摘要：架空输电线路在电网中占有极为重要的地位，一旦遭到雷击损坏，将会直接影响到电网的安全可靠运行，造成不可预料的严重后果，因此必须要对此采取可靠的防雷措施。基于此，本文将探讨110kV架空线路综合防雷技术，通过阐述雷害发生的成因及主要形式，对110kV架空线路综合防雷技术进行分析，提出一些措施，以期做好防雷工作，确保110kV架空线路运行的平稳性和安全性。
关键词：110kV架空线路；防雷技术；安装；接地装置
引言
近年来，随着时代的不断进步，架空线路得到了广泛的应用。但是，110kV架空线路大多基址都位于山区，因存在地势高、档距大及土壤电阻率高等原因，且其大部分线路都处于自然环境中，所以极易发生雷击故障，此类故障主要因为雷击闪络后的工频续流损坏线路绝缘子及其金具，进而引起线路发生跳闸事故，这严重影响了架空输电线路安全可靠运行。因此提高综合防雷水平是110kV架空线路防雷研究的关键。下文将对110kV架空线路的雷害发生原因进行分析，选择最符合实际要求的防雷措施，提升其综合防雷水平。
1 雷害发生的成因及主要形式
雷电属于自然的雷云放电现象。雷云本身的放电大部分都是在云内或者是云间进行的，只有很少的一部分会对地发生。当雷云本身较低，再加上周边没有任何的带异性的电荷云层，这样就很容易对架空线路铁塔或者是导线等进行放电，从而产生几十甚至是几百千安的雷电流。雷电流能够在很短时间内达到最大值，之后再逐渐的衰减下去，其冲击波达到2.6/40μs。表征雷电流的参数主要是雷电流波头的陡度和雷电流幅值，也就是雷电流的变化速度。当雷云在对地放电的时候，不仅会因为雷电的直击导致线路上出现直击雷的过电压，同时，在雷击点的附近，没有受到雷击的线路，就会有感应雷过电压的形成。如，某变电站110kV架空线路出现了雷击事故，导致电网的5条110kV架空线路出现跳闸现象，直接中断了公司大部分生产单位的能源介质，导致生产被迫停顿。110kV架空线路所设计的耐雷水平，使用线路遭受雷击的时候，线路绝缘不会有闪络出现，其用最大电流幅值来衡量。主要包含了架空线路杆塔反击耐雷水平I1以及绕击耐雷水平I2。
110kV架空线路出现雷害主要是因为雷电的反击以及绕击所造成的。但是感应雷不会危害到110kV的架空线路，会对35kV的架空线路造成一定的损害。
第一，当雷电集中在杆塔顶或者是架空地线的时候，雷电流在下泄的过程中会引起塔头的位升高，其电位比绝缘子串U50%大时，雷电就会沿着绝缘子串来对导线进行放电，这样就会出现线路的雷电反击现象，出现闪络跳闸。如果架空线的杆塔高度h为24m，杆塔接地电阻R为10，雷电强度I为40kA，按照公式：.png)
遭受雷击塔顶的电位为1017kV，也就是距离地面24m的塔顶过电压为1017kV。
第二，当架空输电线路导线被雷电击中时，会在导线上传输雷电流。一般来说，主要是通过导线之上的电晕损失以及相邻导线的耦合作用就会将雷电流能量的波峰加以消减。但是在导线上进行传输的时候，因为存在导线的波阻抗，在导线上就会有一个雷电流所引起的高电位存在。当雷电所引起的电压比线路绝缘子串雷电耐受冲击电压大的时候，沿着绝缘子串就会出现雷电流的横担放电现象，这样就会在绝缘子串上出现绕击闪络的问题，导致线路跳闸现象发生。如果绕击点的雷电流i为12kA，线路波阻抗Z为500。按照公式：.png)
那么，绕击点的过电压就会达到1500kV。
第三，如果说雷云距离线路的距离低于65m，因为架空线路杆塔或者是避雷线的吸引，导致线路本体被击中，从铁塔进入地下。在对65m之外的凸出物进行放电中和之后就会有雷电感应的过电压出现。其过电压幅值Ug按照公式计算：.png)
式中，I表示雷电流幅值；hd表示导线的悬挂平均高度；S表示雷击点距离线路的距离；k表示避雷线与导线之间的耦合系数。
通过相关的数据实测值来看，雷电感应过电压最大达到300～400kV，比110kV的架空线路的绝缘子串700kV耐雷冲击强度小，所以，不会有感应雷害的存在。
2 110kV架空线路综合防雷技术措施
按照110kV架空线路运行维护的实际水平以及对现场的调研资料来分析，对于110kV架空线路应该通过线路绝缘水平、接地装置、侧向避雷针、线路保护角度、安装氧化锌避雷器等多个方面的改善与调整来帮助110kV架空线路提升其防雷综合水平，从而确保110kV架空线路运行的平稳性和安全性。
2.1 加强架空线路绝缘水平
在《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》之中提到：如果海拔不超出1000m，110kV架
