110kV输电线路防雷保护分析

110kV输电线路防雷保护分析

胡海翔

水利部新疆维吾尔自治区水利水电勘测设计研究院 新疆乌鲁木齐 830000

摘要：110kV输电线路容易受到雷击的影响，本文分析了雷击对线路正常运行的破坏，研究目前输电线路防雷工作的主要问题，对如何改进工作方式，以及目前有效的防雷保护方法进行分析，帮助相关部门强化对110kV输电线路的建设，提升防雷水平。

关键词：110kV；输电线路；防雷保护方法

引言：电网中有很多事故都来自于雷击，对于110kV输电线路，由于跨度大，要经过山区，导致受到雷击的概率更高，很容易由于雷击导致跳闸。所以，必须针对雷击的影响制定合理的防雷保护方法，提升输电线路的抗雷能力，保证电网的稳定运行。

1 雷电对输电线路的影响

输电线路故障中雷击导致的跳闸占据主要部分，根据记录可以发现接近一半以上的事故都是由雷击所导致的，所以通过加强防雷击工作，就能够降低输电线路的故障，控制电网中事故的发生频率^[1]。

1.1 感应雷电过压

雷电集中线路地面或者周围杆塔时，会产生电磁感应的现象，可能会导致输电线路出现过压的情况，导致导线中的电流增加。由于放电自身速度的原因，也会在线路的两侧产生感应电压波，容易影响人员安全。

1.2 直击雷过电压

雷电直接击中电路，使雷电流经过输电线路，通过输电线路的阻抗接地，由于阻抗上出现电压降，导致被击中的位置电位急剧上升，产生直击雷过电压^[2]。由于直击雷过电压所具有的机械效应、电效应和热效应，很容易导致输电线路被烧坏，甚至导致比较严重的人员伤亡。

2 110kV输电线路防雷普遍存在的问题

2.1 输电线路跳闸率较高

导致输电线路跳闸率偏高的原因主要来自于以下几点，一些在多山、起伏地形的110kV输电线路，可能会面对更为严峻的雷电考验，但是设计人员对土壤电阻率、雷电活动等因素并没有进行深入分析，导致很多杆塔的接地电阻较高，并不能满足要求。

2.2 运行管理不足

110kV对防雷要求更高，但是一些地区对线路运行管理的过程中并没有充分检查和更换线路的零值绝缘子，导致线路的绝缘水平不能满足要求，很容易受到雷电的影响。

3 110kV输电线路的改进方法

3.1 基础管理改进

在设计之前，需要收集杆塔的地理坐标，分析杆塔的形式，研究土壤电阻率情况，当前已经使用的防雷设施等数据和信息，以这些数据作为支撑，根据故障点的情况结合雷电监测系统测量获得的雷电参数和线路耐雷水平定位监测，使用软件计算耐雷效果，并分析线路跳闸的原因，制定有针对性的整改措施。结合地理角度，根据地貌和落雷强度分布、密度分布、110kV线路沿途的雷击事件，给防雷改造提供全新数据。针对线路划分的易击区段，根据线路所在地形、地貌、杆塔所在地理位置、结构参数等等，进行划分。

3.2 线路设计

设计线路时，需要充分研究线路走廊经过区域的雷电活动情况，当地地质条件和地貌特点，保证线路走廊能尽可能避开雷击的活动区域和容易遭受雷电打击的地区^[3]。针对土壤电阻率的不同，可以进行针对性的设计，保证杆塔接地装置的形式合理性，从而有效降低杆塔的接地电阻，提升线路的整体耐雷水平。如果线路经过易受雷击的地区，需要适当增加绝缘子的数量，降低保护角，使线路的耐雷水平满足要求。

3.3 运行维护控制

日常运行中，需要加强雷击零值绝缘子的监测工作，如果发现绝缘子性能降低，需要在十个工作日内完成更换工作。其次，要加强杆塔接地电阻的检测工作，如果发现电阻不合格，应该进行降阻改造。通过加强接地装置的施工验收、监理等工作，以及在日常运营中加强对接地引下线锈蚀情况的处理，保证防雷工作的针对性，避免不必要的投资。

