110kV线路系统防雷分析
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作者: 李丛岱
摘要：在电网的输电系统中，110kV电压等级的输电线路重要性决定了其防雷设计、施工以及运行管理的重要性。文章针对110kV输电线路的防雷进行研究，分析了雷击跳闸的主要影响因素，对防雷设计的思路以及相应的关键措施进行了深入探讨，可以看出，合理有效的防雷设计能够大大提高110kV输电线路的运行质量，为电力系统的安全可靠运行贡献力量。
关键词：110kV输电线路；防雷设计；避雷线
中图分类号：TU856 文献标识码：A 文章编号：1009-2374（2014）01-0135-03
输电工程发展至今，输电线路的雷击跳闸一直是人们关注的焦点，它是妨害电力系统安全稳定的重要因素之一，严重影响着配电系统的平稳运行。据统计，在输电线路的全部跳闸事故中，雷害事故占有1/3以上的比例。当电力线路遭受雷击后，电力线路中将会流过雷电流，雷电流最后导入大地；即使电力线路未遭受到雷击，一旦雷击出现，输电线路上的感应电荷将会朝着导线的两边流动，进而入侵变电站，对电力设备造成破坏。由此可见，研究合理有效的输电线路防雷保护措施具有重要的现实意义。
1 110kV输电线路雷击跳闸因素分析
1.1 绝缘配置
假设在架空输电线路的防雷绝缘性能上，运行电压不会对其造成影响，对于单回线路来说，首先需要进行绝缘的配置，从效果上来看，这种方法可以有效降低双回路同时跳闸的概率，但是，如果将这种绝缘配置的防雷水平分配到两回不同的线路上，则无疑会提高总跳闸故障的概率。因此，在实际操作中，进行绝缘配置时，需要分别配置单回线路的绝缘和双回线路的绝缘。在同塔双回线路中，按照正常模式进行绝缘配置即可，而对另一回路的绝缘配置，则应该按照工程的具体情况，加强绝缘。这样一来，110kV同塔双回路线路同时跳闸的绝缘性能指标能够满足要求，另外，总跳闸故障率的绝缘性能指标也能够满足要求。
1.2 相序排列
对于架空输电线路的防雷水平来说，导线的相序排列十分关键。在110kV同塔双回线路中，逆相序排列法是最为常用的方法，它在降低跳闸概率上有较大贡献；在使用该方式时应该注意：两列导线之间的相位角相差120°；当线路杆塔遭受雷击时或者是附近的避雷线遭受雷击时，将会出现反击过电压，此时，在左右两边的绝缘串上，电位是不相等的，容易导致一回线路出现过电压闪络的现象。
1.3 杆塔接地电阻
表1给出了110～500kV架空线路耐雷水平与杆塔接地电阻之间的关系。
表1 110～500kV架空线路耐雷水平与杆塔接地电阻之间的关系
电压等级/kV 耐雷水平/kV 接地电阻/Ω
进线段 一般线段 进线段 一般线段
110 67～98 40～75 5～10 7～20
220 94～120 75～110 5～10 5～16
500 149～195 125～175 5～11 7～16
就单地线的架空线路来说，其耦合系数较小，在接地电阻相等的情况下，线路的耐雷水平会降低25%，换言之，对于110kV架空线路来说，即使接地电阻的技术性能都满足要求，同塔双回线路的耐雷水平也可能无法达到表1中的要求。所以，在设计、建设以及维护110kV同塔双回线路时，要对相应的接地电阻进行认真监测，对每座杆塔的接地电阻值进行认真测试。
2 综合防雷技术措施分析
2.1 加强架空线路的绝缘水平
在相关规程中，对架空输电线路的绝缘给予了明确的规定。对于海拔低于1000m的地区，110kV输电线路的悬垂绝缘子串中绝缘子个数应该大于或等于7片，选择8片为最佳。对于档距较大，高度在40m以上的线路杆塔，每增加10m的高度应该增加一片绝缘子。
2.2 改善接地装置
