110kV颗珠山大跨越输电线路的绝缘配合与防雷措施简析

张辉

（上海同盛电力有限公司 上海市 200122）

1 概况

在电力生产中，高压输电线路是电力系统的大动脉，其安全运行是重中之重。在我国的高压输电线路跳闸事故里面，雷击事故比重很大，严重影响着电网正常运行，故需要对高压输电线路特别是大跨越线路做好防雷保护措施。

洋山深水港是上海国际航运中心的重要组成部分，其四期工程属全球最大、最先进的集装箱自动化码头。四期码头用电容量大，对供电要求高，其配套建设的110kV颗珠山站电源采用双回路“电缆+架空线”方式接自110kV洋山站，线路跨越颗珠山汊道，采用大跨越型式，跨越长度约2km，根据地形、地物条件选择“耐-直-直-耐”独立耐张段方式，锚塔呼高80m，跨越塔呼高192m，全高218m。下面就来具体探讨110kV颗珠山大跨越输电线路的绝缘配合和防雷保护措施。

2 输电线路的雷击故障形式及原因分析

在输电线路中，其遭受雷击的主要有直击雷过电压和感应雷过电压两种形式。直击雷过电压是雷电直击中杆塔以及避雷线或是导线而引起的。感应雷过电压是在雷击输电线路附近区域时，产生电磁感应，对线路产生威胁。

高压输电线路遭受雷击的原因有：

（1）可能是线路的绝缘水平低，其绝缘子串数不足，或者是绝缘子串中的低值、零值绝缘子没有能够及时更换。

（2）避雷线设置不当，其保护角不能有够效地保护高压输电线路，容易造成绕击，在气候、地形等因素的影响下造成雷击。

（3）高压输电线路建造时避雷线接地不良，或者是避雷线和导线间的距离不够，这样就会导致高压输电线路的耐雷水平下降，容易发生线路的雷击事故。

（4）高压输电线路的防雷环节薄弱，在雷电多发区并没有做好积极有效的防雷措施。

3 颗珠山大跨越输电线路的绝缘配合

在工频电压作用下，选择绝缘子片数的方法有各类污秽条件下绝缘子串的成串污闪电压选择或爬电比距选择。根据区域污秽类型、我国电网的防污闪经验，《华东电力系统污区分布图（2011版）》查出本输电线路工程经过地区为D2污秽区，泄露比距为2.8cm/kV。

3.1 绝缘子串选择

根据《110～750kV架空输电线路大跨越设计技术规定》条文：为保持高塔的耐雷性能，全高超过40m有地线的杆塔，高度每超过10m，应比表7.0.2增加一片相当于高度为146mm的绝缘子，全高超过100m的杆塔，绝缘子片数应根据运行经验结合计算确定。本输电线路工程采用普通型瓷绝缘子，型号为U300B/195。

计算得悬垂绝缘子片数为：

n＝｛7＋〔﹙218-40﹚÷10〕〕｝×﹙146÷195﹚＝18.57

根据运行经验，我国已建成的国内大跨越工程实际所采用的绝缘子片数与工程计算值较为接近，差异在1～2片。由于工程计算值较大，部分大跨越线路实际采用的绝缘子片数甚至小于工程计算值。

故结合本输电线路工程跨越塔高度和所处的污秽条件，以及绝缘配合的裕度配置，本工程跨越塔悬垂绝缘子串采用20片U300B/195型瓷绝缘子双联成串，满足爬距要求。

3.2 空气间隙

输电线路的空气间隙包括：导线之间、导线与地线之间、导线与杆塔之间。在运行中，为使绝缘子串和空气间隙的绝缘能力都得到充分的发挥，应使空气间隙的击穿电压大致与绝缘子串的闪络电压配合（按绝缘子串放电电压的0.85配合）。塔头在空气间隙上可能出现的电压幅值，一般雷电过电压最高、操作过电压次之，工频过电压最低，但就作用时间来说，工频过电压时间最长，操作过电压次之，雷电过电压最短，情况刚好相反。所以，一般先算出以上三种情况下的净空气间距，并考虑适当裕度，保证人体活动时的安全距离，即可算出绝缘子串在垂直状态下对杆塔应有的水平距离。因本工程采用20片U300B/195型瓷绝缘子，考虑金具及阻尼线，绝缘子串长度约为6m。

按档距中导线接近条件考虑，导线水平间距离D=0.4λ+u/110+K√fmax计算得D=14.46m，同时结合国外相关计算经验取平均值D=16m。

导线垂直线间距离根据设计规范中规定采用同意贿赂水平线间距离的75%，即Dv=16×75=12m，但考虑水平位移因素及结合干他横担构造尺寸，经计算及作间隙原图，大气过电压控制下的导线垂直距离为15m。

档距中央导线与地线的空气间隙，根据《110～750kV架空输电线路大跨越设计技术规定》条文选择，为防止雷击档距中央地线时反击导线，根据110kV电压等级档距中央的耐雷水平为I＝120kA，其距离S≥0.1I＝12m。

