架空输电线路的防雷设计探讨

2020-01-17何兵

商品与质量 2019年42期

何兵

中国电建集团贵州电力设计研究院有限公司贵州贵阳 550000

1 输电线路系统的防雷设计

在电力系统发生的输电线路故障中，大部分故障都来源于雷击跳闸，尤其是在雷电的多发地段，基本上所有的事故都是由雷击引起的。例如在山区，输电线路随着山势的起伏较大，输电线路所涉及的路线垂直高度落差较大，冷暖空气更易交汇，空气对流现象频繁，雷电活跃多发，所以，在线路的初步设计中，就要考虑到防雷设计，明确其重要性[1]。

2 防雷技术措施

2.1 加强架空线路的绝缘水平

在电力系统的输电线路建设中，在架空输电线路的绝缘问题上有明确的规定：对于海拔不到1000m的地区，110kV的输电线路的悬垂绝缘子串中，绝缘子的个数不能少于7片，最好为8片。

2.2 改善接地装置

在110kV架空输电线路的维护方面，首先应该改良接地装置。因为改良接地装置后，可以有效地降低线路杆塔的雷击跳闸概率，理论上可以降低20%-30%的雷击跳闸概率。如果原来的线路杆塔接地装置较差，改良后甚至可以降低50%的雷击跳闸概率[2]。在具体的改善接地装置方面，可以使用降低接地杆塔电阻的方式，具体方法为深埋接地极，填充低阻物质等。在对水泥型杆塔线路布设地极时，要从杆塔的3-5m处开始布设。对铁塔线路进行布设垂直地极时，要从5-8m处进行布设。此外，还可以用增加耦合洗漱的方式对接地装置进行改良。需要注意的问题是，在雷击过程中，存在暂态行波以及稳态电磁感应现象，可以使用强化电磁感应型杆塔接地射线的方式改良接地装置。在土壤电阻率大于1000Ω·m时，可以采用110kV架空线路的强化电磁感应型杆塔接地射线结构，如图1。

图1 110kV架空线路的强化电磁感应型杆塔接地射线结构

2.3 安装侧向避雷针

在一些杆塔位置较高的情况中，由于雷云和线路距离较短或接近平行于杆塔线路时，杆塔所处的电磁环境十分复杂，距离过近也会增加雷击跳闸的可能性。为此，可以在杆塔上安装侧向避雷针来解决这个问题。在110kV架空输电线路中的杆塔横杆两侧安装侧向避雷针，以降低线路的引雷率。具体操作方法：选用3m长的避雷针，在1．2m处固定。横向部分，避雷针的长度为1．8m（如图2所示）。通过这种方式，可以有效地将雷电引入，提高线路的防绕击能力，但也会相应地增加线路的引雷率。对此，可以在装置上设置绝缘子片以改善这种情况。

2.4 减小线路的保护角

在维护输电线路的方法中还有一种技术措施，就是降低110kV输电线路的耐雷水平。但是，对于已经完成或投入运行的线路已经不适合改变线路的保护角，尤其是地势环境较为复杂的杆塔等[3]。因此，要从多个方面综合考量研究，选择正确、适宜的线路改良方式。

2.5 安装氧化锌避雷器

氧化锌避雷器是可以有效提高线路耐力水平的装置，主要优点是可以适用于难以改良接地电阻的地区和雷电活跃的地区。采用氧化锌避雷器后，可以显著降低线路的绕击率和跳闸率。

图2 侧向避雷针安装示意图

2.6 降低杆塔接地电阻

杆塔接地电阻直接影响塔顶电位，通过降低杆塔接地电阻可以提高输电线路的耐雷水平，减少雷电反击闪络的概率。另外，降低杆塔接地电阻还可以提高线路避雷器的泄流速度，有效发挥线路避雷器的防雷作用。可以说，“防雷在于接地”，降低杆塔接地电阻是输电线路防雷的重要措施，是防雷工作的重点。传统的杆塔接地方案大多是采用水平敷设热镀锌圆钢或结合垂直接地角钢的方式，对于土壤电阻率高的杆塔位通过换土、使用化学降阻剂降低接地电阻值。但化学降阻剂容易腐蚀接地网、污染环境、降阻稳定性差，已被很多供电部门明文禁止使用。近年开发的非金属接地模块和石墨基柔性接地体等新型接地材料具有抗腐蚀、免维护、施工简单快捷、降阻稳定性好、效果显著等特点，已逐步获得推广运用。

2.7 加强线路绝缘

加强线路绝缘可以通过增加绝缘子串的片数来实现。线路绝缘水平的提高意味着引起反击闪络的塔顶允许电位值提高，所以线路绝缘水平的提高可以减少雷电反击闪络发生的概率。但是绝缘子片数增加受塔头电气间隙的限制，过多地增加绝缘子片数会导致直线杆塔水平档距减小，造成耐张杆塔外角侧跳线对塔身的安全距离不足。加大塔头设计尺寸可解决这些问题，但会增加建设成本，为此需慎重考虑。

3 输电线路的检查要点和维护措施

在对输电线路进行检修和维护时，必须由专业的检修人员来操作，熟练掌握离线和在线的检修方式。在对架空输电线路进行检修时，重点是检修时的安全问题，因为电线杆、塔等所处的工作环境容易受各种外界因素的干扰。在外界电路材料的检修和保养维护时，要确保线路的稳定工作和检修人员的人身安全。防雷检测是保证输电线路稳定工作正常运转的有效手段，目前，我国的防雷技术已经处于世界先进水平，但是，仍需要在日常生活中对输电线路进行保养和检修，以提高电力系统的稳定性。