淺析110kV輸電線路綜合防雷技術(shù)與接地電阻的設(shè)計(jì)

周建軍

摘 要：本文主要研究110kV輸電線路防雷裝置的設(shè)計(jì)問題。采用“分析綜合法”作為研究手段，以輸電線路雷擊的成因以及輸電線路避雷器的工作原理作為切入點(diǎn)，詳細(xì)闡述了輸電線路防雷擊工作的具體實(shí)施步驟。經(jīng)過研究我們發(fā)現(xiàn)，想要提高輸電線路的防雷擊能力，需要從輸電線路的布局以及防雷設(shè)備的安裝兩個(gè)方面同時(shí)進(jìn)行，從整體上提高輸電線路的防雷能力。

關(guān)鍵詞：輸電線路;防雷技術(shù);接地電阻

中圖分類號(hào)：TM862 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2019）14-0133-02

0 引言

在我國(guó)的電力系統(tǒng)中，110kV輸電線路是非常重要的。想要保證110kV輸電線路的正常運(yùn)行，就要保證其安全性以及穩(wěn)定性，而影響線路穩(wěn)定性的一個(gè)重要因素就是輸電線路的防雷能力，通過對(duì)于以往發(fā)生的110kV輸電線路遭遇雷擊的案例進(jìn)行分析，總結(jié)出了若干種可以提高輸電線路防雷能力的方法，希望能對(duì)相關(guān)的工作人員提供幫助。

1 雷擊事故成因

想要提高110kV輸電線路的防雷性能，我們首先就要了解雷擊事故的成因。通過對(duì)事故的調(diào)查與研究，總結(jié)出兩個(gè)最為主要的原因。

1.1 雷電繞擊

目前所鋪設(shè)的110kV輸電線路，大部分已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了全段防雷，雖然這種防雷技術(shù)大大降低了雷擊事故的發(fā)生概率，但是在一些復(fù)雜地形區(qū)，這種雷點(diǎn)的防護(hù)措施可能會(huì)失效，這種情況在山區(qū)特別的明顯，山區(qū)的地形復(fù)雜，自然環(huán)境變化快，110kV輸電線路想要穩(wěn)定地運(yùn)行，就必須根據(jù)當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況來建設(shè)，根據(jù)地勢(shì)的起伏以及河流、山澗的位置來架設(shè)輸電線路，這樣做的好處是顯而易見的，既確保了桿塔的穩(wěn)定性，同時(shí)也降低了輸電線路對(duì)于自然環(huán)境的破壞。但是這樣的鋪設(shè)也帶來了一個(gè)問題，由于地形的復(fù)雜性，在一些特殊的區(qū)域，比如說山頂或者是峽谷口，輸電線路的防雷措施很容易失效，從而造成繞擊事故。

1.2 雷電反擊

簡(jiǎn)單來說，如果110kV輸電線路的桿塔頂端部位的電壓超過了限定額度之后（一般為絕緣能力的一半以上），絕緣子串會(huì)產(chǎn)生擊穿性放電。造成這種現(xiàn)象的原因主要與本地的地形和土壤的電阻有關(guān)，在一些地形復(fù)雜的山區(qū)，由于施工技術(shù)以及地理環(huán)境的限制，對(duì)于輸電線路的接地條件往往形成了限制，而接地情況的不理想造成了在雷電多發(fā)地區(qū)經(jīng)常發(fā)生雷電擊中輸電線路桿塔的情況，從而形成雷電反擊。

