110kV输电线路防雷保护分析

110kV输电线路防雷保护分析

郭林

国网湖南省电力有限公司洪江市供电分公司 湖南 洪江 418116

摘要：随着中国技术水平的不断提高和科学技术的不断发展，电网的发展速度也在飞速发展，占据着中国发展的主要地位。雷击是危害输电线路安全可靠运行的主要原因之一。通过雷击对线路的危害的分析，提出各种改善线路雷电性能的措施，结合多年运行实践经验提出了防范保护措施。 

关键词：110kV；输电线路；防雷保护

0、引言

发电厂、变电站是电力系统的中心环节，而输电线路是各个环节之间的连接，它相当于电力系统的血管，输电线路的安全运行，直接影响到电网和向用户可靠供电的稳定性，所以输电线路的安全运行在电网中占举足轻重的地位[2]。雷击事故不仅会造成大面积停电，影响人们的生活和经济发展，还会将事故扩大，因此必须设置可靠的防雷保护。在实际运行中，雷击输电线路是造成电网及电力系统故障的主要原因，经过统计，雷击所造成的断路器跳闸事故又是输电线路上发生次数最为频繁的，尤其是架设于山区的线路，地形造成的限制，使得线路故障大多是由于雷击跳闸引起的，基本占总跳闸次数的40%-70%，因此对输电线路的防雷应该极为重视。

1、雷击的型式及危害

110 kV 输电线路遭受雷击后，会形成以下三种情况：①感应雷过电压。如若雷电击中110 kV 输电线路、杆塔或者周边地面，导线电流骤升，若被击中的部位接地电阻未达到设计要求，导线两边会形成感应过电压波，使得导线在短时间内变为高压线，瞬间放电电压会达到几万伏甚至上千万伏，雷电覆盖区域被高温灼伤甚至融化;②直击雷过电压。当线路直接被雷电击中，直击方位会出现电位上升的情况，出现热效应、电效应，损坏输电线路，导致线路跳闸停电，周边如若有人会造成人员伤亡;③雷电绕击。在110 kV 输电线路安装了避雷针、避雷线的情况下，能够有效规避雷电反击，但是雷电可以绕过避雷装置击中导线，这叫做雷电绕击，通常发生于周边空旷、路线复杂的输电线路中，雷电绕击会导致迎着雷电云的一侧边相瓷瓶串闪络，或者雷电流过大从导线两旁传递引发瓷瓶串闪络，或者是雷电绕击一侧导致瓷瓶串闪络，但雷电流过大从杆塔传入地面，塔顶电位上升，又引起雷电绕击，致使瓷瓶闪络。

2、110kV输电线路的防雷保护措施分析

2.1 架设避雷线

避雷线又称架空地线，架设在杆塔顶部，主要作用是避免线路遭受直接雷击，此外还具有以下三方面作用。一是分流，避雷线可使雷电流向各个线柱分流，减少流过杆塔的雷电流，提高线路的耐雷水平。二是耦合，避雷线可降低雷击杆塔时绝缘子串上的电压值，避免绝缘子闪络事故。三是屏蔽，避雷线可降低导线上的感应过电压。

一般来说，线路电压等级愈高，采用避雷线的效果愈好。500kV及以上的超高压和特高压线路应架设双避雷线，保护角不大于15°；除部分雷害较少的110kV线路外，110kV及以上线路一般应全线架设避雷线，保护角一般采用20°～30°；35kV架空线路，因绝缘相对较弱，装设避雷线效果不大，一般不全线架设避雷线，而只是在距离变电站和发电站1～2km的进线段架设避雷线；6kV或10kV线路一般不架设避雷线，但是对于雷击多发或重要线路，建议架设单根避雷线。

2.2防雷设备、设施、技术

2.2.1 地线、引下线及接地装置的防腐

110kV及以上架空输电线路的防雷措施主要是通过架设架空避雷线，装设接地装置，通过引下线把雷电流释放到大地，这也是我国目前在架空输电线路上运用比较普遍的防雷措施。影响这种防雷措施的缺陷主要是架空避雷线、接地装置、引下线锈蚀，这是自然因素，但可以人为地对其进行有效的预防和改善。新建设的线路防雷装置应选择热镀锌的钢绞线和圆钢来装设；锈蚀程序较微的线路防雷装置应对其进行防腐处理，锈蚀程度较严重的应更换新的线路防雷装置。参考国内一些地方的运行经验，结合实际，对接地体引上处的防腐提出以下建议：接地体引上处的防腐：接地体从土壤引上时，在地面表层与接地体接触处最易锈蚀，这是因为地面表层处的接地体易受潮且暴露在外，与空气中的氧气接触，接地体铁部件在富氧和潮湿的条件下，极易锈蚀，特别是处于酸性土壤及低土壤电阻率粘土中的接地体以及长期由于受到化肥农药侵蚀的稻田里的接地体。而超出地面部分的接地体虽然也与空气中的氧气接触，但其受潮情况明显优于地面表层处，所以这部分接地体不易锈蚀。入土后的接地体部分，土里的潮湿情况虽然严重，但该部位处于缺氧状态，所以这部分接地体也不易锈蚀。用高标号水泥砂浆，给地面表层处的接地体做一个小型的保护帽，接地体保护帽应凸出地面表层适当高度，且要深入到土里适当的深度，不需要做得太大，以能起到保护作用为度。