4 颗珠山大跨越输电线路的有效防雷措施

在大跨越输电线路中，由于塔顶电位高、落雷机会多、绕击电流大等因素，其遭受雷击的概率随高度的平方增大，提高输电线路的雷击故障次数，增加线路的雷击跳闸率。且大跨越杆塔雷击单相闪络概率超过常规线路，并且可能发生多相闪络，造成绝缘子串及其金具永久性损害，危害大跨越线路的安全稳定运行，所以颗珠山大跨越架空线必须采用适当的防雷措施，避免成为输电线路的薄弱环节。

4.1 加强绝缘

为了降低线路的跳闸率，可以在输电线路高杆塔上面，以增加绝缘子串长度的方式来加大导线与接地之间的距离，加强输电线路的绝缘水平。不仅可以防止雷击导线，还可以避免雷电流流入杆塔的危害，降低高压输电线路的雷击故障次数，降低雷电对输电线路的雷击危害，提高输电线路的耐雷水平。

4.2 降低雷击跳闸率

4.2.1 架设避雷线

架设避雷线是对于高压输电线路来说最基本的防雷保障，避雷线可以使导线避免遭受直击雷。利用避雷线的分流作用，可以减少流经杆塔的雷电流；利用避雷线的耦合作用，可以降低绝缘子串上的电位；利用避雷线的屏蔽作用，可以降低导线上的感应过电压；在输电线路上架设避雷线是提高线路耐雷水平的主要措施。颗珠山大跨越采用双避雷线配置。

4.2.2 降低反击跳闸率

反击跳闸是指因雷击杆塔后引起对导线的逆向闪络发生跳闸。颗珠山大跨越档距较大，跨越塔高度高，遭受雷击的可能性最大，因此跨越塔的耐雷水平决定整条线路的耐雷水平。根据计算，颗珠山大跨越选择的绝缘子在杆塔接地电阻为15Ω时的耐雷水平为75.76kA，满足《电力工程高压送电线路设计手册》要求，但整体水平不高，应增加相应措施。

因大跨越线路杆塔较高，绝缘子串长，塔顶电位高，110kV系统的工频电压对引起绝缘子闪络所需的过电压中所占的比例非常小，故导线排列方式对于防雷设计影响不大。架设耦合地线或第三根地线增强导线与地线的耦合作用，降低绝缘子串上的过电压幅值，可以提高线路的耐雷水平，降低反击跳闸率。但是对于大跨越线路来说，在工程上存在一些问题不易实现，本工程不考虑。

为确保防雷设施可靠有效，每一杆塔均装设接地装置，必要时深埋、并采取加长水平射线、增设接地极或降低土壤接地电阻等方式，有效降低杆塔的冲击接地电阻，确保雷电流通过较低的接地电阻泄入大地，因此降低杆塔接地电阻是提高耐雷水平和降低雷击跳闸率较为直接的方法。虽然在大跨越输电线路中，跨越塔高度高，反射波在杆塔中往返一次的时间较长，杆塔接地电阻对限制雷电反击过电压的作用不太明显，但降低跨越塔接地电阻可适当提高线路的耐雷水平。

4.2.3 降低绕击跳闸率

根据大跨越塔导地线布置方式的特点，杆塔很容易获得5°以内的保护角，如果再小就需要通过增加塔材来实现。而解决绕击的最经济有效的方式就是减小地线保护角，降低绕击跳闸率，保护角越小，塔头要求越高，对大跨越实现难度就越大。颗珠山大跨越地线保护角按0°考虑。

4.3 不平衡绝缘配置

高压输电线路的绝缘配置中，对于双回路杆塔或多回路杆塔的线路可以采用不平衡绝缘方式，即其中一回线路中增加3～5片绝缘子，或者采用合成绝缘子、棒性绝缘子等方式增大其中一回线路的招弧角之间的距离，来提高该回线路的耐雷水平，而另一回线路保持原有绝缘水平不变。这雷击杆塔时正常绝缘的一回线路先闪络，闪络后的导线相当于地线，对雷电流进行分流，降低了杆塔的电位，同时加强了高绝缘回路导线的耦合作用，提高了高绝缘回路导线的耐雷水平，使其不跳闸，这样才能够降低双回线路或多回线路的同时跳闸率。但大跨越导地线之间距离较大，耦合作用明显减弱，不平衡绝缘方式的效果不如常规线路。

4.4 安装线路避雷器

在大跨越塔塔顶安装带有间隙的线路避雷器，在产生雷电过电压时，避雷器就会开始工作，把雷电过电压降低到绝缘子闪络电压的接受范围之内，等到雷电过电压消失之后，线路上的避雷器又会恢复正常工作状态。安装线路避雷器虽不能降低导线遭受雷击的概率，但它可以降低绝缘子闪络的概率，避免绝缘子损坏和降低雷击跳闸率。其防雷效果特别是在一些雷电高发地区是很有限的。

5 结论

110kV颗珠山大跨越架空线采用20片U300B/195型瓷绝缘子及采用适当的空气间隙，满足工程跨越塔所处的污秽条件，同时具备一定的绝缘裕度。通过加强绝缘方式、架设双避雷线、降低杆塔接地电阻等措使导线施获得足够的耐雷水平，采用0°地线保护角设计，同时在大跨越钢塔塔顶安装带间隙的线路避雷器，降低绝缘子闪络的概率，降低导线的雷击跳闸率，有效保证110kV颗珠山大跨越输电线路安全运行。

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[3]丁颂声.浅谈高压输电线路的防雷.科技资讯，2007（10）：21～22.