2 防雷的必要性

經(jīng)過資料的統(tǒng)計(jì)我國(guó)發(fā)現(xiàn)，在影響110kV輸電線路運(yùn)行的因素中，雷擊的危險(xiǎn)程度是最大的。一旦雷電擊中了輸電線路的桿塔，那么很可能造成配電設(shè)備的損毀，進(jìn)而發(fā)生跳閘事故。而一些關(guān)鍵性的設(shè)備一旦被損毀，其維修與更換工作是十分困難的，特別是在一些地形復(fù)雜的地區(qū)，維修人員進(jìn)行高空作業(yè)十分不便，致使維修工作進(jìn)展緩慢，眾所周知，110kV輸電線路在我國(guó)的電力資源運(yùn)行體系中占有著十分重要的地位，不僅承擔(dān)著輸送電能的重要責(zé)任，同時(shí)也進(jìn)行著各種電能的轉(zhuǎn)化工作，如果110kV輸電線路不能正常運(yùn)行，則會(huì)影響到工廠的生產(chǎn)以及人民群眾的日常生活。而就我國(guó)目前110kV輸電線路鋪設(shè)的情況來看，呈現(xiàn)出范圍廣、線路長(zhǎng)的特點(diǎn)，在這種背景下，輸電線路的防雷很容易出現(xiàn)疏漏，這就給整個(gè)線路的穩(wěn)定工作帶來了隱患。因此，必須要對(duì)110kV輸電線路進(jìn)行系統(tǒng)性的排查工作，對(duì)于雷電高發(fā)地區(qū)中的輸電線路防雷要進(jìn)行具有針對(duì)性的改造與優(yōu)化，從而確保電力系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。

3 輸電線路防雷的技術(shù)手段

想要保證110kV輸電線路運(yùn)行的穩(wěn)定性，就要對(duì)防雷的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，也就是桿塔的接地裝置以及易擊區(qū)的輸電線路進(jìn)行重點(diǎn)優(yōu)化工作。經(jīng)過改造的輸電線路遭遇雷擊的概率明顯降低，比通常的線路要低35%左右，特別是在一些地理環(huán)境復(fù)雜的區(qū)域，通過改造，輸電線路的防雷能力提高了將近50%。效果可以說是非常的明顯。

3.1 并聯(lián)間隙技術(shù)

3.1.1 工作原理

當(dāng)發(fā)生雷電擊中輸電線路事故的時(shí)候，由于線路中含有大量的金屬電極并聯(lián)間隙，因此雷擊的閃絡(luò)效果會(huì)對(duì)并聯(lián)間隙位置產(chǎn)生一定的沖擊，其產(chǎn)生的電弧對(duì)線路中的絕緣子串昌盛灼燒的效果，讓絕緣子串失去效果。針對(duì)這個(gè)情況，我們可以利用線路防雷的可調(diào)式方式對(duì)于并聯(lián)的間隙進(jìn)行保護(hù)，并且在保護(hù)的同時(shí)還支持人工調(diào)制，通過瓷絕緣子以及玻璃絕緣子，讓二者形成并聯(lián)，這種并聯(lián)間隙裝置可以很好地保護(hù)輸電線路。在這種體系下，當(dāng)雷擊發(fā)生之后，其造成的電暈損耗是可以完全避免的，而且當(dāng)球形間隙放電與雷擊共同作用于輸電線路時(shí)，電弧可以順著羊角的位置向上快速移動(dòng)。從而保護(hù)整個(gè)輸電線路的安全。