对于110kV架空输电线路的运行维护来说，重点在于对接地装置进行改进。改善后的线路杆塔雷击跳闸概率将会大大降低，甚至降低率能够达到25%～30%；对于原来接地装置较为恶劣的线路杆塔，经过改善后，跳闸率甚至会下降30%～50%。在改善接地装置上，可以降低接地电阻，降低杆塔接地电阻的方法有：将接地体水平外沿、采用深埋式接地极、填充适量的低阻物质、加装一定的导电接地模块等等。对于土壤电阻率较高的区域来说，可以布设适量的垂直接地极，对接地不良的现象进行改善；对于水泥型杆塔线路来说，在布设垂直接地极时，应该从杆塔3～5m处开始进行；而对于铁塔线路来说，在布设垂直接地极时，应该从杆塔5～8m处开始进行。接地极的长度选择1.5m为宜，间距控制在4～6m之间为宜。另外，还可以使用适当增加耦合系数的方法，它可以对接地装置进行改善，而增加耦合系数的途径有：布设架空地线、增加耦合地线等。值得注意的是，雷击过程中存在暂态行波以及稳态电磁感应，对此，可以采用强化电磁感应型杆塔接地射线的方法来对杆塔接地装置的分布进行改善。图1给出了110kV架空线路的强化电磁感应型杆塔接地射线结构。当土壤电阻率大于1000Ω·m时，可以采用图1的结构来增加电磁耦合
系数。
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
当杆塔的位置较高时，雷云距离线路和杆塔等较近或者平行于杆塔线路，有时甚至会接近到杆塔的下方。杆塔所处的电磁环境十分复杂，此时的杆塔出现雷电绕击过电压的概率更大。对此，安装侧向避雷针是十分有效的方法。在110kV架空输电线路中安装侧向避雷针的位置是在杆塔横柤的两侧，通常情况下，避雷针的长度为3m左右，就中间的固定部分来说，选择1.2m为宜；在横向设备部分，避雷针的长度为1.8m，图2给出了具体的安装示意图。在实现电气连接上，是通过将避雷针上的固定螺孔连接到杆塔的横担上实现的，它能够实现雷电流的顺利流过，最终引入到大地中。安装侧向避雷针的主要优点在于：它能够提高线路的防绕击水平，其主要不足在于同时也会增加线路的引雷率。对此，可以通过增加绝缘子片的方式来降低线路的引雷率。
图2 侧向避雷针安装示意图
2.4 减小线路保护角
降低110kV输电线路的耐雷水平还有一种重要的技术措施，即减小保护角。对于已经建成的或是已经投运的线路来说，要改变线路的保护角较为困难，实施性较差，尤其是架设于山区中地面倾角较大的杆塔，基本无法改变保护角。总体来说，减小线路保护角的方法需要较大投资。在工程实际中，需要从技术、资金等各方面综合考虑，选择合适的保护角，保证线路的经济安全运行。
2.5 安装氧化锌避雷器
在架空线路上安装氧化锌避雷器是提高线路耐力水平的有效方法之一。其主要优点在于能够降低线路的绕击率以及跳闸率。这种方法适用于：雷电活动强烈的区域、土壤电阻率高的区域、采用常规的降低接地电阻的方法较为困难的区域等。
3 结语
就110kV架空输电线路而言，进行防雷设计是一项系统工程，并非一蹴而就的。不断提高输电线路的耐雷水平对于110kV输电线路的安全稳定运行来说意义重大，应该引起相关人员的重视。本文针对110kV输电线路的防雷进行研究，分析了雷击跳闸的主要影响因素，对防雷设计的思路以及相应的关键措施进行了深入探讨。总而言之，我国的线路防雷研究还处于发展阶段，需要投入更多的人力
物力。
参考文献
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作者简介：李丛岱（1973—），广东粤港供水有限公司电气工程师，研究方向：电力系统运行管理和维修。
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