者斷電。尤其是在我國的一些煤礦，在生產過程中往往會需要大量的輸電線路，如果一旦輸電線路因為雷擊而出現故障，又不及時進行處理，這會對煤礦的安全生產造成非常嚴重的威脅，甚至會造成人員的傷亡。所以必須采取科學的手段來預防輸電線路被雷擊而造成的故障，從而有效的保障煤礦輸電線路的運行安全。目前雷擊的種類主要包括直擊雷、側擊雷、雷電波入侵以及地電位反擊4大類。

（1）直擊雷。直擊雷是指帶電的云層將電量迅猛的擊打在大地某一個點上而產生的現象，直擊雷最為直接的體現就是建筑物發生雷擊現象。由于直擊雷中電壓很高，峰值甚至可以達到幾百萬伏，因此這類雷電也具有非常強的破壞性。一旦擊打在建筑物或者輸電線路上，就會造成非常嚴重的危害。

（2）側擊雷。如果說直擊雷是直接擊打在建筑物或者地面上的構筑頂端而產生的雷電現象，那么側擊雷就是擊打在建筑物或者地面上的構筑物側面而產生的雷電現象。因為無論是建筑物還是高壓輸電線路的高壓電塔高度都比較高，所以如果僅憑安置于頂端的避雷針，是很難避免雷電的襲擊的，因此側擊雷就擁有了可乘之機，所以在進行建筑物或者高壓電線輸電塔防雷電措施的時候，也一定要注意預防側擊雷所帶來的事故。

（3）雷電波入侵現象。雷電波入侵現象并不是針對建筑物或者構筑物本身的，而是將雷電擊打在建筑周邊的電纜，通過雷電給電纜放電，使得雷電波中產生的電壓沿著電纜迅速擴散，并入侵建筑物內部的電子設備和通過電子技術來控制的各種平臺，進而對建筑物內部的電子設備和控制平臺造成嚴重的損害。對于一些大型控制平臺來說，必須做好雷電波入侵的預防，因為一旦出現雷電波入侵現象，那么對于整個控制系統將會造成不可估量的損傷。

（4）地電位反擊。地電位反擊的主要主體并非是雷電，而是被雷電擊中建筑物的防雷系統，接觸到雷電之后，過電壓就會出現在防雷系統的接地電阻兩端，而這種情況長期出現會導致設備的運行平臺被損壞。

2.雷擊的主要特征以及對于輸電線路的危害

（1）主要特征。因為在夏季雷電暴雨的極端天氣下，雷電擊中高壓輸電線路的情況時有發生。所以我們在介紹雷擊的主要特征的時候，主要圍繞的是雷擊發生在高壓輸電線路上時所具有的特征，同時也通過了解這些特征，來幫助人們更加全面的進行110kV輸電線路雷擊故障的預防工作。具體包含以下幾大類：

①雷電直擊的主要特征

雷電直擊是110kV高壓輸電線路雷擊事故中最為常見的一種事故類型。這類事故類型的主要特征，首先，是容易造成連續桿塔的閃絡現象，主要原因就是因為雷電直擊擊中高壓輸電線路造成的一次跳閘，進而引發了連續桿塔出現閃絡。其次，可能因為雷電直擊，而在輸電線路以及相關設備上出現多相故障，尤其是在煤礦的生產過程中，輸電線路上串聯的生產設備會比較多，因此出現雷電直擊之后，產生的多相故障也會影響輸電線路和配電設備的正常運行。

②雷電繞擊的主要特征

雷電繞擊在110kV高壓電雷擊事故中也比較常見。其具體的特征包括以下五點。第一，單向故障是只有雷電繞擊才能形成的高壓輸電線的故障；第二，高壓輸電線的導線保護角以及所處的塔桿高度都和雷電繞擊有比較大的關系，而要想讓雷電繞擊的可能性降到最低，通常需要雷電的流幅值處于一個比較高的狀態；第三，水平排列或者三角排列的邊相導線，也會導致在雷電天氣中出現雷電繞擊的事故；第四，不會發生雷電繞擊跳閘的區域主要位于水平排列的中線或者三角排列的上方導線位置；第五，如果灼傷痕跡出現在導線上排線夾的位置，那么也就意味著輸電線路遭遇了雷電繞擊。

③雷電反擊的主要特征

閃絡是雷電反擊作用在輸電線路上最為典型的一種特征。它主要是由于流入到大地的雷電流通接觸的物體之間出現的電位差而導致的。在煤礦企業的生產過程中，也會涉及到大量的電氣設備，而雷電反擊最主要的特征就是它會侵入建筑物內部并損害內部的電氣設備以及線路。導致電氣設備的絕緣性能遭到損傷，設備內部的金屬管因為雷擊而出現被燒穿的情況，不及時處理就會產生火災而造成人員傷亡，因此雷電反擊帶來的危害也是非常值得關注的。

