防雷保护在110kV输电线路设计中的应用

王兵

摘要：自然界中，由于天气变化，时常会出现雷电活动现象，雷击对电网系统的正常运行有着较大危害。110kV输电线路在电网中应用较为广泛，架设范围较广，其遭受雷击引发事故的几率较大，从而严重影响了电网的可靠、稳定运行，给地区正常生产、生活产生了较多困扰，因此，研究防雷保护在110kV输电线路中的应用，对电网的正常运行有着重要意义。

关键词：110kV电网;输电线路;防雷保护

110kV输电线路的防雷设计，应先了解输电线路遭受雷击的作用原理，以及雷击作用所产生的影响。

1、雷击对110kV输电线路作用原理

雷雨云由一大团翻腾、波动的水、冰晶和空气组成，雷雨云内包含大量电荷，雷雨云在正负电荷作用力和地面影响下形成较大强度的电场，雷雨云在持续运动中，移动或经过110kV输电线路杆塔或线路上空时，较高位置的110kV输电线路杆塔容易对雷电电场产生影响，整个电场的空气绝缘状态遭到破坏，使得雷雨云放电，空气中大量电流由此位置直接进入110kV输电线路杆塔，称之为放电。在整个放电过程中，110kV输电线路杆塔及线路绝缘子部件将会承受雷击过程中产生的过电压，当电流放电的电压参数超过绝缘部件的闪络电压时，比较显著的绝缘性闪络问题会作用在110kV输电线路上，绝缘闪络过程中，会出现工频电弧，使得110kV输电线路二次保护系统在同一时间收到电压设备和电流互感器设备上的信号，保护系统会实施对应保护动作，使得110kV输电线路产生瞬时性跳闸的情况。

2、雷击对110kV輸电线路危害

从110kV输电线路安全考虑，雷击的危害主要体现在以下方面：

（1）110kV输电线路遭受雷击，将会引起较高的过电压，导致继电保护动作跳闸，切断正在运行的输电线路，从而造成大面积停电;同时，雷击考验输电线路绝缘水平和耐受能力，对人员和设备造成威胁。

（2）雷电造成的巨大电流作用在输电线路上，导致雷击处导线或地线损坏、断股或熔断。

雷击造成的危害往往不能通过110kV输电线路自身而自动修复，造成的设备损坏更是需要一定的时间和必要的措施进行检修和处理。

3、110kV输电线路防雷设计思路

根据110kV输电线路遭受雷击的作用原理，以及雷击造成的危害，应对110kV输电线路遭受雷击的可能性进行控制，且尽量控制在雷击可能性较小的范围内。

当遭受雷击无可避免时，应尽可能使110kV输电线路外部绝缘装置所承受的过电压数值保持在较低值。

根据110kV输电线路途径区域的地形、地貌、地势情况、自然环境等外部条件进行深入调查、研究并收集数据，并与相关运维人员互相学习和交流，充分与各个部门工作人员配合，为110kV输电线路防雷设计提供可靠资料和依据，进而在防雷设计过程中，保证防雷措施及方案能够有效实施，提高线路的耐雷水平，为整个电力系统的安全、可靠、稳定运行提供有利保障。

4、防雷设计要点

（1）科学合理的选择输电线路路径

科学合理的选择110kV输电线路路径是防雷设计的首要工作。

容易遭受雷击的区域被称为“选择性雷击区”或者“雷击易发区”，其主要分布在以下区域：

①顺风向的河谷、峡谷地区，或迎风风口地区;

②潮湿性盆地地区，这类地区多由山丘包围，主要是分布在线路杆塔周边的沼泽，水库，湖泊等区域;

③土壤电阻率较低，且呈现出间隔分布状态的区域，如：稻田与山地交界区域，岩石与普通土壤交界部位等，这些部位产生雷击现象的频率较高;

④分布有导电性矿产资源或者地下水位较高的地区;

⑤线路杆塔处于土层结构分布良好、周边植被分布良好，土壤电阻率差别不大区域;