4 110kV输电线路辅助防雷措施分析

4.1 耦合地线

架设耦合地线并不能减少绕击概率，但是在线路受到雷击之后，可以通过分离和耦合作用，降低杆塔绝缘子所承受的电压，让线路具有更高的耐雷电水平。在110kV线路上铺设耦合线路之后，能够明显提升线路的耦合系数，具有极强的分流作用，在杆塔冲击接地电阻为16-100Ω的情况下，通过耦合地线可以分流20%左右的雷击电流。对于接地电阻比较大的山区，由于杆塔所处的地质条件极差，地面的电阻率甚至可以达到2000Ω，如果降低接地电阻比较困难可以加装耦合接地线，就能获得比较好的分流和耦合作用，控制雷击的跳闸概率。耦合地线也能降低接地电阻并发挥架空地线的作用，高土壤电阻率的地区能够降低由于雷击所导致的跳闸概率。

4.2 线路避雷器

线路避雷器只能保护安装点的绝缘子避免受到雷击闪电的影响，所以必须在线路的易击段、易击点安装，才能保证避雷效果。所以线路设计之前，应该结合线路杆塔的各种参数、地形状况、地质状况、杆塔类型、接地线的阻值、防护角度等因素综合考虑，确定最合适的位置。在安装时，需要注意线路避雷器的保护范围比较小，为此必须做好对雷击跳闸的数据统计工作，确定易击段，保证安装的针对性；对于线路的偏风段，会导致避雷器的运行环境恶劣，所以要保恒线路避雷器使用可靠的方式进行安装。放电计数器需要和本体就近安装，通过引线引至杆塔下部安装的并不能发挥作用。线路运行过程中，需要在雷雨季节来临前进行避雷器的全面检查工作，雷雨季节之后及时记录动作状况，做好对避雷器运行状况的调查、分析和总结工作。

4.3 使用综合防雷装置

综合防雷装置的投资相对比较小，可以利用电磁屏蔽网和雷云中的电荷，降低雷云电场强度，降低线路被雷击的概率。目前综合防雷装置在防雷原理和应用效果上还存在争议，但是在山区应用拥有相对较好的效果。

4.4 塔顶避雷针

塔顶避雷针符合传统的防雷理论，线路弧垂使得中间段的保护较小于进杆塔段，很多绕击都在进杆塔段发生，在杆塔塔顶安装避雷针之后，杆塔附近的雷电将会落在避雷针上，通过杆塔入地，可以减少线路遭受的绕击概率^[4]。通过安装避雷针后，虽然会导致杆塔的落雷反击几率增加，但是只要保证接地电阻正常，就能避免因为反击导致线路跳闸。

4.5 线路水平侧针

针比线路更容易产生迎面放电，拦截下行先导，所以可以加强地线或者杆塔的吸雷能力。通过水平方向安装短针能避免渗透到较低的空间出现绕击跳闸弱雷，同时也能避免由于强度过大导致定位较高空间的强雷吸引力。

4.6 放电间隙

放电间隙并不能降低雷击所导致的跳闸问题，但是能通过保护避免绝缘子受到雷击破坏。在设计电路时，需要注意放电间隙大小的选择，一般按照绝缘子串绝缘高度的3/4选取招弧角间隙的长度，可以获得96%的保护效果。110kV的绝缘子长度一般为1.2米，放电间隙约为0.8米。放电间隙的安装也可以改善绝缘子串上的电压分布，从而发挥一定的均压作用，保证绝缘子串的冲击放电电压。

结束语：对于线路雷击的防护工作，需要满足综合防雷的要求，也要针对当地的特点使用合适的防雷技术，保证技术的针对性和有效性。使用技术的同时，也要分析技术的经济效益，从施工、运行、维护多方面选择最科学的方法，确保110kV输电线路的稳定运行。

参考文献：

[1]杨世彪.高压电网110kV输电线路设计分析[J].科技风,2021(24):188-189.

[2]林佰熙.110kV输电线路防雷与接地电阻的设计分析[J].新型工业化,2021,11(02):32-33.

[3]马文英.110kV输电线路防雷保护分析[J].价值工程,2019,38(34):153-155.

[4]伍世峰.110kV输电线路雷电故障及保护对策分析[J].中国新技术新产品,2013(08):188.