浅谈110 kV架空输电线路防雷设计措施

陈旭

（西安正和电力设计有限公司，陕西 西安 710021）

现如今，许多城市的环境改善需要众多电力，城市的发展也离不开110 kV架空输电线路。中国经济快速发展对能源的需求日益增加，大型油田、矿区分散在几十千米甚至几百千米的范围内，多采用110 kV架空输电线路。但是110 kV架空输电线路存在着许多影响因素，尤其是容易受到雷击的影响，导致110 kV架空输电线路存在着不安全的现象，容易给人员和财产造成损失。因此，对110 kV架空输电线路防雷设计措施的研究成为了热点，加强对其保护装置和防雷系统的研究，能够提高其供电可靠性，确保110 kV架空输电线路正常、稳定工作。

1 研究背景

1.1 防雷设计的必要性

110 kV架空输电线路在当今社会电力运行中占有重要地位，它能够促进社会经济的发展，提高人们的生活水平。它一旦发生事故，后果也不堪设想，因此11 0 k V架空输电线路的安全运行十分重要。110 kV架空输电线路已经被广泛使用，但在使用过程中经常会因为雷击等事件影响输电线路的安全运行。雷电属于自然现象，雷云放电通常是在云中或是云间进行的，只有很少一部分电子会对地发生，而雷云相对于其他云较低，再加上110 kV架空输电线路的周边没有任何的带其他电性的电荷云层，这样就会对在高空中的110 kV架空输电线路造成吸引，之后雷云电子被吸引且会形成电流，这些能够在很短时间内达到最大值，之后再逐渐地衰减下去，其冲击波和雷电流幅值也会达到最大值。当雷云在对其放电时，会随着绝缘皮进行横向电压，这样不仅会因为在雷击点的附近没有受到雷击的线路形成电压，而且会造成110 kV架空输电线路电压不平衡，导致跳闸并引发一系列的事故。雷击后电流也会通过输电线路的铁支架传递到地面，可能对当地的居民造成一定的危害。因此，110 kV架空输电线路的防雷设计措施必不可少，必须要对110 kV架空输电线路进行防雷设计，保证110 kV架空输电线路能够正常、安全运行[1]。

现如今，中国电力系统的输送电线路大部分都采用架空输电线路，通过架空线路将不同地区的发电站、变电站、负荷点连接起来，从而能够实现电力的输送和交换等。所以，提高架空线路的防雷能力具有重要的作用，能够降低线路雷击跳闸率，也能够保证电力系统的安全运行。

1.2 雷击的形式

雷击有直击、反击和绕击3种。雷电直击避雷线档距中间部位所产生的电位相对于其他2种较低，绝缘子串两端所产生的电位也较低，所以直击造成的伤害较小。雷电直击其杆塔顶部位时易使塔身对地产生较高电位差，绝缘子串两端也会产生较高电位，很容易发生闪络等危险情况。雷电绕击的概率十分低，但雷点绕击杆塔顶部会导致绕击跳闸等危险事故，对输电线路安全运行造成极大的伤害。绕击多发生在山沟顺风的地方，因为海拔较高的地段阶梯型雷云往往会比杆塔更高，雷电容易直击杆塔顶。雷击方式也会受山坡角度、杆塔高差及土壤电阻等各种因素的影响。而防雷与接地电阻技术可防止110 kV的输电线路受到雷击，如果遭受雷击线路会出现跳闸的现象，一些有关的设备也会遭到损坏，不仅如此，110 kV输电线路会使地面带电，威胁到周围居民的生命和财产安全，因此采用防雷与接地电阻技术是十分必要的[2]。

2 110 kV架空输电线路防雷设计要点

2.1 设计要求

2.1.1 设计前实地反复测量，降低杆塔接地电阻

在110 kV架空输电线路防雷设计前，必须对实地进行反复测量，要根据地区的实际情况进行设计。在测量过程中，必须要保证测量的准确性，利用先进的测量设备对其进行测量。