空线路的悬垂绝缘子串必须制备超出7片的绝缘子个数，最好达到8片。如果属于大跨越档距，全高超出了40m的吸纳路杆塔，每增高10m的高度，就会相应的增加1片绝缘子。如，某一个区域的海拔为1200～1450m之间，地区本身属于山间盆地，所以，最好能够考虑到以下几个方面：第一，对于容易遭受雷击灾害的段落绝缘配置。因为平均海拔超出了1000m，所以，还需要乘以海拔的校正系数。如果杆塔多次遭受雷击，就应该增加1～2片绝缘子用于技术升级改造，这样就可以满足架空线路绝缘配置水平提高的要求。第二，按照工程的实际情况，对于耐张杆塔予以1～2片绝缘子的增加。第三，如果线路杆塔处于山顶或者是大跨越布置，最好是增加1～2片绝缘子，这样有利于线路杆塔综合耐雷水平的提升，以保证线路的安全运行水平和运行经济性。
2.2 改善接地装置
（1）降低接地电阻
降低杆塔的接地电阻可以利用深埋式接地极、水平外延接地体、加装导电接地模块，以低阻物质填充的方式来满足110kV架空线路防雷水平的要求。对于高土壤电阻率区域，可以选择垂直接地极布设的方式，这样有利于改善干燥土壤线路杆塔不良接地问题。如果是水泥杆塔线路，需要在距离杆塔3～5m的位置布置垂直接地极；如果是铁塔可以考虑到5～8m处布置。在选择110kV的线路杆塔垂直接地极长度时，应该控制在1.5m左右，保持4～6m的间距，选择角钢或者是圆钢进行加工处理，并且随时做好防腐处理工作。
（2）增加耦合系数
按照雷击闪络的反击理论，通过减少电杆、增加耦合系数以及降低接地电阻也有利于线路综合耐雷水平的提高。常规的耦合系数增加，主要是通过架空地线的布设以及耦合地线的增设来实现，但是考虑到雷击本身有稳态电磁感应以及暂态行波，所以通过杆塔接地射线强化等技术，就可以对杆塔接地位置的布设分布加以改善，以便增强耦合系数。对于110kV架空线路而言，其杆塔的接地射线结构如图1所示。
图1 电磁感应型杆塔接地射线结构图.png)
如果土壤电阻率高，就可以按照上述图1中的结构，将110kV架空线路电磁耦合系数增加，这样也可以避免线路绝缘子串雷击承受的冲击电压过高，进一步满足架空线路综合耐雷水平的提升。
2.3 安装侧向避雷针
一般来说，会在山顶等位置布设杆塔，雷云有的时候会和杆塔或者是线路相互平行，有的时候还会在杆塔或者是线路下方运动，再加上复杂的杆塔电磁环境，相比档距的中央，杆塔处更容易存在雷电绕击的过电压现象。按照理论知识以及工程实践的研究，避免绕击过电压，可以选择侧向避雷针安装技术。对于110kV架空线路而言，在杆塔横担的两侧安装侧向避雷针，其长度最好选择3000mm，中间固定的部分长度控制在1200mm，横向的设备长度约1800mm。并且有3个有效的固定点存在，具体的安装示意图如图2所示。
图2 侧向避雷针的安装示意图.png)
通过3个避雷针的固定螺孔与杆塔的横担之间保持相互的电气连接，并且通过杆塔接地体与接地引线下的电气连接，就可以确保雷电流能够顺利的泄入大地之中。通过侧向避雷针的安装，虽然有利于架空线路防范绕击水平的提高，但是线路的引雷率会有所提升。所以，为了避免在侧向避雷针中出现反击故障率升高的问题，增加绝缘子串片数是有效的方式。与普通型相比，复合型的绝缘子要长出1000～1500mm；玻璃绝缘子或者是瓷质绝缘子应该增加1片，这样有利于线路综合耐雷水平的提升。
2.4 减小线路保护角
针对110kV架空线路的绕击跳闸率，减小保护角是行之有效的技术措施。如果线路已经建成使用，该线路的保护角的可行性和实施性偏低，尤其是针对山区之中存在较大倾角的线路杆塔来说，考虑到塔头结构设计等因素产生的制约，不可能大幅度的降低保护角。在工程的实际操作之中，就应该对经济、技术等方面进行综合的考虑，合理选择线路保护角，以保证线路的经济、安全运行。
2.5 安装线路氧化锌避雷器
线路氧化锌避雷器的安装，可以降低反击事故跳闸率和绕击的出现，大幅度提高110kV架空线路的耐雷水平。尤其是针对土壤电阻率偏高、雷电活动强烈的区域，加装线路氧化锌避雷器，就能够大幅度的提高耐雷水平，确保110kV架空线路的安全性和可靠性。
3 结论
总之，110kV架空线路的防雷技术是一项系统性与复杂性结合的工程，在施工与设计中应与地理环境、气象因素、运行经验以及施工等因素相结合，选择最符合实际要求的防雷措施。根据110kV架空线路运行维护的实际水平以及对现场的调研资料来分析，选择避雷设施，通过架空线路的绝缘程度提高、减小线路的保护角、改善接地装置、安装侧向避雷针和线路氧化锌避雷器等措施，提升110kV架空线路的综合防雷能力，确保输电线路的正常运用。
参考文献：
[1] 周立云.110 kV架空线路综合防雷技术措施探讨[J].上海电气技术.2012
[2] 笪群峰.110 kV输电线路综合防雷技术措施探讨[J].企业技术开发月刊.2014
[3] 肖威扬.110kV输电线路综合防雷技术措施探讨[J].大科技.2014
论文作者:陈均明
论文发表刊物:《基层建设》2016年13期
论文发表时间:2016/10/17
标签：线路论文; 杆塔论文; 雷电论文; 绝缘子论文; 过电压论文; 防雷论文; 导线论文; 《基层建设》2016年13期论文;