周立云

（寧夏電力公司 吳忠供電局，寧夏吳忠751100）

架空輸電線路由于運(yùn)行環(huán)境較為惡劣、雷擊故障率較高，防雷工作一直是電力工作者研究探討的重點(diǎn)。近年來，110kV及以上高電壓等級電網(wǎng)因雷擊引起的故障率占有較大比例。此類故障主要由于雷擊閃絡(luò)后的工頻續(xù)流損壞了線路絕緣子及其金具，進(jìn)而引起線路發(fā)生跳閘事故。雷擊架空輸電線路引起線路發(fā)生跳閘停電事故已成為我國高壓輸電線路中的主要事故類型［1］。2012年，寧夏吳忠市110kV電網(wǎng)已形成以單環(huán)網(wǎng)和雙回路供電為主的網(wǎng)架結(jié)構(gòu)。隨著吳忠市近幾年110kV電網(wǎng)的快速建設(shè)發(fā)展，架空線路長度不斷增加，網(wǎng)架結(jié)構(gòu)也變得更加復(fù)雜，由于征地、地勢等原因，許多線路不可避免的要經(jīng)過多雷、土壤電阻率高以及地形地勢較為復(fù)雜的山區(qū)。為提高架空線路防雷水平，降低線路雷擊跳閘事故發(fā)生率，就必須結(jié)合工程實(shí)際采取綜合防雷措施。另外，隨著架空線路走廊的緊缺，同塔雙回或多回110kV架空線路結(jié)構(gòu)在工程中逐步得到應(yīng)用，桿塔高度不斷增加，尤其是隨著高速公路網(wǎng)建設(shè)步伐的加快，大跨越高（超高）桿塔在工程中應(yīng)用數(shù)量急劇增加，造成110kV架空線路遭受雷擊的概率大幅度提高［2］。針對110kV架空線路規(guī)劃、施工建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)等過程中存在的問題，有必要采取諸如降低桿塔接地電阻、加強(qiáng)線路絕緣水平、架設(shè)耦合地線等防雷技術(shù)措施，提高110kV架空線路的綜合防雷水平，確保線路安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的高效穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)展。

1 架空線路雷擊過電壓原理特征

架空線路中常見的雷電過電壓包括直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓兩大類。其中，直擊雷過電壓是當(dāng)雷電直接擊中輸電線路桿塔、避雷線或?qū)Ь€時(shí)，引起架空線路出現(xiàn)過電壓；感應(yīng)雷過電壓則是當(dāng)雷擊架空線路附近區(qū)域時(shí)，由于電磁感應(yīng)作用在導(dǎo)線上產(chǎn)生過電壓。從大量文獻(xiàn)研究和實(shí)踐工作經(jīng)驗(yàn)可知，直擊雷過電壓對架空線路的危害非常大，而感應(yīng)雷過電壓則只對35kV及以下的架空線路構(gòu)成一定的威脅。因此，本文重點(diǎn)分析110kV架空線路直擊雷的綜合防護(hù)。根據(jù)雷擊架空線路部位的不同，又可將直擊雷過電壓按照兩種情況進(jìn)行分析：① 雷擊110kV架空線路桿塔或避雷線時(shí)，雷電流通過雷擊點(diǎn)使該點(diǎn)對地電位瞬時(shí)急劇上升，進(jìn)而在雷擊點(diǎn)與導(dǎo)線間產(chǎn)生一個(gè)電位差。當(dāng)該值超過110kV架空線路絕緣水平時(shí)，就會形成沖擊放電電壓，進(jìn)而對導(dǎo)線發(fā)生閃絡(luò)，使其出現(xiàn)過電壓問題。此時(shí)，桿塔或避雷線在雷電流作用下的電位有效值要高于導(dǎo)線，通常會造成反擊沖擊破壞。② 雷擊110kV架空線路導(dǎo)線（繞過線路避雷線（屏蔽性能失效）擊中導(dǎo)線）由雷電繞擊直接作用在導(dǎo)線上引起過電壓問題。反擊和繞擊的雷擊部位和作用原理有不同的特征，在實(shí)際規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)和運(yùn)行維護(hù)過程中，應(yīng)結(jié)合工程實(shí)際情況，采取不同的技術(shù)措施，才能確保線路綜合防雷措施體系取得較好的防雷效果。