2.1.2 合理架空输电线路避雷线

合理架设避雷线能有效防止雷电直击110 kV架空输电线路，降低线路的雷击跳闸率。通过避雷线能够将雷击带来的电流进行分流处理，能够减小因110 kV架空输电线路杆塔过高而使塔顶电位升高的影响。此外，合理设计架空输电线路的避雷线能够降低工程的施工成本，有效减少雷击对110 kV架空输电线路的影响。因此，在设计过程中必须要合理地设计架空输电线路的避雷线。

2.1.3 增加架空线中耦合地线的数量，合理设置放电间隙

耦合地线能够降低线路的反击跳闸率，而且在架空输电线路遭受雷击时，可以提高架空输电线路的防雷击能力，从而能够承受电流较大的雷击，并且能够降低反击跳闸率。耦合地线可以增加导线和地线之间的耦合作用，降低杆塔的分流系数。但是耦合地线会受到杆塔结构、杆塔强度等其他因素的影响，使耦合地线难以发挥出最大作用。

2.1.4 选择合理的输电线路

避免110 kV架空输电线路雷击事件最有效的设计方法就是选择合理的输电线路，选择合适的输电线路能够有效避免雷击事件。在110 kV架空输电线路防雷设计过程中，应尽可能将输电线路路径设置在远离雷击好发区的地方，当实在难以避开雷击好发区时，应尽量选择部分避开。对于l10 kV输电线路防雷设计来说，那些雷击现象频发的地区一般称为“易击区”或“选择性雷击区”，根据地区的实际情况，选择合适的输电线路，必须要选择发生雷击事件较少的地区。同时也要避开潮湿、环境恶劣等地区，根据考察的实际情况去合理设计架空输电线路，从而最大程度地减少雷击给110 kV架空输电线路带来的影响[3]。

2.1.5 安装可控放电避雷针，装设自动重合闸装置

现如今，新型材料和先进的技术不断被应用在防雷设计中，出现了可控放电避雷针和自动重合闸装置，提高了架空输电线路的防雷能力，减少雷击对架空输电线路的影响。在设计过程中，安装可控放电避雷针，能够对雷电进行储存和释放，减少雷击对其的影响。自动重合闸装置能够在线路受到雷击时自行消除闪络性事故，减少雷击对输电线路造成的二次伤害和永久伤害。因此，在设计过程中，必须要加强对可控放电避雷针和自动重合闸装置的设计，将这些先进的装置应用到防雷设计中，提高其防雷的能力，为防雷设计提供新的方向和思路。

2.2 防雷设计措施

110 kV架空输电线路进行雷击防御时，一般有3种方法，即直接雷防护、侧击雷防护和感应雷防护。但这些方法并不能直接使用，还应该根据地方的天气、海拔等实际情况来制定具体的方案，具体如下。

2.2.1 更换新型的绝缘子

绝缘材料的选择十分重要，它不仅影响输电的性能，而且也能影响抗雷击的效果。所以，选择合适的新型绝缘子十分重要，必须按照实际情况去选择合适的绝缘子，要把经常遭受雷击地方的绝缘子进行一定程度的强化处理。新型的绝缘子应该采用高分子复合材料，这种材料的抗电击性比传统的绝缘子更强。采用新型绝缘子在一定程度上优化了输电线路的效率，也降低了跳闸的风险，极大降低了抗雷击的风险。

2.2.2 选择合适的土壤和放置角度进行天然降压

在山区进行施工放置输电设备时，一定要考虑天气、海拔等因素，以便为线路搭建和线路规划等提供便利。在施工时也要注意塔的高度和塔底的深度，也应该在其周围放置一些地电阻。要选择合适的角度去安放地电阻，因为接地电阻角度关系到抗电压的效果。对接地电阻应该避免在山和田的交界处、沼泽、湖泊、水库、峡谷的顺风口等地方安置。

