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摘 要：本文对110kV输电线路防雷工作重要性进行了阐述，分析了110kV输电线路在山区雷击危害特点，重点分析了山区山体上输电线路杆塔的雷击薄弱点，提出了新型防雷设备和常规防雷设备相结合的多重雷电防护措施建议。
关键词：输电线路；雷电防护；防雷设备
一、引言
雷击跳闸是输电线路跳闸的主要原因，据不完全统计，雷击跳闸次数占了线路跳闸总次数的40%～70%[1]。尤其是在山区的输电线路中，落雷密度大，地理气候环境复杂，造成110kV输电线路雷击跳闸率较高[2]，其中主要有两点原因，110kV输电线路绝缘水平相对220kV和500kV线路低；110kV输电线路走廊环境相对于220kV和500kV输电线路复杂，常经过山区，过水域，土壤电阻率高区域等。历年来，山区输电线路雷击事故中，频繁发生的是在山坡上的线路杆塔，因此，对山区雷击特点进行综合分析，特别是山坡上线路杆塔的防雷分析，是输电线路进行后期差异化防雷改造的关键。
二、110kV输电线路在山区雷击特征
2.1 110kV输电线路特征
一般在防雷措施配置一致的情况下，线路雷击跳闸率和落雷密度正相关。110kV输电线路相对于220kV，500kV及以上输电线路的走廊地理条件更复杂，更易穿过山区，河流，湖泊地域，这些区域都是雷电地闪条件优越区域。从线路设计规范看，110kV根据线路传输电压，规程要求的绝缘子片数也远小于220kV及以上输电线路，线路的耐雷水平较低。
2.2山区气候地理特征
山区多山顶，山坡，树木等突出物体，气候潮湿，对于雷电形成过程中的上行先导提供了良好的条件。山区地质多岩石，导致土壤电阻率高且降低接地电阻难度大，而输电线路的接地电阻是防雷工作的基础，是影响其他防雷措施防护效果的根本。
2.3 110kV输电线路在山区雷击特征
山区输电线路容易造成雷害的几种主要情况：
1）山区线路雷击故障点大多处于山谷附近，主要是因为架空输电线路本身所处的地理位置较高，遭受雷击的概率较大，此外由于地形的影响，存在一定的坡角，降低了避雷线和避雷针的保护范围，绕击概率增加，也就增加了雷击的概率；
2）虽然线路杆塔接地电阻符合设计及运行规程要求，但线路途经地区多为山地，接地电阻值难以进一步降低，无法有效提高线路的耐雷水平；
3）由于山区天气多变，尤其夏季，在高山峻岭之间，雷云活动频繁，加之，受地形的影响，极易产生强对流天气，强雷电流容易袭击铁塔，产生极高雷击过电压的反击，造成绝缘子闪络甚至爆裂[3]。
三、110kV输电线路防雷措施及特点
实际应用中，针对电力主网输电线路采用的防雷措施主要解决直击、闪络、重启等问题，即围绕使输电线路不受直击雷，在输电线路遭受雷击后绝缘子不发生闪络、发生闪络后重合闸能有效重启为重点选择防雷产品。
具体措施包括沿线路装设避雷线、在导线下方架设耦合地线、在线路上安装管形避雷器、采用中性点非有效接地或消弧线圈接地方式、降低杆塔接地电阻、装设自动重合闸，另外，双回路线路采用不平衡绝缘方式等防止停电。而现有的大部分改进方案也是围绕这些产品或其安装方式进行优化改进，如：复合绝缘子的改进，氧化锌避雷器的出现，避雷线的升高，消雷器及预放电棒与负角保护针的装设，穿刺式防弧金具的使用，接地降阻剂的优化等等。
近年来，也出现一些新的防雷产品取得了较好的防雷效果，如通过改变雷电波的时频特性、传输特性，实现对雷电波形、前沿陡度及前沿峰值的改变，从而大幅降低雷电波对输电线路的冲击的防雷设备。