在进行110kV输电线路路径选择时，尽量避免线路经过上述雷电频发区域，尽量选择雷电活动频率较低的区域，为后期输电线路正常运行奠定良好的基础。

（2）充分收集路径沿线雷电活动资料

110kV输电线路设计过程中，受到不可避免的因素影响，输电线路必须穿过雷击高发区时，就需要充分收集线路路径沿线可靠的雷电活动资料，途径如下：

①收集路径沿线相关气象站点所记录的多年雷电活动数据及资料，该类数据通常由气象部门统一管理、收集，且统计较为规范、详尽，数据记录较为详实、可靠、科学。

②收集路径途径区域农业生产管理部门所记录的雷电活动数据及资料，该类数据主要服务于农业生产，具备一定的参考和借鉴意义。

③收集路径沿线已运行同类型输电线路的防雷设计资料，该类数据资料经过实际情况的检验，具有一定的代表性，但是，鉴于已运行同类型输电线路的投运时间、数量，分布情况以及地形、地貌、地势等因素的差异，该类资料同时又存在一定的局限性。

④收集路径区域内电网运检部门的相关资料，该类资料往往会记录非正常运行情况的雷击情况（如雷击跳闸时间，次数，地点等）。

110kV输电线路防雷设计过程中，应对以上数据进行收集整理，并科学分类，经过计算、分析、对比，总结出适用于工程建设的防雷资料及数据。

（3）科学架设避雷线

科学架设输电线路避雷线对防止雷电直击线路有重要的作用。

架设避雷线后，雷击产生的电流能够被避雷线分流，使得110kV输电线路过雷电流具有可控性，使得杆塔顶端电位参数在正常范围之内。110kV输电线路的导线与避雷线产生耦合反应，进而可以控制线路绝缘子部位的电压参数。

对于110kV输电线路宜全线架设地线，杆塔上地线对边相导线的保护角应满足以下要求：

①对于单回线路，双地线对边导线保护角不宜大于15°。

②对于同塔双回路或同塔多回线路，双地线对边导线保护角不宜大于10°。

③对于单地线线路，地线对边导线保护角不宜大于25°。

（5）提高输电线路绝缘水平

在110kV 输电线路中，较高的绝缘水平具有较强的耐雷能力。因此，在进行线路防雷设计时，应坚持“绝缘到位，留有裕度”的基本原则。

绝缘子作为输电线路重要的绝缘部件，为了提高线路绝缘水平，应合理的对绝缘子进行选型。考虑各类绝缘子部件实际运行性能（如零值自爆、耐电弧、不易老化等方面），对这些部件对应的防雷参数进行分析、研究、比较，选择出适用于110kV输电线路建设的最佳绝缘子类型。

（6）合理确定杆塔接地方案

对于110kV输电线路，架设地线的杆塔均应逐基接地，埋设接地装置。接地方案的设计，往往离不开岩土专业提供的地质勘察报告，接地装置的相关设计主要有以下内容：

①根据不同区段的土壤电阻率情况，设计不同的接地方案，主要包括接地装置形式，长度，埋设深度，接地体选型等，做到合理性与经济性兼顾。

②根据不同土质及地下水的腐蝕性情况，采用不同的防腐措施，或选用不同材质的接地材料，对于腐蚀性较高的区段，可选用化学成分稳定，耐腐蚀，导电性能优异的接地材料，保证接地效果的长久性和稳定性。

③对于高土壤电阻率的地区，可选用导电性能优异的接地材料，或者采用复合材料的接地体（接地编带，接地模块，等离子接地棒等），同时，对接地沟槽内的回填土进行置换，也可采取多措并举的方法有效降低接地电阻，并保证接地效果的耐久性和持续性。

5、总结

综上所述，在区域电网内，110kV输电线路作为电力传输与转化的重要部分，其运行的可靠性、稳定性以及安全性对电网有着重要影响。因此，在进行防雷设计时，应将雷击引发110kV 输电线路运行故障的影响因素进行分析，制定出科学、合理、有效的防雷措施及方案，为110kV输电线路的正常运行及检修维护提供有力保障。

参考文献：

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