煤矿企业110kV输电线路雷击故障事件及预防措施研究

＊范 龙

（山西晋能控股煤业集团晋城煤炭事业部供电分公司 山西 048000）

雷击这种极端天气是输电线路在正常运行过程中最需要重点关注的故障事件之一，尤其是在煤矿企业的生产过程中，因为输电线路本身承担着电力输送，以及煤矿生产保障的重要任务，而输电线路内又常年保持着巨大的电压，因此一旦遭遇雷击将会造成非常严重的后果。尤其是110kV输电线路这种在我国煤矿安全生产中普遍存在的输电线路类型，其运行过程中更需要采取积极的预防手段，来避免雷击而造成的故障。因此本文也从雷击对于电线的危害、雷击的种类及特征、煤矿供电需求、110kV输电线路的特征和雷击故障的预防措施多个方面来展开探讨，期望能够为110kV输电线路的安全稳定运行提供支持。

1.雷击的种类

雷电是自然界中普遍存在的一种现象，尤其是在夏季的时候，雷电天气是极为常见的，由于雷电本身包含着巨大的电量，所以一旦出现雷击，并且雷电直接击中了建筑物或者高压电线以及人体，就会造成非常大的危害。尤其是遇到雷电击中架设在空中的输电线路，或者通过输电线路的传导击中地面的状况，其危害是难以想象的。因为对于同样带电的高压电线来说，一旦发生雷击故障就会损坏输电线路，造成输电线路短路或者断电。尤其是在我国的一些煤矿，在生产过程中往往会需要大量的输电线路，如果一旦输电线路因为雷击而出现故障，又不及时进行处理，这会对煤矿的安全生产造成非常严重的威胁，甚至会造成人员的伤亡。所以必须采取科学的手段来预防输电线路被雷击而造成的故障，从而有效的保障煤矿输电线路的运行安全。目前雷击的种类主要包括直击雷、侧击雷、雷电波入侵以及地电位反击4大类。

（1）直击雷。直击雷是指带电的云层将电量迅猛的击打在大地某一个点上而产生的现象，直击雷最为直接的体现就是建筑物发生雷击现象。由于直击雷中电压很高，峰值甚至可以达到几百万伏，因此这类雷电也具有非常强的破坏性。一旦击打在建筑物或者输电线路上，就会造成非常严重的危害。

（2）侧击雷。如果说直击雷是直接击打在建筑物或者地面上的构筑顶端而产生的雷电现象，那么侧击雷就是击打在建筑物或者地面上的构筑物侧面而产生的雷电现象。因为无论是建筑物还是高压输电线路的高压电塔高度都比较高，所以如果仅凭安置于顶端的避雷针，是很难避免雷电的袭击的，因此侧击雷就拥有了可乘之机，所以在进行建筑物或者高压电线输电塔防雷电措施的时候，也一定要注意预防侧击雷所带来的事故。

（3）雷电波入侵现象。雷电波入侵现象并不是针对建筑物或者构筑物本身的，而是将雷电击打在建筑周边的电缆，通过雷电给电缆放电，使得雷电波中产生的电压沿着电缆迅速扩散，并入侵建筑物内部的电子设备和通过电子技术来控制的各种平台，进而对建筑物内部的电子设备和控制平台造成严重的损害。对于一些大型控制平台来说，必须做好雷电波入侵的预防，因为一旦出现雷电波入侵现象，那么对于整个控制系统将会造成不可估量的损伤。

（4）地电位反击。地电位反击的主要主体并非是雷电，而是被雷电击中建筑物的防雷系统，接触到雷电之后，过电压就会出现在防雷系统的接地电阻两端，而这种情况长期出现会导致设备的运行平台被损坏。

2.雷击的主要特征以及对于输电线路的危害

（1）主要特征。因为在夏季雷电暴雨的极端天气下，雷电击中高压输电线路的情况时有发生。所以我们在介绍雷击的主要特征的时候，主要围绕的是雷击发生在高压输电线路上时所具有的特征，同时也通过了解这些特征，来帮助人们更加全面的进行110kV输电线路雷击故障的预防工作。具体包含以下几大类：

①雷电直击的主要特征

雷电直击是110kV高压输电线路雷击事故中最为常见的一种事故类型。这类事故类型的主要特征，首先，是容易造成连续杆塔的闪络现象，主要原因就是因为雷电直击击中高压输电线路造成的一次跳闸，进而引发了连续杆塔出现闪络。其次，可能因为雷电直击，而在输电线路以及相关设备上出现多相故障，尤其是在煤矿的生产过程中，输电线路上串联的生产设备会比较多，因此出现雷电直击之后，产生的多相故障也会影响输电线路和配电设备的正常运行。