这些防雷措施从一定程度上减少了雷击对输电线路的危害程度，但在防雷方案选择时通常只是宏观考虑整条线路。山区复杂环境下的输电线路，常规防雷措施和配置方案对特殊地理位置的杆塔防雷保护改善不明显，因此需对特殊杆塔进行差异化分析[4]。
四、山区山体上杆塔雷击分析
4.1 山体上杆塔雷击特点
山体上的输电线路杆塔分为在山顶上的杆塔和斜坡上的杆塔。山顶塔由于处于周围环境的绝对高点，避雷线和避雷针提供了良好的防护效果，因此山顶塔主要是反击雷的危害。对于山坡塔，地面与水平呈一定角度，而塔体是与水平面垂直架设，导致避雷线和避雷针的屏蔽效果降低，导线暴露弧面积更大，雷电更容易绕过避雷线和避雷针击中导线，如图1。
110kV输电线路设计标准为7片绝缘子，雷电冲击耐受电压大于700kV，工频耐受电压约为480kV，接地电阻按照规程要求为7-15Ω。
根据标中华人民共和国电力行业标准《 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合DL/T 620—1997》。雷击杆塔时，杆塔上绝缘承受的过电压最大值为[5]：
如ulim大于绝缘子串的50%冲击放电电压u50%，则将发生闪络。取ulim=u50%，即可求出雷击杆塔顶部时的耐雷水平I1。取固定波头长度τt=2.6μs，则
根据110kV输电线路设计标准，其中u50%=800kV，Ri为7-15Ω，可得出110kV杆塔耐雷水平为41-63kA。
雷电绕过避雷线直击导线的示意图，如图2所示：
雷电绕过避雷线直击导线等效电路图，如图3：
其中i为雷电流幅值，Z0为沿波阻抗，ZC/2为导线的等值波阻抗。按照上图等值电路可推算输电线路绕击的耐雷水平：
将110kV输电线路相关参数带入，可知110kV输电线路绕击耐雷水平约为8kA。
综上所述，对于山区山体上杆塔的雷电防护主要考虑两点，山顶塔大电流反击雷的防护和斜坡塔绕击雷防护。
4.2 山体上杆塔防雷措施建议
因此，对110kV输电线路应结合微地形、微气候、有针对地进行差异化防雷。建议对山体上无论山顶塔还是斜坡塔在安装避雷线和避雷针的前提下，加装避雷器或招弧角，避雷针改用降低雷电波对输电线路的冲击的接闪设备。上述方案可大幅度提高杆塔绝缘水平，降低跳闸率，杜绝或减少绝缘子损坏。
招弧角由于降低了线路的耐雷水平，以达到保护绝缘子的目的，而新型接闪设备通过将雷电引接至波阻装置，大幅降低雷电陡度与前沿峰值，降低雷电流的冲击破坏特性，弥补了招弧角牺牲的线路耐雷水平。同时，避雷器和招弧角可对斜坡杆塔的避雷线和接闪器防绕击缺陷形成第二层防护，实现输电线路的多重雷电防护。
五、结论
110kV输电线路防雷一直都是电力系统雷电防护的工作重点，由于110kV输电线路线路众多，线路走廊地理气候环境复杂，特别是经过山区线路防雷工作紧迫且艰巨。本文总结山区输电线路防雷特点，重点分析了山區在山体上输电线路杆塔雷击特征，找出了处于山顶塔和斜坡塔雷击薄弱点，提出了避雷线和接闪器结合避雷器或招弧角的多重防护措施，其中接闪器为带有雷电波削弱功能的新型防雷设备，从而能大幅度提高山区山体上输电线路防雷效果，保护了线路设备不受雷击损坏，提高供电安全和稳定性。
参考文献
[1]王桂春. 浅谈110KV架空输电线路防雷设计措施[J]. 商品与质量·建筑与发展，2013，（12）.
[2]陈志勤，张艳. 山区输电线路防雷探讨[J]. 湖北电力，2008，32.
[3]胡正斌，罗先明. 避雷器在山区输电线路防雷中的应用[J]. 科技资讯，2008，（29）.
