110kV架空线路综合防雷技术措施探讨

郑立功

摘    要：随着我国社会经济的不断发展，对电力供应需求量要求加大，电力建设稳步推进，110kV输电线路建设项目增多，使得输电网络结构趋于复杂。同时，多数线路都架设在土壤电阻率高、多雷电区域，显著提升了线路雷击跳闸发生率。因此，加强110kV架空线路防雷很有必要。

关键词：110kV;架空线路;防雷措施

1  引言

电力系统安全可靠性是电力工作永恒的主题，架空输电线路是电力系统不可或缺的部分。据统计，线路故障的一个相当大的部分是由雷电引起的，在110kV及以上线路中可以达到60%到80%的比例。雷电是一种普遍现象，在大自然中无法躲避。输电线路广泛地分布在野外，闪电易击中地面上凸起的物体，尤其是带电物体。同时，线路的雷击频率与架空输电线路的高度和长度呈正相关的关系。即使超高压、特高压架空输电线路的绝缘水平相对较高，雷电对输电线路的威胁也是一直存在的，因雷电导致的跳闸仍是主要的线路故障，因而架空输电线路防雷保护一直是人们极为关注的课题。

2  输电线路防雷保护概述

输电线路由于分布面积广易受雷击，这是线路故障的客观原因。同时，雷击后，雷电波将沿输电线路侵入变电站，输电线路的绝缘水平一般高于变电站设备的绝缘水平，给变电站电力设备带来危害。因此，应充分注意线路防雷。根据过电压的形成过程，线路产生的雷电过电压一般可以分为两种，一个是雷击线路附近的地面，这是由电磁感应引起的，也可以称为感应雷电过电压。另一种是线路上引起的雷击过电压。运行经验表明，直接雷击对高压电力系统的危害更有害。在工程计算中，通过防雷等级和雷击跳闸率来测量输电线路的耐雷性能和防雷效果。

3  线路雷击防护的基本原理

雷电对输电线路的安全运行极为有害，经常引起绝缘子闪络事故。雷电通常伴有瞬间的大风和大雨，这时极端的风速可能导致输电导线发生摆动震荡，并横向碰击，导致引流线和导线对铁塔进行闪络放电，这将导致输电线路跳闸并且产生雷电危险，例如绝缘子被击穿。线路雷击防护的基本原理是通过合理、有效的手段将雷电流的能量尽可能的引入到大地，其基本思路是疏导而不是堵雷更不是消雷，这才符合能量守恒定律。

4  架空路线雷击的原因

通常电网线路都是架设在露天区域，如果遭遇雷电等极端恶劣天气，将会出现电网线路雷击故障，影响线路的安全运行。导致线路出现雷击故障的原因具体如下。

（1）安全技术不到位。多数架空路线配电设备未按照规定安装对应防雷装置。部分配电线路在设计规划时未按照地区实际特点采用针对性的防雷措施，少数配电线路仍使用阀式避雷器。

（2）杆塔和架空地线安全隐患。部分主网线路水泥杆主要是利用内部钢芯接地，当雷电流通过杆内钢芯时会导致水泥杆爆裂，特别是表面风化严重的电线杆。部分线路的保护角设计不合理，极大地影响绕击。例如，某多雷电区域，设置保护角时，不满足110kV输电线路双避雷线保护角小于20°要求。

（3）绝缘子安全隐患。对于多雷电地区，还存在合成绝缘子安全隐患。多数地区在选择绝缘子型号时比较注重绝缘子的维护指标和检测指标，导致主网线路在多雷区域使用大量合成绝缘子。该类绝缘子两端均压环短接空气间隙，绝缘子耐雷水平明显低于同等高度的瓷绝缘子。按照规定可知，合成绝缘子不适用于雷击多发区域。

（4）绝缘导线安全隐患。部分配电网使用的绝缘导线存在安全隐患。我国110kV配电线路基本都采用架空绝缘导线。由于架空绝缘导线与传统线路的防雷措施无差异，导致雷电伤害后多条馈线出现断路器跳闸问题，进而引发雷击绝缘线断线安全事故。为使裸导线线路避雷器安装便利，将避雷器直接安装在易发生雷击伤害的部位，但也降低了传统线路的防雷能力。使用绝缘导线后，避雷器只能安装在断路器两侧隔离开关和配电变压器等部位，其他部位无法安装避雷器，降低了线路的防雷能力。此外，由于绝缘导线无裸露部位，安装时必须剥离绝缘层，降低了线路的防雷能力。