②雷电绕击的主要特征

雷电绕击在110kV高压电雷击事故中也比较常见。其具体的特征包括以下五点。第一，单向故障是只有雷电绕击才能形成的高压输电线的故障；第二，高压输电线的导线保护角以及所处的塔杆高度都和雷电绕击有比较大的关系，而要想让雷电绕击的可能性降到最低，通常需要雷电的流幅值处于一个比较高的状态；第三，水平排列或者三角排列的边相导线，也会导致在雷电天气中出现雷电绕击的事故；第四，不会发生雷电绕击跳闸的区域主要位于水平排列的中线或者三角排列的上方导线位置；第五，如果灼伤痕迹出现在导线上排线夹的位置，那么也就意味着输电线路遭遇了雷电绕击。

③雷电反击的主要特征

闪络是雷电反击作用在输电线路上最为典型的一种特征。它主要是由于流入到大地的雷电流通接触的物体之间出现的电位差而导致的。在煤矿企业的生产过程中，也会涉及到大量的电气设备，而雷电反击最主要的特征就是它会侵入建筑物内部并损害内部的电气设备以及线路。导致电气设备的绝缘性能遭到损伤，设备内部的金属管因为雷击而出现被烧穿的情况，不及时处理就会产生火灾而造成人员伤亡，因此雷电反击带来的危害也是非常值得关注的。

（2）雷击对于输电线路的危害。由于同样都含有大量的电流和较高的电压，所以雷击一旦接触高压输电线路，那么就会造成非常严重的损害，具体包括以下几方面。

①电压过高而出现的跳闸

因为电压过高而使得电力输送系统的机电保护动作跳闸，是雷电对于输电线路最为直接的损害。因为大多数输电线路，都处于高度很高的电线杆顶部，或者由高压电塔联系在一起，这也就导致一旦发生雷电天气的时候，雷电会比较容易接触输电线路，进而让本就具有较高电压的输电线路上的电压继续增大。而继电保护装置的作用，主要就是为了给电力设备提供安全防护，及时的判断电力设备可能存在的故障以及故障的范围和故障的性质，从而帮助电网检修人员能够针对性的对电力系统的故障进行处理。而如果输电线路上的电压过大，就会使得继电保护装置以保护输电线路和电气设备为目的，出现跳闸的情况，跳闸也是为了能够尽可能的阻止受损线路或者出现故障的组建对整个供电系统造成的不良影响。而继电保护装置一旦短路，就会造成因为导体融化或者绝缘体发热而出现的火灾，或者因为短路产生的电弧飞溅到周围的电气设备上而造成的电气设备损伤或者运行的事故，这种情况对于煤矿企业的生产设备的安全运转来说是非常致命的。

②巨大电流导致的线路熔断和电气设备损伤

雷电往往包含着巨大的电流和电压，如果直接打在电气设备或者输电线路上，则可能会造成输电线路因为被雷击中而爆炸燃烧。除此之外，雷电中所蕴含的巨大的电流也会顺着输电线路，对输电线路的塔杆以及配套的电气设备造成巨大的损伤。而这种损伤是电气系统自身的损害检测及修复系统完全无法解决的不可逆的伤害。尤其是像这种110kV的输电线路的雷击事故，因为该类输电线路在煤矿企业的生产过程中的应用是最为广泛的。所以输电线路一旦出现雷击事故，再加上雷击事故造成的损伤本身是无法自行修复的，就需要检修人员花费大量的时间对受损的线路和设备进行维修，这样一来无论是维修的人力成本还是时间成本都大大增加了。

③对国民经济生产造成的损害

雷电事故大多数出现在春季、夏季以及秋季这样极端气流比较频繁的季节，而这三个季节又是国民经济生产和发展的关键时节。而110kV输电线路一旦遭遇雷击发生故障，就有可能会对电力的输送造成影响。比如说输电线路损害造成的停电会影响煤矿企业的生产，如果发生雷击事故的输电线路，恰巧处于环境比较恶劣距离城市比较遥远的地区，工作人员还需要花费大量的时间翻山越岭的来到事故发生的地点来对受损线路进行检修，而这个过程也会使得很多煤矿企业因为停电时间过长而面临巨大的经济损失。除此之外，雷电如果击中了肩负通信功能的信息输送线路，就有可能会导致信息传播不及时。不仅如此，还有一点需要注意的是，带电的110kV输电线路在遭遇雷击时所造成的损失，比不带电的同类型线路会更大。可见，雷电事故给国民经济的发展带来非常大的阻碍。

3.煤矿供电需求

（1）对供电的可靠性要求较高。煤矿是煤炭资源采掘的主要场所，而煤炭资源又在我国国民经济的发展中起着至关重要的作用，因此煤炭资源的持续供应也会关系到国民经济的发展。而我国的很多煤炭资源储存的深度都比较深，需要通过打井的方式来进行采掘，这就使得煤炭资源的采掘作业所面临的环境比较复杂，尤其是对于掘进面的安全生产以及掘进设备的持续运行，都有着比较高的要求，因此也对供电的可靠性有比较高的要求。最好能够做到供电不间断，从而确保煤矿企业的安全生产。