[4]阮羚，谷山强，赵淳，等. 鄂西三峡地区220kV线路差异化防雷技术与策略[J]. 高电压技术，2012，38（1）.
[5] DL/T 620—1997， 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S].
关键词：输电线路；雷电防护；防雷设备
一、引言
雷击跳闸是输电线路跳闸的主要原因，据不完全统计，雷击跳闸次数占了线路跳闸总次数的40%～70%[1]。尤其是在山区的输电线路中，落雷密度大，地理气候环境复杂，造成110kV输电线路雷击跳闸率较高[2]，其中主要有两点原因，110kV输电线路绝缘水平相对220kV和500kV线路低；110kV输电线路走廊环境相对于220kV和500kV输电线路复杂，常经过山区，过水域，土壤电阻率高区域等。历年来，山区输电线路雷击事故中，频繁发生的是在山坡上的线路杆塔，因此，对山区雷击特点进行综合分析，特别是山坡上线路杆塔的防雷分析，是输电线路进行后期差异化防雷改造的关键。
二、110kV输电线路在山区雷击特征
2.1 110kV输电线路特征
一般在防雷措施配置一致的情况下，线路雷击跳闸率和落雷密度正相关。110kV输电线路相对于220kV，500kV及以上输电线路的走廊地理条件更复杂，更易穿过山区，河流，湖泊地域，这些区域都是雷电地闪条件优越区域。从线路设计规范看，110kV根据线路传输电压，规程要求的绝缘子片数也远小于220kV及以上输电线路，线路的耐雷水平较低。
2.2山区气候地理特征
山区多山顶，山坡，树木等突出物体，气候潮湿，对于雷电形成过程中的上行先导提供了良好的条件。山区地质多岩石，导致土壤电阻率高且降低接地电阻难度大，而输电线路的接地电阻是防雷工作的基础，是影响其他防雷措施防护效果的根本。
2.3 110kV输电线路在山区雷击特征
山区输电线路容易造成雷害的几种主要情况：
1）山区线路雷击故障点大多处于山谷附近，主要是因为架空输电线路本身所处的地理位置较高，遭受雷击的概率较大，此外由于地形的影响，存在一定的坡角，降低了避雷线和避雷针的保护范围，绕击概率增加，也就增加了雷击的概率；
2）虽然线路杆塔接地电阻符合设计及运行规程要求，但线路途经地区多为山地，接地电阻值难以进一步降低，无法有效提高线路的耐雷水平；
3）由于山区天气多变，尤其夏季，在高山峻岭之间，雷云活动频繁，加之，受地形的影响，极易产生强对流天气，强雷电流容易袭击铁塔，产生极高雷击过电压的反击，造成绝缘子闪络甚至爆裂[3]。
三、110kV输电线路防雷措施及特点
实际应用中，针对电力主网输电线路采用的防雷措施主要解决直击、闪络、重启等问题，即围绕使输电线路不受直击雷，在输电线路遭受雷击后绝缘子不发生闪络、发生闪络后重合闸能有效重启为重点选择防雷产品。
具体措施包括沿线路装设避雷线、在导线下方架设耦合地线、在线路上安装管形避雷器、采用中性点非有效接地或消弧线圈接地方式、降低杆塔接地电阻、装设自动重合闸，另外，双回路线路采用不平衡绝缘方式等防止停电。而现有的大部分改进方案也是围绕这些产品或其安装方式进行优化改进，如：复合绝缘子的改进，氧化锌避雷器的出现，避雷线的升高，消雷器及预放电棒与负角保护针的装设，穿刺式防弧金具的使用，接地降阻剂的优化等等。
近年来，也出现一些新的防雷产品取得了较好的防雷效果，如通过改变雷电波的时频特性、传输特性，实现对雷电波形、前沿陡度及前沿峰值的改变，从而大幅降低雷电波对输电线路的冲击的防雷设备。
这些防雷措施从一定程度上减少了雷击对输电线路的危害程度，但在防雷方案选择时通常只是宏观考虑整条线路。山区复杂环境下的输电线路，常规防雷措施和配置方案对特殊地理位置的杆塔防雷保护改善不明显，因此需对特殊杆塔进行差异化分析[4]。
