梁靖
封开县源益电力工程有限责任公司 广东肇庆 526500
摘要：由于高压电网处于架空环境中，遭受雷击的概率较其他系统高，雷击输电线路事故给国民经济带来极大的损失，为减少此类事故的发生，本文对110kV架空输电线路雷害原因进行了分析，并提出了相关防雷技术措施，以供参考。
关键词：高压电网；雷击原因；防雷措施
随着社会经济快速发展，对输电线路供电安全要求越来越严格，对于架空高压输电线路而言，影响最大的因素就是雷击，由于雷击导致的跳闸、停电的事故发生率高，给国民经济带来了极大的影响。因此，为了确保电力系统的安全稳定运行，采取有效的防雷保护措施，对110kV架空电力线路的防雷保护和接地进行分析和研究，找出雷害事故频发的原因，寻求改进和完善的措施是非常有必要的。
1 雷害发生的成因及主要形式
1.1 雷害发生的成因
雷电是一种雷云放电的自然现象。雷云放电的大部分是在云间或云内进行，只有小部分是对地发生的。当雷云较低、周围又没有带异性电荷的云层，就会对地面突出物如架空线路铁塔或导线放电，产生很大的雷电流，可达几十甚至几百千安。雷电流能在几个μs内达到最大值，然后在几十μs内衰减下去，它为2.6/40μs的冲击波。表征雷电流的参数主要是雷电流幅值和雷电流波头的陡度（即雷电流变化的速度）。雷云对地放电时，不但会在受雷电直击的线路上产生直击雷过电压，也会在雷击点附近未受雷击的线路上形成感应雷过电压。当雷击过电压高于线路绝缘50%冲击耐受电压U50%时，线路绝缘击穿发生跳闸事故，严重时会发生电网大面积停电事故，威胁电网安全。
1.2 雷害发生的主要形式
110kV架空线路发生雷害的主要形式是雷电的反击和绕击。感应雷对110kV架空线路没有危害，但会对35kV及以下架空线路造成损害。
（1）雷电击中架空地线或杆塔顶时，雷电流下泄中会引起塔头电位升高，其电位大于绝缘子串U50%时，雷电流沿绝缘子串对导线放电，造成架空线路雷电反击闪络跳闸。若遭受雷击架空线某杆塔高度h为24m，雷电强度I为40kA，杆塔接地电阻R为10Ω。根据公式：
式中，I——雷电流幅值，kA；
hd——导线悬挂的平均高度，m；
S——雷击点距线路的距离，m；
k——导线与避雷线之间的耦合系数。
经计算和有关文献中的实测值，雷电感应过电压最大为300～400kV，远小于110kV架空输电线路绝缘子串700kV的耐雷冲击强度，不存在感应雷害。
2 110kV架空电网输电线路防雷现状
某电网110kV架空电网线路设计时按不低于40kA耐雷水平进行防雷设计，输电线路所经区域年平均雷暴日为27.8天，属一般落雷区。110kV架空线路全线架设有架空避雷线，对同塔双回、三回、四回线路架设双架空地线，单回路架空线路悬挂一根避雷线。杆塔上架空地线防雷保护角在25°及以下。杆塔接地装置工频接地电阻设计不超过30Ω。悬垂绝缘子串选用7片XP-70瓷绝缘子、耐张绝缘子串考虑零值绝缘子选用8片XP-70瓷绝缘子，绝缘子串雷电冲击耐受电压U50%在700kV以上。
提供典型的杆塔资料利用高压研究院ATP数值仿真软件，进行了110kV架空线路杆塔耐雷水平（I1）仿真计算，计算结果见表1和见表2。
表1 铁塔耐雷水平（I1）的仿真计算结果kA
从表中计算结果可知，杆塔耐雷水平（I1）在40kA及以上，要求杆塔接地装置工频接地电阻在15Ω以下；若提高杆塔耐雷水平在60kA及以上，必须将杆塔接地装置的工频接地电阻改造为7Ω以下。接地装置的工频接地电阻是影响线路杆塔耐雷水平的重要因素。
3 110kV架空电网输电线路防雷技术措施
3.1 架设避雷线
架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线，同时还具有以下作用：
（1）分流作用，以减小流经杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位；
（2）通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压；
（3）对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。
通常来说，线路电压愈高，采用避雷线的效果愈好，而且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低。因此，110kV 及以上电压等级的输电线路都应全线架设避雷线。同时，为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，减小绕击率，避雷线对边导线的保护角应做得小一些，一般采用20°～30°。
3.2 安装避雷针
安装避雷针也是架空输电线路常用的一种防雷措施。但是在实际应用却存在以下问题：
（1）由于避雷针的引雷作用，所以雷击次数就会提高，当雷电被吸引到针上，在强大的雷电流沿针而流入大地过程中，雷电流周围形成的磁场会产生截应过电压，它与雷电流的大小及变化速度成正比，与雷击的距离成反比。而被保护物的自然屏蔽装置对电磁感应或电磁干扰的屏蔽作用，不能达到有效屏蔽，使被保护区内的弱电设备因感应过电压而损坏。