3.1.2 具體操作

想要運(yùn)用并聯(lián)間隙技術(shù)，需要有兩個(gè)先決條件，一方面是當(dāng)雷擊事故發(fā)生的時(shí)候，必須能夠在第一時(shí)間確定閃絡(luò)路徑，同時(shí)建立防雷體系。另一方面就是并聯(lián)間隙技術(shù)對(duì)于放電電壓有著很高的要求，當(dāng)雷擊發(fā)生的時(shí)候，能夠迅速引導(dǎo)輸電線路工頻中的電弧，確保這些電弧能夠以最快的速度離開絕緣子串。一旦輸電線路滿足了這兩點(diǎn)要求，那么采用并聯(lián)間隙技術(shù)就能提高電極對(duì)于工頻電弧灼燒的抵抗能力。使用這種技術(shù)有兩個(gè)比較大的優(yōu)點(diǎn)，其一是采用這種并聯(lián)間隙技術(shù)時(shí)，保護(hù)間隙的構(gòu)造比較簡(jiǎn)單，方便工作人員進(jìn)行操作。其二就是沒有用到太多其他的防雷組件，降低了后期維護(hù)工作的成本以及難度。從類型上來看，間隙的構(gòu)造主要有三種不同的類型：球型、角型以及棒型。這三種類型各有特點(diǎn)，棒型間隙結(jié)構(gòu)伏秒特性比較陡，與設(shè)配的絕緣性相互匹配的效果比較差。而球型的間隙在伏秒特性上就表現(xiàn)的比較平坦，而且保護(hù)性能也非常的好。在實(shí)際的運(yùn)用中很少初選間隙端頭被燒傷的情況。在特殊情況下，即便是發(fā)生了間隙端頭燒傷的情況，結(jié)構(gòu)的間隙距離也可以保持不變，這對(duì)于桿塔的動(dòng)作準(zhǔn)確性是一種非常好的保護(hù)。因?yàn)榍蛐烷g隙結(jié)構(gòu)的這種特點(diǎn)，在我國(guó)的輸電線路防雷工作中應(yīng)用得非常廣泛。在實(shí)驗(yàn)中發(fā)現(xiàn)，當(dāng)絕緣子串放電的時(shí)候，會(huì)出現(xiàn)一些閃絡(luò)現(xiàn)象，它的開始是在電極間隙的某一個(gè)部分，但是并不在另一個(gè)電極終止。這就使得引弧間隙失去了它原本的功能。事實(shí)上，在輸電線路中發(fā)生閃絡(luò)現(xiàn)象是無法避免的，造成閃絡(luò)現(xiàn)象的主要原因是保護(hù)間隙與絕緣子串之間的伏秒特性存在著不匹配的狀態(tài)，因此在使用并聯(lián)間隙技術(shù)時(shí)候，要確保電弧兩端的弧根不在絕緣串上，以保證球型間隙結(jié)構(gòu)能夠發(fā)揮出應(yīng)有的防雷效果。不過這里需要注意的是，采用并聯(lián)間隙技術(shù)時(shí)，由于該技術(shù)自行滅弧的能力比較差，在實(shí)際運(yùn)用的時(shí)候要多加留意。

3.2 避雷針防雷技術(shù)

在110kV輸電線路的防雷措施中，利用避雷針極性防雷是非常常見的防雷方式，技術(shù)也非常的成熟。但是傳統(tǒng)的避雷針防雷技術(shù)卻始終有一個(gè)無法徹底解決的問題，那就是繞擊防護(hù)問題，經(jīng)過不斷的研究與實(shí)驗(yàn)，終于發(fā)現(xiàn)在易擊點(diǎn)加裝測(cè)向的避雷針，可以對(duì)桿塔進(jìn)行有效的保護(hù)，防止繞擊現(xiàn)象的發(fā)生。

3.2.1 工作原理

在傳統(tǒng)的桿塔防繞擊技術(shù)中，最主要的就是調(diào)整避雷線的防護(hù)角度。但是在實(shí)際線路運(yùn)行過程中，單純依靠調(diào)整避雷線保護(hù)角度是無法做到有效防繞擊的。其原理在于，輸電作業(yè)中的桿塔對(duì)檔距中心容易產(chǎn)生電場(chǎng)畸變，在電場(chǎng)畸變的作用下很容易發(fā)生繞擊現(xiàn)象。為了解決這個(gè)問題，可以為桿塔加裝測(cè)向的避雷針。它的防雷原理主要有兩點(diǎn)。一方面針狀物體比較容易產(chǎn)生迎面的先導(dǎo)，根據(jù)這一原理，在桿塔上安裝側(cè)向避雷針可以有效加強(qiáng)側(cè)向避雷針的引雷能力。另一方面，用水平方向上的針來降低低空空間中的弱雷繞擊，避免出現(xiàn)線路反擊現(xiàn)象。從而解決雷電繞擊問題。而且側(cè)向避雷針在桿塔上的安裝工作也比較方便，特別是在地形復(fù)雜的區(qū)域也可以做到快速安裝。