2.2.3 做好后期的维护工作

后期的维护工作也很重要，因为在后期可能出现雷击后绝缘皮软化、分化等现象；也要对设备进行定期维护和检查，防止设备出现老化。

2.2.4 架设耦合地线

接地电阻可以保证纵向的电压降低及较小的流失量，具有良好的经济价值，也可以保证周围的居民不会形成跨步电压等，从而保证周围居民的生命安全。要进行架设耦合地线，就是在输电线导线的下面，多加一根用于接地的导线，来提高抗雷击的能力，同时也避免输电线路出现反击跳闸的现象。一般情况下，这种措施的使用只是针对接地电阻较高的输电线路。借助耦合地线，首先可以加强导线与地线两者的耦合效应，以便出现雷击现象时，线路能够发出更强的感应电压，以此缓解绝缘子串自身受到的冲击电压，保证其安全工作；其次，能够减小铁合金杆塔的分流系数，当接地电阻的数值达到一定界限之后，来自雷电的电流会由接地装置来散流，然后传输到大地，缓解塔的电压，增加抗雷击的上限；还有一点值得注意的是，在输电线两边的耦合地线，能够加强地线的屏蔽性能，有效避免雷电绕击事故的产生。在铺设耦合地线时，要根据杆塔结构来合理设计耦合地线的铺设线路，同时也要降低杆塔接地的电阻，具体来讲就是借助减小杆塔的冲击接地电阻，来提升抗雷击的能力，进而提升输电线路的抗雷能力[4]。

该技术提升了110 kV架空输电线路的抗雷击能力，改变了接地电极的外形和埋入深度，从而需修改接地电阻值。降低杆塔接地电阻有2种方法，即水平外延接地和深埋式接地，水平外延接地一般针对区域中存在水平放射的情况，这种方法虽然能够有效提高抗雷击的能力，但会提高施工的成本；深埋式接地适用于土地电阻率十分低的时候，在土地条件允许的情况下，运用科学技术适当地加入降阻剂，现如今多采用新型的高分子骨架降阻剂来有效降低接地电阻。

3 110 kV架空输电线路防雷设计建议

3.1 改善接地装置的设计

设计者在进行110 kV的线路杆塔设计时，首先，必须要选择合适的设计处理，一般采用角钢或者圆钢进行设计处理。其次，必须要增加耦合系数，在结合雷击闪络反击理论的基础上，通过采取减少电杆、增加耦合系数、降低接地电阻等方法，有效提升110 kV架空输电线路的防雷效果；而且设计者可以利用架空地线的方法来增加耦合线路的系数，从而能够让接地装置发挥出最大的作用。最后，要根据防雷设计要求，选择合适的架空输电线路的接地外形和埋深深度，要建立相应的模型，利用模型对其设计进行分析，选择合适的架空输电线路的接地外形和埋深深度。

3.2 科学地设计架空输电线路避雷线

科学地设计架空输电线路避雷线能够有效地对其电流进行分流，且可以有效地控制雷电流，将雷电流控制在合理的范围内，减少110 kV架空输电线路受到雷击的影响。而且实际避雷效果与110 kV架空输电线路电压参数大小存在正相关关系。因此，必须要科学地设计架空输电线路的避雷线，建立相应的模型，从而选取最合适角度和长度的避雷线等，让避雷线发挥出最大的作用，减少雷击对110 kV架空输配电线路的影响，保证电力系统安全、稳定运行[5]。

3.3 提高输电线路绝缘水平

在110 kV架空输电线路中，较高的绝缘水平具有较大的耐雷能力。因此，在进行线路防雷设计时，应保证输电线路具有较高的绝缘水平。为了提高线路绝缘强度，应合理监督并检测输电线路零值绝缘子部件。同时，考虑各种绝缘子部件实际运行性能，如零值自爆、耐电弧、不易老化等，对这些部件对应的防雷参数进行研究，选择出输电线路绝缘子最佳原材料。

4 结束语

综上所述，加强对110 kV架空输电线路的防雷设计至关重要，必须要完善其设计方法，减少雷击事故，保证电力系统正常、安全运行。本文通过对防雷设计的必要性和雷击类型进行论述，为110 kV架空输电线路的防雷设计提供理论依据，并通过对防雷设计的要点和措施进行分析，从而分析出防雷设计的方法和存在的问题，并且提出针对性建议，完善防雷设计体系，保证电力系统安全运行。