（2）雷擊對于輸電線路的危害。由于同樣都含有大量的電流和較高的電壓，所以雷擊一旦接觸高壓輸電線路，那么就會造成非常嚴重的損害，具體包括以下幾方面。

①電壓過高而出現的跳閘

因為電壓過高而使得電力輸送系統的機電保護動作跳閘，是雷電對于輸電線路最為直接的損害。因為大多數輸電線路，都處于高度很高的電線桿頂部，或者由高壓電塔聯系在一起，這也就導致一旦發生雷電天氣的時候，雷電會比較容易接觸輸電線路，進而讓本就具有較高電壓的輸電線路上的電壓繼續增大。而繼電保護裝置的作用，主要就是為了給電力設備提供安全防護，及時的判斷電力設備可能存在的故障以及故障的范圍和故障的性質，從而幫助電網檢修人員能夠針對性的對電力系統的故障進行處理。而如果輸電線路上的電壓過大，就會使得繼電保護裝置以保護輸電線路和電氣設備為目的，出現跳閘的情況，跳閘也是為了能夠盡可能的阻止受損線路或者出現故障的組建對整個供電系統造成的不良影響。而繼電保護裝置一旦短路，就會造成因為導體融化或者絕緣體發熱而出現的火災，或者因為短路產生的電弧飛濺到周圍的電氣設備上而造成的電氣設備損傷或者運行的事故，這種情況對于煤礦企業的生產設備的安全運轉來說是非常致命的。

②巨大電流導致的線路熔斷和電氣設備損傷

雷電往往包含著巨大的電流和電壓，如果直接打在電氣設備或者輸電線路上，則可能會造成輸電線路因為被雷擊中而爆炸燃燒。除此之外，雷電中所蘊含的巨大的電流也會順著輸電線路，對輸電線路的塔桿以及配套的電氣設備造成巨大的損傷。而這種損傷是電氣系統自身的損害檢測及修復系統完全無法解決的不可逆的傷害。尤其是像這種110kV的輸電線路的雷擊事故，因為該類輸電線路在煤礦企業的生產過程中的應用是最為廣泛的。所以輸電線路一旦出現雷擊事故，再加上雷擊事故造成的損傷本身是無法自行修復的，就需要檢修人員花費大量的時間對受損的線路和設備進行維修，這樣一來無論是維修的人力成本還是時間成本都大大增加了。

③對國民經濟生產造成的損害

雷電事故大多數出現在春季、夏季以及秋季這樣極端氣流比較頻繁的季節，而這三個季節又是國民經濟生產和發展的關鍵時節。而110kV輸電線路一旦遭遇雷擊發生故障，就有可能會對電力的輸送造成影響。比如說輸電線路損害造成的停電會影響煤礦企業的生產，如果發生雷擊事故的輸電線路，恰巧處于環境比較惡劣距離城市比較遙遠的地區，工作人員還需要花費大量的時間翻山越嶺的來到事故發生的地點來對受損線路進行檢修，而這個過程也會使得很多煤礦企業因為停電時間過長而面臨巨大的經濟損失。除此之外，雷電如果擊中了肩負通信功能的信息輸送線路，就有可能會導致信息傳播不及時。不僅如此，還有一點需要注意的是，帶電的110kV輸電線路在遭遇雷擊時所造成的損失，比不帶電的同類型線路會更大。可見，雷電事故給國民經濟的發展帶來非常大的阻礙。

3.煤礦供電需求

（1）對供電的可靠性要求較高。煤礦是煤炭資源采掘的主要場所，而煤炭資源又在我國國民經濟的發展中起著至關重要的作用，因此煤炭資源的持續供應也會關系到國民經濟的發展。而我國的很多煤炭資源儲存的深度都比較深，需要通過打井的方式來進行采掘，這就使得煤炭資源的采掘作業所面臨的環境比較復雜，尤其是對于掘進面的安全生產以及掘進設備的持續運行，都有著比較高的要求，因此也對供電的可靠性有比較高的要求。最好能夠做到供電不間斷，從而確保煤礦企業的安全生產。

（2）供電的安全性。由于很多煤礦的開采環境都比較特殊，甚至在掘進面出現了煤氣共生的情況，工作面內部充斥著大量的瓦斯，因此就一定要要求在采掘過程中供電設備必須具備防火、防爆、防觸電的功能，從而避免可能發生的安全事故。