2 110kV線路雷擊跳閘的主要影響因素

2.1 架空線路絕緣配置因素

在不考慮運(yùn)行電壓對架空線路防雷絕緣性能影響的基礎(chǔ)上，如僅按照單回線路進(jìn)行線路絕緣配置，雖然可以降低110kV同塔雙回架空線路發(fā)生雙回同時(shí)跳閘的故障率，但如將此種絕緣配置防雷性能折算到2回不同線路上，則其總跳閘故障率將會增加。因此，在實(shí)際工程應(yīng)用中，應(yīng)對110kV單回和雙回同塔架空線路采取不同的絕緣配置模式：對于同塔雙回線路而言，其中1回輸電線路應(yīng)按正常模式進(jìn)行絕緣配置；另1回則需根據(jù)工程實(shí)際采取加強(qiáng)絕緣模式進(jìn)行絕緣配置，這樣才可以兼顧110kV同塔雙回線路同時(shí)跳閘率和總跳閘故障率等多項(xiàng)絕緣性能指標(biāo)。

2.2 架空線路相序排列因素

導(dǎo)線的相序排列對架空線路防雷水平影響較大。對于110kV同塔雙回線路而言，通常采取逆相序排列方式以降低雙回線路同時(shí)跳閘率。逆相序排列方式中，110kV同塔雙回架空線路的2列上導(dǎo)線間的相位角差為120°，若線路出現(xiàn)雷擊桿塔或避雷線的反擊過電壓時(shí)，則會使110kV架空線路上左、右兩邊導(dǎo)線絕緣子串兩側(cè)的電位值存在一定差值，使其中1回線路先發(fā)生反擊過電壓閃絡(luò)，而另外1回線路則會由閃絡(luò)放電起到一定保護(hù)作用。

2.3 桿塔接地電阻因素

110～500 kV架空線路耐雷水平與桿塔接地電阻間的關(guān)系如表1所示。

表1 110～500kV架空線路耐雷水平與桿塔接地電阻間的關(guān)系

對于單地線的110kV架空線路而言，由于架空地線的耦合系數(shù)偏小，在同樣接地電阻條件下，線路耐雷水平約低25%，也就是說，即便110kV架空線路滿足表1中的接地電阻技術(shù)性能要求，也可能會引起同塔雙回架空線路的耐雷水平達(dá)不到表1中的指標(biāo)要求；因此，在110kV同塔雙回架空線路規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)等過程中，要認(rèn)真對架空線路桿塔布設(shè)區(qū)的接地電阻值進(jìn)行監(jiān)測，尤其在施工建設(shè)過程中，要認(rèn)真測試每座桿塔的接地電阻值。根據(jù)DL／T 620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》、DL／T 621—1997 《交流電氣裝置的接地標(biāo)準(zhǔn)》等相關(guān)技術(shù)規(guī)范要求，在線路施工過程中必須采取相應(yīng)技術(shù)措施將桿塔接地電阻有效控制在15Ω以下，以確保110kV同塔雙回架空線路具有較高防雷水平。

2.4 架空地線保護(hù)角

從全國年平均雷暴指數(shù)可知，吳忠市紅寺堡區(qū)是典型多雷區(qū)，繞擊和反擊故障發(fā)生次數(shù)幾乎相等，各占50%。110kV同塔雙回線路的避雷線出現(xiàn)雙回線路屏蔽性能同時(shí)失效的可能性非常低，即繞擊故障通常只會引起同塔雙回線路中的某回架空線路發(fā)生跳閘故障。架空線路實(shí)用防雷措施效果分析表明，減小110kV同塔雙回架空線路的地線保護(hù)角，可以有效降低110kV監(jiān)控線路的繞擊跳閘故障發(fā)生率。

2.5 其他因素

110 kV架空線路運(yùn)行環(huán)境較差，周圍存在化工廠、粉灰廠等污染源，會使絕緣子積污腐蝕較為嚴(yán)重，加上日常運(yùn)行維護(hù)沒有跟上，導(dǎo)致絕緣子耐沖擊電壓性能降低，使線路絕緣子容易發(fā)生雷擊沖擊擊穿破壞。

3 110kV架空線路綜合防雷技術(shù)措施

吳忠市紅寺堡區(qū)位居寧夏中部，是扶貧揚(yáng)黃灌溉工程的主戰(zhàn)場。根據(jù)110kV架空線路運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)知識和現(xiàn)場調(diào)研資料，并基于上述分析，筆者認(rèn)為110kV架空線路需要從加強(qiáng)線路絕緣水平、改善接地裝置、加裝側(cè)向避雷針、減小線路保護(hù)角度等方面，來提高110kV架空線路的綜合防雷水平。