2.2.2 降低接地电阻

在电力系统中，以尽量降低接地电阻来提高线路的耐雷水平，比单纯地增加绝缘效果更好。降低接地电阻的措施主要有两种方法：一是增补地网；二是施放降阻剂。线路设计时并不是每基杆塔的土壤电阻率都经过实际测量，一般是根据经验以及过往提供的数据、或者是根据杆塔所在的某个地段土壤电阻率的范围值而设计的。而土壤的电阻率也可能会随季节、气候等因素的变化而产生变化。

2.2.3 减小杆塔接地装置中接地通道的接触电阻

接地通道的接触电阻既包括接地引下线或塔身的电阻、接地体引上板与接地引下线或塔身连接螺栓的接触电阻，还包括架空避雷线与塔身之间连接金具的接触电阻。

2.3减少输电线路保护角

为降低110 kV 输电线路雷电绕击引发跳闸的风险，可采取减少线路保护角的方式。对于建设完成投入运营的输电线路，而采取改进维护角的方式，企业需从经济、技术等多个角度，制定科学可行的施工方案，多方对比选定最为适合的维护角，不过，受到塔头结构设计等因素的限制，维护角下降程度较小。

2.4 采用不平衡绝缘方式

近年来，在高压和特高压线路建设中，越来越多地采用同一杆塔架设双回线路的措施，该方法可以大量减少线路走廊用地，节约工程投资。但是，双回线路遭受雷击时，有可能造成同时跳闸。为了避免大范围停电的严重后果，在雷击事故频发的线路，可采用不平衡绝缘的方案。该方案在两回路间各安装数量不一的绝缘子，线路遭受雷击时，绝缘子片数少的回路会先发生闪络，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，提高了另一回路的耐雷水平，从而保证线路持续供电。但是，当雷电流过大时，该方案并不能保证双回路不同时跳闸，因此也难以从根本上消除雷电对线路造成的威胁。

2.5增强线路绝缘

采用增加绝缘子串片数、改用大爬距悬式绝缘子、增大塔头空气间距等措施，也能提高线路耐雷水平、降低建弧率。目前有研究发现大部分10kV导线上安装的P-15型号的针式绝缘子建弧率很高，易造成雷击引起的工频电弧烧伤和雷击断线；也有研究表明将线路上型号为P-10的针式绝缘子更换为型号为X-45的悬式绝缘子，线路的耐雷水平可以提高64.2%；对于线路上型号为X-70的绝缘子，它的片数每增加1片，冲击闪络电压能够提高将近1倍。由于杆塔结构尺寸等因素，会有相当大的局限性，实施前应依据线路实际杆塔结构，分析这一措施的可行性。

3、结束语

输电线路的防雷保护，既要提高耐雷水平，又要降低雷击跳闸率，同时要满足经济性。依据多年实际运行经验，线路受雷击的概率不同，在选择时要避开易击区或加强保护，架设避雷线时最基本的措施，且线路电压越高效果越好。避雷线与杆塔接地电阻相配合，能起到大幅度的降压作用，尤其在电阻率小于300Ω·m的土壤中，降低电阻容易实现，投资也少。安装线路避雷器、装设自动重合闸装置等等都可降低事故率，应根据实际情况来考虑。

参考文献：

[1] 刘士利，高笛，李本良，鞠勇，鲁俊.±500kV同塔三回柔性多端直流输电线路防雷保护[J].全球能源互联网，2020（02）.

[2] 唐力，刘磊，王国利，黎小林，刘冬根，马义刚.500kV同塔双回输电线路复合横担塔的防雷性能[J].南方电网技术，2019（09）.

[3] 李志忠，陈怀飞，高峰，王森，文习山，李伟，鲁海亮.110 kV输电线路加装限流线圈耐雷水平计算研究[J].电瓷避雷器，2019（06）.