（2）反击的危害当雷电被吸引到针上，将有数千安的高频电流通过避雷针及其接地引下线和接地装置，此时针和引线的电压很高，若针对被保护物之间的距离小于安全距离时，会由针及引下线向被保护物发生反击，损坏被保护物。我国国标规定针距被保护物的空气中距离≥5 m，针距被保护物的接地装置间的地中距离Sd≥3m，针对这一要求，微波塔和电视发射塔的各种天线上的避雷针是难以满足规范的要求。
（3）电磁感应问题在强大的雷电流沿避雷针向下流入地中的过程中，会在周围产生强大的电磁场，它会使微波通信、计算机等设备产生误动。强大的电磁场，可以使金属开口环或打包用铁箍的接触不良处发生放电，从而引燃引爆易燃易爆物。更常见的则是引起微电子设备（通信设备，计算机设备等）的失灵与损坏。受雷击的针及引线，在高频雷电流作用下，将从接触点至地面产生一个较高的接触电压。当雷电流流入大地扩散时，在入地点沿半径各点形成不同的电位，若跨入该区域会产生很高的跨步电压。
3.3 加强线路绝缘
由于输电线路个别地段需采用大跨越高杆塔（如：跨河杆塔），这就增加了杆塔落雷的机会。高塔落雷时塔顶电位高，感应过电压大，而且受绕击的概率也较大。为降低线路跳闸率，可在高杆塔上增加绝缘子串片数，加大大跨越档导线与地线之间的距离，以加强线路绝缘。
3.4 采用不平衡绝缘方式
在现代高压及超高压线路上，同杆架设的双回路线路日益增多，对此类线路在采用通常的防雷措施尚不能满足要求时，可考虑采用不平衡绝缘方式来降低双回路雷击同时跳闸率，以保障线路的连续供电。不平衡绝缘的原则是使双回路的绝缘子串片数有差异，这样，雷击
时绝缘子串片数少的回路先闪络，闪络后的导线相当于地线，增加了对另一回路导线的耦合作用，提高了线路的耐雷水平使之不发生闪络，保障了另一回路的连续供电。
3.5 藕合地埋线
藕合地埋线可起两个作用：一是降低接地电阻，《电力工程高压送电线路设计手册》指出：连续伸长接地线是沿线路在地中埋设1～2 根接地线，并可与下一基塔的杆塔接地装置相连，它是降低高土壤电阻率地区杆塔接地电阻的有效措施之一；二是起一部分架空地线的作用，既有避雷线的分流作用，又有避雷线的藕合作用。据有的单位的运行经验，在一个20 基杆塔的易击段埋设藕合地埋线后，10 年中只发生一次雷击故障。有文献介绍可降低跳闸率40%，显著提高线路耐雷水平。
3.6 装设消雷器
消雷器是一种新型的直击雷防护装置，在国内已有十余年的应用历史，目前架空输电线路上装设的消雷器已有上千套，运行情况良好。虽然对消雷器的机理和理论还存在怀疑和争论，但它确实能消除或减少雷击的事实已被越来越多的人承认与接受。消雷器对接地电阻的要求不严，其保护范围也远比避雷针大。在实际装设时，应认真解决好有关问题。
4 综合防雷方案的实施及效果
我们根据制定的综合防雷方案从2009年开始实施，按费用情况分步组织落实，于2011年实施完毕。具体实施情况如下：
（1）对所有64条110kV架空线路杆塔接地电阻进行了普测。将接地电阻较大的34基杆塔和5基杆塔接地装置腐蚀、锈断的问题安排了整改，接地电阻测试值均达到要求。并对易遭雷击的12条线路共计18基杆塔的接地电阻进行了降阻处理，接地电阻由原来的10Ω降低到5Ω以下，提高了线路杆塔耐雷水平。
（2）对厂区110kV架空线路的每串绝缘子进行了加挂绝缘子片的改造。在满足杆塔空气间隙和对地距离的情况下，将线路悬垂串由7片增加到8片、而耐张串由原来的8片增加到9片。加大了线路绝缘子串U50%雷电冲击耐受电压。将杆塔整体耐雷水平提高了10kA。
（3）在处于多雷区、水塘边容易发生雷电绕击的4条110kV架空线路的11基杆塔顶部安装了型号为CFG-X3可控放电避雷针。安装可控避雷针的杆塔见表3。
表3 安装了可控放电避雷针的线路杆塔
（4）在跨越厂房、线路通廊密集的高杆塔线路的最下层导线下方加挂了一根耦合地线。该变电站110kV东出线共计8回架空线出线，其中有6回跨越三热轧厂房，跨越杆塔呼高60m，较易遭受雷击。原设计在塔顶悬挂有双避雷线，为加强防雷效果，我们另在每条线路导线下方加挂一根耦合地线，使雷电雷击杆塔时耦合地线起到分流和耦合作用，大大降低线路雷击跳闸率。
（5）110kV架空线路上广泛安装线路避雷器。线路避雷器采用外带串联间隙的线路型氧化锌避雷器。
通过对以上方案的实施，该电网110kV架空线路从2010年～2011年2年间未发生一起雷击跳闸事故，雷击跳闸率远远优于国网公司0.525次/100km?a的期望目标值。110kV线路雷击故障统计情况见表4。
表4 电网110kV架空线路雷击跳闸统计表
5 结语
总之，通过上文对输电线路的运行状况和雷击故障的原因以及防雷措施分析，我们得出，对电网110kV架空线路部分杆塔进行接地网降阻、增加线路绝缘子串片数、安装可控放电避雷针、加挂耦合地线和安装线路避雷器等综合防雷方案的实施，效果明显，采取有针对性的综合防雷技术措施，是可以达到减少输电线路雷击跳闸故障，提高供电可靠性的目的。
参考文献：
[1]刘刚、陈荣锋、莫芸.10kV架空配电线路避雷线架设高度的探讨[J].电瓷避雷器.2012（04）
[2]刘靖、刘明光、屈志坚、刘铁.不同地形条件下架空配电线路的防雷分析[J].高电压技术.2011（04）
论文作者:梁靖
论文发表刊物:《基层建设》2015年19期供稿
论文发表时间:2015/12/30
标签：杆塔论文; 线路论文; 雷电论文; 避雷线论文; 绝缘子论文; 防雷论文; 过电压论文; 《基层建设》2015年19期供稿论文;