3.2.2 具體安裝方法

首先，在桿塔的橫擔(dān)兩側(cè)，110kV輸電線路的位置上，采用長(zhǎng)度約為3m，直徑15mm的鋼筋，將鋼筋固定在桿塔橫擔(dān)兩側(cè)，在固定的時(shí)候要注意固定部分的長(zhǎng)度，一般要控制在1.2-1.7m之間。其次，在桿塔的周圍設(shè)立2-4個(gè)固定點(diǎn)，具體的固定點(diǎn)的數(shù)量要根據(jù)桿塔的實(shí)際情況來確定，最終形成兩根避雷針與三根導(dǎo)線組合的基本結(jié)構(gòu)。這里以比較常見的直線型側(cè)向避雷針當(dāng)作例子，組成它的主要結(jié)構(gòu)就是支撐桿、均壓球以及引雷針尖。實(shí)際安裝的時(shí)候，要在支撐桿與引雷針尖之間焊接均壓球，讓側(cè)向的避雷針與地線部分形成通導(dǎo)關(guān)系。最后，在應(yīng)用側(cè)向避雷針的時(shí)候，對(duì)于避雷針的質(zhì)量以及安裝過程進(jìn)行充分的調(diào)試工作，需要保證側(cè)向避雷針的安裝不會(huì)對(duì)110kV輸電線路的正常運(yùn)行產(chǎn)生實(shí)質(zhì)性的影響，同時(shí)對(duì)于側(cè)面短針要進(jìn)行嚴(yán)格的振動(dòng)測(cè)試，確保引雷短針擁有自平衡能力。

3.3 接地電阻的安裝

桿塔的接地電阻的安裝也是非常關(guān)鍵的一個(gè)步驟，在安裝之前要到110kV輸電線路的耐雷情況，要盡最大的可能來避免電擊跳閘的發(fā)生，因此在安裝桿塔的接地電阻的時(shí)候，要想到降低接地電阻的情況，也就是通常所說的降阻。進(jìn)行降阻之后就可以很明顯地減少雷擊對(duì)于桿塔的沖擊。目前比較常用的是一種被稱為SZJ的接地技術(shù)，它的出現(xiàn)是建立在WJ型接地裝置的基礎(chǔ)之上，對(duì)于WJ型接地進(jìn)行改良而形成了一種新的接地技術(shù)，它的主要優(yōu)點(diǎn)在于大幅度提高了桿塔對(duì)雷擊的抵抗效果，而且確保了110kV輸電線路運(yùn)行的穩(wěn)定性。在安裝SZJ接地裝置的時(shí)候，一方面要考慮往接地坑中回填土的厚度，需要控制在350-400mm之間，并且對(duì)回填土進(jìn)行夯實(shí)工作。另一方面運(yùn)用螺栓對(duì)于半圓筒進(jìn)行銜接，并且制作具有吸水能力的接地導(dǎo)體，將接地導(dǎo)體安放在接地坑的中心地區(qū)，用黏土來夯實(shí)四周。這樣一來，首先，接地體周圍回填的黏土的低電阻率可以降低接地體周圍的接觸電阻。其次，回填土與接地體的緊密結(jié)合可以擴(kuò)大接地體的范圍，達(dá)到降阻的效果。最后，因?yàn)榻拥伢w周圍的黏土常年保持濕潤(rùn)，能夠進(jìn)一步提高土壤的導(dǎo)電性能，降低土壤的電阻率，防止雷擊對(duì)于桿塔的破壞。

4 結(jié)語

總體來說，110kV輸電線路的防雷工作是十分必要的，其關(guān)鍵點(diǎn)就在于對(duì)易擊點(diǎn)的保護(hù)以及接地電阻的巧妙設(shè)計(jì)。要根據(jù)110kV輸電線路遭遇雷擊的具體原因，結(jié)合當(dāng)?shù)氐膶?shí)際情況來進(jìn)行具有針對(duì)性的防雷設(shè)計(jì)，確保電力能夠平穩(wěn)供應(yīng)。

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