（3）對于供電水平要求較高。這里所說的供電水平主要是指煤礦對于電力輸送過程中電壓的穩定性以及頻率有著比較高的要求。通常來說煤礦用電的電壓一般的偏差都在±5%以內，而對于供電系統的額定頻率的要求則是50Hz的交流電，其偏差范圍在±0.2Hz以內，所以這也要求煤礦企業的輸電線路必須保持健康穩定的運轉態勢，從而才能夠為煤炭企業提供生產和生活所需的穩定電流，確保煤炭企業的安全生產效果。

4.110kV輸電線路特征

（1）對輸電鐵塔的設計要求比較。對輸電鐵塔的設計要求比較高是110kV輸電線路的首要特征。因為110kV輸電線路在我國的應用是最為廣泛的，在很多地方都能夠看到這類輸電線路的身影，尤其是在一些大型的一線城市更是會采用架空輸電線路的方式來保障電力的輸送，而在這個過程中就需要很多大體積高尺寸的輸電線路鐵塔，由于輸電線路鐵塔本身體積以及高度的特征，在設計和建設階段就一定要做好基礎、結構以及承載力方面的計算，從而確保鐵塔的穩定性，進而對輸電線路的安全運行提供保障。

（2）加裝好避雷設施。因為110kV輸電線路本身就具有一定的電壓，而且在運行過程中也源源不斷的輸送的大量的電流。再加上這類輸電線路的分布比較廣泛，所以為了避免雷擊而造成的線路故障，就一定要在重要線路上采用避雷針、避雷線等方式來降低雷電天氣對于輸電線路的不良影響。

（3）對于絕緣子的要求比較高。絕緣子是110kV輸電線路上非常重要的一個裝置，絕緣子所具有的抗老化、抗腐蝕性能以及電氣強度，也會直接影響110kV輸電線路的正常運行，因此一定要做好絕緣子的采購以及質量檢測工作，確保絕緣子所具有的性能能夠滿足110kV輸電線路的運行要求。

5.110kV輸電線路雷擊故障事件預防措施

（1）安裝線路避雷器。安裝線路避雷器是有效預防110kV輸電線路雷電事故的重要手段之一。這類預防措施主要是應用于位于孤立山頭位置或者空曠野外的110kV輸電線路桿塔。由于它們所處的區域比較空曠，位置比較高，所以在雷雨天氣時遭遇雷擊事故的幾率會大大增加。線路避雷器主要由避雷線和導線組成。一旦遭遇雷電天氣。由于避雷器內部的電流會比避雷線分流出來的雷電流更多，所以通過分流耦合作用，進一步降低線路塔桿和輸電導線之間的電位差，從而有效的解決絕緣子串中存在的閃絡問題。

（2）架設耦合地線。耦合地線在110kV是電線路的避雷、防雷措施中也屬于應用比較普遍的一種。它的原理是在輸電線路下方設置耦合地線，利用地下的分流和耦合作用來讓輸電線路的耐雷水平得到顯著的提升，還能有效的抵消導線繞擊之后所帶來的損傷，減少跳閘的幾率和次數，能夠進一步提升煤礦企業的安全生產效果。

（3）增加塔桿的絕緣設備。增加塔桿的絕緣設備，也是有效預防110kV輸電線路雷擊事故的重要手段。所謂的塔桿絕緣設備主要是指性能優異的絕緣子或者塔桿上的防污瓷瓶，因為二者都具有良好的絕緣性能，所以如果適當的增加它們的數量就可以提高110kV輸電線路塔桿對于雷擊的耐受能力，所以這種方法也特別適合輸電線路分布密集的煤礦企業。在這個過程中還需要注意的一點，就是必須經常對輸電線路和塔桿上的絕緣設備進行檢修，一旦發現出現故障或者破損的絕緣設備，必須及時更換，這樣才能夠確保絕緣設備的使用效果。

6.結束語

綜上所述，對于110kV輸電線路雷擊故障事件及預防措施分析是非常具有現實意義的一項研究，可以有效避免雷擊故障的發生，通過積極的預防手段來最大限度的減少損失，為經濟建設和發展提供支持和幫助。對于110kV輸電線路應用比較多的煤礦生產企業而言，在極端天氣比較常見的春、夏、秋三季。做好雷擊故障的預防措施是非常有必要的，因此在開展這項工作的時候，也應該結合不同生產部門以及不同環境下對于110kV輸電線路的運行要求，在了解雷擊故障危害性以及特點的基礎上，針對性的采取有效的措施來提升煤礦企業110kV輸電線路的防雷性能。