（5）架设环境影响。线路运行期间面临雷电天气，极易产生雷击故障。由于雷电天气的发生场所不固定，因此无法采取有效措施进行预防。特别是地形地质复杂地区，雷电天气的雷击发生率较高。线路运行期间一旦发生雷电天气，都会对电网线路产生不同程度的影响，进而导致无法正常供电。

5  110kV架空线路综合防雷技术

（1）提升架空线路绝缘水平。按照相关规定，地区海拔低于1km，架空线路悬垂绝缘子串中的绝缘子数量为8片。若全线高度大于38m且属于大跨越档距的线路，则需按照高度增加绝缘子。为降低架空线路雷击伤害，需在路线易受雷电侵害的部位配置绝缘子。对于多次遭受雷击伤害的杆塔，则需适当增加绝缘子数量，以显著提升架空线路绝缘能力。此外，按照工程实际情况适当增加耐张杆塔绝缘子数量。若线路布设在山顶，则应增加2片绝缘子，以提高杆塔耐雷水平，提升线路运行安全性。

（2）设置引雷塔。在线路集中部位和雷击事故率较高的部位设置引雷塔，并将其作为综合防雷措施的核心构件。引雷塔应用原理为引雷消雷击，可通过塔顶放电避雷针将强雷电所产生的电流向下释放，并使用消雷装置将雷电流释放到地面，可确保110kV电流输电线路的安全。

（3）优化改善接地装置。维护架空线路期间，应注重优化改善接地装置，以显著降低雷击跳闸率，尤其是环境恶劣地区。优化改善接地装置的措施主要包括两种。第一，降低接地电阻。利用水平外延接地装置减少杆塔接地电阻，全面提高架空线路防雷水平。对于高土壤电阻率地区，则应垂直布设接地极，以改善表面干燥土壤接地不良问题。对于水泥杆塔线路，需在距离杆塔4m处布设垂直接地极。第二，增加耦合系数。按照雷击闪络反击原理，可通过接地电阻和增加耦合系数等方式提高线路耐雷水平。为增加耦合系数，可使用增加耦合地线和布设架空地线等方式。然而在雷击伤害期间存在稳态电磁感应和暂态行波过程，所以需使用杆塔接地射线方式改善接地装置分布情况，以增加耦合系数。

（4）减小线路保护角。为降低架空路线绕击跳闸率，可采用减少保护角的方式。对于运行线路，减小保护角处理措施的可行性较差，尤其是位于山区的线路杆塔，在處理期间会受到塔头结构设计等影响，无法全面降低保护角。此外，采用减少保护角处理措施还会增大经济投资。因此，工程施工期间需合理选择线路保护角，以确保线路运行的安全性和经济性。

（5）架设避雷线和避雷器。输电线路中架设避雷线可起到防雷保护作用。避雷线可避免雷直击导线，且具有一定分流作用，有效降低杆塔雷电流和塔顶电位。对导线进行耦合处理后能降低线路绝缘子电压，还可降低导线感应过电压。通常线路电压越高，使用避雷线的效果越显著，且避雷线在线路工程造价中具有较高经济性。根据架空线路布设条件可知，110kV电压等级输电线路需全线架设避雷线。此外，在110kV电压等级输电线路中安装氧化锌避雷器能显著提升耐雷水平，减少线路反击和绕击事故跳闸率。

对于110kV线路，工程规划设计初期需明确避雷问题。根据工程实际情况合理选择满足施工要求的接地网。设计避雷防护方案时，需全面考虑线路遭受雷击伤害后的活动情况，注重杆塔土壤电阻率和避雷设计功能问题。设计避雷装置时，应深入调查和分析雷电活动区域的地形特点，并联合高压送电线路的运行实况，以有效减少雷电对线路造成的影响，全面提升线路耐雷水平，确保线路安全稳定运行。

参考文献：

[1] 李志强.110kV架空输电线路防雷技术措施的研究[J].科技风，2017（13）.

[2] 江涛.110kV架空输电线路综合防雷技术探析[J].科技创新与应用，2016（27）.