3.1 加強(qiáng)架空線路絕緣水平

在DL／T 620—1997《交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合》中明確指出：在海拔不超過1 000m的地區(qū)，110kV架空線路的懸垂絕緣子串的絕緣子個(gè)數(shù)不應(yīng)少于7片，宜選擇8片。而對于大跨越檔距全高超過40m的線路桿塔，其高度每增高10m，應(yīng)增加1片絕緣子。紅寺堡區(qū)海拔為1 240～1 450m，屬于山間盆地，故可以采取以下措施：① 加強(qiáng)110kV架空線路易擊段桿塔的絕緣配置。該地區(qū)平均海拔超過1 000m，應(yīng)乘以海拔校正系數(shù)。對于多次遭受雷擊的桿塔，在技術(shù)升級改造過程中，宜考慮增加1～2片絕緣子，以提高架空線路絕緣配置水平。② 宜根據(jù)工程實(shí)際情況，耐張桿塔增加1～2片絕緣子。③ 對于大跨越或布設(shè)在山頂?shù)木€路桿塔，宜考慮增加1～2片絕緣子，以提高線路桿塔綜合耐雷水平，確保線路具有較高的運(yùn)行安全與經(jīng)濟(jì)性。

3.2 改善接地裝置

在運(yùn)行維護(hù)過程中，110kV架空線路應(yīng)側(cè)重于改進(jìn)線路桿塔的接地裝置。通過有效改善線路接地裝置后，其雷擊跳閘率降幅可以達(dá)到25%～30%；而對于接地裝置較惡劣的線路桿塔而言，甚至可以達(dá)到30%～50%的跳閘率降幅。

3.2.1 降低接地電阻

通過水平外延接地體、深埋式接地極、填充低阻物質(zhì)以及加裝導(dǎo)電接地模塊等來降低桿塔接地電阻，提高110kV架空線路防雷水平。在高土壤電阻率地區(qū)，采用布設(shè)垂直接地極的方法，可以較好地改善表面干燥土壤線路桿塔存在的接地不良問題。對于水泥桿塔線路，其垂直接地極應(yīng)從距離桿塔3～5m處進(jìn)行布置；而對于鐵塔則應(yīng)從5～8m處進(jìn)行布置。110kV線路桿塔垂直接地極的長度宜選擇1.5m左右，間距宜控制于在4～6m內(nèi)，并采用圓鋼或角鋼進(jìn)行加工，施工過程中應(yīng)注意防腐處理［3］。

3.2.2 增加耦合系數(shù)

根據(jù)雷擊閃絡(luò)的反擊理論可知，增加耦合系數(shù)、減少電感、降低接地電阻等均可以提高線路綜合耐雷水平。常規(guī)增加耦合系數(shù)的方法是采用布設(shè)架空地線和增設(shè)耦合地線的方式實(shí)現(xiàn)，但由于雷擊存在暫態(tài)行波和穩(wěn)態(tài)電磁感應(yīng)過程；因此，可以通過加強(qiáng)型強(qiáng)化電磁感應(yīng)型桿塔接地射線等技術(shù)手段來改善桿塔接地裝置的分布情況，增加耦合系數(shù)。110kV架空線路的強(qiáng)化電磁感應(yīng)型桿塔接地射線結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 加強(qiáng)型強(qiáng)化電磁感應(yīng)型桿塔接地射線結(jié)構(gòu)圖

對于土壤電阻率ρ＞1 000Ω·m的地區(qū)，可按照圖1所示的加強(qiáng)型強(qiáng)化電磁感應(yīng)型桿塔接地射線結(jié)構(gòu)，來增加110kV架空線路的電磁耦合系數(shù)，降低線路絕緣子串雷擊過程中所承受的沖擊電壓，進(jìn)一步提高架空線路綜合耐雷水平。

3.3 安裝側(cè)向避雷針

桿塔布設(shè)在山頂?shù)任恢幂^高的地區(qū)，雷云有時(shí)可能與線路或桿塔平行，而有時(shí)則可能運(yùn)動在桿塔或線路的下方，加上桿塔處電磁環(huán)境較為復(fù)雜，桿塔處比檔距中央更易出現(xiàn)雷電繞擊過電壓問題。據(jù)長期的理論研究和工程實(shí)踐應(yīng)用探索，安裝側(cè)向避雷針是110kV架空線路行之有效的防繞擊過電壓的一種技術(shù)措施。對于110kV架空線路而言，將側(cè)向避雷針安裝在桿塔橫擔(dān)兩側(cè)，其側(cè)向避雷針長度達(dá)3 000mm較為適宜，中間固定部分長約1 200mm，橫向設(shè)備部分長約1 800mm，并設(shè)置3個(gè)有效固定點(diǎn)，其具體安裝示意圖如圖2所示。