四、山区山体上杆塔雷击分析
4.1 山体上杆塔雷击特点
山体上的输电线路杆塔分为在山顶上的杆塔和斜坡上的杆塔。山顶塔由于处于周围环境的绝对高点，避雷线和避雷针提供了良好的防护效果，因此山顶塔主要是反击雷的危害。对于山坡塔，地面与水平呈一定角度，而塔体是与水平面垂直架设，导致避雷线和避雷针的屏蔽效果降低，导线暴露弧面积更大，雷电更容易绕过避雷线和避雷针击中导线，如图1。
110kV输电线路设计标准为7片绝缘子，雷电冲击耐受电压大于700kV，工频耐受电压约为480kV，接地电阻按照规程要求为7-15Ω。
根据标中华人民共和国电力行业标准《 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合DL/T 620—1997》。雷击杆塔时，杆塔上绝缘承受的过电压最大值为[5]：
如ulim大于绝缘子串的50%冲击放电电压u50%，则将发生闪络。取ulim=u50%，即可求出雷击杆塔顶部时的耐雷水平I1。取固定波头长度τt=2.6μs，则
根据110kV输电线路设计标准，其中u50%=800kV，Ri为7-15Ω，可得出110kV杆塔耐雷水平为41-63kA。
雷电绕过避雷线直击导线的示意图，如图2所示：
雷电绕过避雷线直击导线等效电路图，如图3：
其中i为雷电流幅值，Z0为沿波阻抗，ZC/2为导线的等值波阻抗。按照上图等值电路可推算输电线路绕击的耐雷水平：
将110kV输电线路相关参数带入，可知110kV输电线路绕击耐雷水平约为8kA。
综上所述，对于山区山体上杆塔的雷电防护主要考虑两点，山顶塔大电流反击雷的防护和斜坡塔绕击雷防护。
4.2 山体上杆塔防雷措施建议
因此，对110kV输电线路应结合微地形、微气候、有针对地进行差异化防雷。建议对山体上无论山顶塔还是斜坡塔在安装避雷线和避雷针的前提下，加装避雷器或招弧角，避雷针改用降低雷电波对输电线路的冲击的接闪设备。上述方案可大幅度提高杆塔绝缘水平，降低跳闸率，杜绝或减少绝缘子损坏。
招弧角由于降低了线路的耐雷水平，以达到保护绝缘子的目的，而新型接闪设备通过将雷电引接至波阻装置，大幅降低雷电陡度与前沿峰值，降低雷电流的冲击破坏特性，弥补了招弧角牺牲的线路耐雷水平。同时，避雷器和招弧角可对斜坡杆塔的避雷线和接闪器防绕击缺陷形成第二层防护，实现输电线路的多重雷电防护。
五、结论
110kV输电线路防雷一直都是电力系统雷电防护的工作重点，由于110kV输电线路线路众多，线路走廊地理气候环境复杂，特别是经过山区线路防雷工作紧迫且艰巨。本文总结山区输电线路防雷特点，重点分析了山區在山体上输电线路杆塔雷击特征，找出了处于山顶塔和斜坡塔雷击薄弱点，提出了避雷线和接闪器结合避雷器或招弧角的多重防护措施，其中接闪器为带有雷电波削弱功能的新型防雷设备，从而能大幅度提高山区山体上输电线路防雷效果，保护了线路设备不受雷击损坏，提高供电安全和稳定性。
参考文献
[1]王桂春. 浅谈110KV架空输电线路防雷设计措施[J]. 商品与质量·建筑与发展，2013，（12）.
[2]陈志勤，张艳. 山区输电线路防雷探讨[J]. 湖北电力，2008，32.
[3]胡正斌，罗先明. 避雷器在山区输电线路防雷中的应用[J]. 科技资讯，2008，（29）.
[4]阮羚，谷山强，赵淳，等. 鄂西三峡地区220kV线路差异化防雷技术与策略[J]. 高电压技术，2012，38（1）.
[5] DL/T 620—1997， 交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S].