（2）供电的安全性。由于很多煤矿的开采环境都比较特殊，甚至在掘进面出现了煤气共生的情况，工作面内部充斥着大量的瓦斯，因此就一定要要求在采掘过程中供电设备必须具备防火、防爆、防触电的功能，从而避免可能发生的安全事故。

（3）对于供电水平要求较高。这里所说的供电水平主要是指煤矿对于电力输送过程中电压的稳定性以及频率有着比较高的要求。通常来说煤矿用电的电压一般的偏差都在±5%以内，而对于供电系统的额定频率的要求则是50Hz的交流电，其偏差范围在±0.2Hz以内，所以这也要求煤矿企业的输电线路必须保持健康稳定的运转态势，从而才能够为煤炭企业提供生产和生活所需的稳定电流，确保煤炭企业的安全生产效果。

4.110kV输电线路特征

（1）对输电铁塔的设计要求比较。对输电铁塔的设计要求比较高是110kV输电线路的首要特征。因为110kV输电线路在我国的应用是最为广泛的，在很多地方都能够看到这类输电线路的身影，尤其是在一些大型的一线城市更是会采用架空输电线路的方式来保障电力的输送，而在这个过程中就需要很多大体积高尺寸的输电线路铁塔，由于输电线路铁塔本身体积以及高度的特征，在设计和建设阶段就一定要做好基础、结构以及承载力方面的计算，从而确保铁塔的稳定性，进而对输电线路的安全运行提供保障。

（2）加装好避雷设施。因为110kV输电线路本身就具有一定的电压，而且在运行过程中也源源不断的输送的大量的电流。再加上这类输电线路的分布比较广泛，所以为了避免雷击而造成的线路故障，就一定要在重要线路上采用避雷针、避雷线等方式来降低雷电天气对于输电线路的不良影响。

（3）对于绝缘子的要求比较高。绝缘子是110kV输电线路上非常重要的一个装置，绝缘子所具有的抗老化、抗腐蚀性能以及电气强度，也会直接影响110kV输电线路的正常运行，因此一定要做好绝缘子的采购以及质量检测工作，确保绝缘子所具有的性能能够满足110kV输电线路的运行要求。

5.110kV输电线路雷击故障事件预防措施

（1）安装线路避雷器。安装线路避雷器是有效预防110kV输电线路雷电事故的重要手段之一。这类预防措施主要是应用于位于孤立山头位置或者空旷野外的110kV输电线路杆塔。由于它们所处的区域比较空旷，位置比较高，所以在雷雨天气时遭遇雷击事故的几率会大大增加。线路避雷器主要由避雷线和导线组成。一旦遭遇雷电天气。由于避雷器内部的电流会比避雷线分流出来的雷电流更多，所以通过分流耦合作用，进一步降低线路塔杆和输电导线之间的电位差，从而有效的解决绝缘子串中存在的闪络问题。

（2）架设耦合地线。耦合地线在110kV是电线路的避雷、防雷措施中也属于应用比较普遍的一种。它的原理是在输电线路下方设置耦合地线，利用地下的分流和耦合作用来让输电线路的耐雷水平得到显著的提升，还能有效的抵消导线绕击之后所带来的损伤，减少跳闸的几率和次数，能够进一步提升煤矿企业的安全生产效果。

（3）增加塔杆的绝缘设备。增加塔杆的绝缘设备，也是有效预防110kV输电线路雷击事故的重要手段。所谓的塔杆绝缘设备主要是指性能优异的绝缘子或者塔杆上的防污瓷瓶，因为二者都具有良好的绝缘性能，所以如果适当的增加它们的数量就可以提高110kV输电线路塔杆对于雷击的耐受能力，所以这种方法也特别适合输电线路分布密集的煤矿企业。在这个过程中还需要注意的一点，就是必须经常对输电线路和塔杆上的绝缘设备进行检修，一旦发现出现故障或者破损的绝缘设备，必须及时更换，这样才能够确保绝缘设备的使用效果。

6.结束语

综上所述，对于110kV输电线路雷击故障事件及预防措施分析是非常具有现实意义的一项研究，可以有效避免雷击故障的发生，通过积极的预防手段来最大限度的减少损失，为经济建设和发展提供支持和帮助。对于110kV输电线路应用比较多的煤矿生产企业而言，在极端天气比较常见的春、夏、秋三季。做好雷击故障的预防措施是非常有必要的，因此在开展这项工作的时候，也应该结合不同生产部门以及不同环境下对于110kV输电线路的运行要求，在了解雷击故障危害性以及特点的基础上，针对性的采取有效的措施来提升煤矿企业110kV输电线路的防雷性能。