圖2 側(cè)向避雷針安裝示意圖

通過避雷針3個(gè)固定螺孔與桿塔橫擔(dān)進(jìn)行有效電氣連接，并經(jīng)接地引下線與桿塔接地體進(jìn)行有效電氣連接，確保將雷電流有效引入到大地中進(jìn)行泄流。加裝側(cè)向避雷針后，雖可以提高架空線路防繞擊水平，但同時(shí)增加了線路引雷率［4］；因此，為了防止安裝側(cè)向避雷針帶來反擊故障率升高的情況，可以適當(dāng)增加絕緣子串片數(shù)，如復(fù)合型絕緣子應(yīng)比普通型加長10%～15%；而瓷質(zhì)或玻璃絕緣子應(yīng)增加1片，以提高架空線路綜合耐雷水平。

3.4 減小線路保護(hù)角

減小保護(hù)角是降低110kV架空線路繞擊跳閘率比較有效的一種技術(shù)措施。但對于已經(jīng)建設(shè)投入運(yùn)行的線路，改變線路保護(hù)角的可行性和具體實(shí)施性較差，尤其對于山區(qū)地面傾角較大的線路桿塔而言，因受塔頭結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)等因素的制約其保護(hù)角不可能大幅度降低。減小線路保護(hù)角，其所需經(jīng)濟(jì)資源較大；因此，在工程實(shí)踐中，應(yīng)從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等多方面進(jìn)行綜合考慮，以選擇合適的線路保護(hù)角，確保線路安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行發(fā)展。

3.5 安裝線路氧化鋅避雷器

安裝線路氧化鋅避雷器可以較大提高110kV架空線路綜合耐雷水平，有效降低線路繞擊和反擊事故跳閘率，尤其對于雷電活動較為強(qiáng)烈或土壤電阻率較高、常規(guī)降低桿塔接地電阻難以實(shí)施的易雷擊線路段，使線路耐雷水平得到大大提高，可以有效降低線路雷擊跳閘事故率，確保110kV線路具有較高供電安全可靠性。

4 結(jié) 語

（1）防雷工程要始終貫穿于規(guī)劃設(shè)計(jì)、施工建設(shè)、運(yùn)行維護(hù)等全過程中，除了上述分析的幾種提高110kV架空線路防雷水平的技術(shù)措施外，還有在多雷區(qū)的線路桿塔上安裝塔頭避雷針、加裝并聯(lián)保護(hù)間隙［5］等技術(shù)措施，對防止直擊雷過電壓也可取得較好的防雷效果。

（2）在進(jìn)行110kV架空線路的綜合防雷措施體系構(gòu)建過程中，要結(jié)合工程實(shí)際地形、地貌、土壤地質(zhì)條件以及該地區(qū)高壓線路運(yùn)行維護(hù)經(jīng)驗(yàn)知識，從技術(shù)、經(jīng)濟(jì)等角度進(jìn)行方案優(yōu)化選擇，獲得技術(shù)上可行、經(jīng)濟(jì)上優(yōu)越的綜合防雷方案。

（3）提高線路防雷水平是一個(gè)系統(tǒng)復(fù)雜的工程，需要設(shè)計(jì)、施工、運(yùn)行維護(hù)等相關(guān)部門的密切協(xié)調(diào)配合。除了要抓好勘察、設(shè)計(jì)、施工、監(jiān)督等環(huán)節(jié)中的施工質(zhì)量外，還應(yīng)加強(qiáng)后期運(yùn)行維護(hù)管理水平，提高110kV架空線路綜合防雷水平，減少雷擊跳閘事故發(fā)生率，推動線路安全可靠、節(jié)能經(jīng)濟(jì)的高效穩(wěn)定運(yùn)行發(fā)展。

［1］王春杰，祝令瑜，汲勝昌，等.高壓輸電線路和變電站雷電防護(hù)的現(xiàn)狀與發(fā)展［J］.電瓷避雷器，2010，3（235）：35－46.

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［3］李景祿.輸電線路桿塔接地及其降阻措施［J］.電瓷避雷器，2003（3）：40－42.

［4］王 劍，劉亞新，陳家宏，等.基于電網(wǎng)雷害分布的輸電線路防雷配置方法［J］.高電壓技術(shù)，2008，34（10）：2065－2069.

［5］陳維江，孫昭英，李國富，等.110kV和220kV架空線路并聯(lián)間隙防雷保護(hù)研究［J］.電網(wǎng)技術(shù)，2006，30（13）：70－75.