线路防雷技术在输电线路设计中的运用

邱凤蓉

摘要：雷电是自然界中常见的现象，具有高电压，并且能够形成非常大的破坏力，尤其是当其击中室外的输电线路时，将会造成很大的安全隐患。文章通过介绍雷电对线路的危害，依据防雷技术相关原理，对防雷技术在输电线路中的设计应用进行深入探讨研究。

关键词：输电线路；线路设计；防雷技术

中图分类号：TU74 ； ； ； ；文献标识码：A ； ； ； ；文章编号：1009-2374（2014）18-0144-03

随着我国电力系统相关建设的加快，输电线路运行的安全性和可靠性直接影响到我国整个电网运行的效率。输电线路由于长期暴露在室外，很容易遭到自然灾害的破坏，尤其是雷电，所以，线路的防雷问题对于线路研究技术人员来说是考虑的重要因素之一，运用有效的防雷技术以确保输电线路的安全正常工作，无论是对于家庭用电还是工业用电，都显得非常重要。

1输电线路设计中的防雷技术概述

1.1雷电对输电线路正常运作的危害

雷电不仅仅是一种常见的自然现象，还具有很强的破坏力。雷电多发于夏季，尤其是南方的山区更为常见。尽管雷电只有0.01秒的放电时长，但在这短短时间内，其电流却能够在瞬间高达十万安培。这么大的能量，如果击中动物身体，可以在瞬间麻痹其心脏和大脑，严重的还会造成动物死亡。如果是击中建筑物或其他机械设备，受到其高压高热的强大破坏力，被击中的这些物品都将被毁坏殆尽。由于雷电能够瞬间产生强大的热电效应和磁场效应，并且其自身又具有上述强大的机械性破坏力，因此，雷电在击中室外的输电线时非常容易对电压造成严重危害。目前，我国在电力调度的运行系统中配置的集成度比较高的相关电子设备，对雷电的电磁脉冲反应非常强烈，输电线路遭雷电击中后，会在瞬间形成超负荷的敏感过电压磁波，通过电路网将其导入变电站，从而会导致变电相关运行设备的介电强度下降、敏感的电子器件遭受损坏，使得供电保护装置以及监控系统产生错误的动作，引起跳闸、断电，对输电设备正常的运行产生极大的破坏。

直击雷有反击和绕击两种，都能够对线路的安全运行构成威胁，根据相关调查数据，反击更多地发生在丘陵和平原线路中，而绕击则多发于山区线路。因此，在进行线路的设计之前，技术人员应当充分研究当地的雷击性质，以运用具有针对性的防雷技术。对于山区的线路，应选用防雷走廊，以减少避雷线的保护角，同时增加其绝缘性；而针对平原和丘陵地区的线路，则应当选用更加适合的措施来降低线路电阻，来有效防雷。

图1

1.2输电线路中的防雷策略设计

设计输电线路的防雷策略时，要考虑很多综合因素，从多个角度、根据具体情况融入土质、电阻、地形、地域、线路等各种因素以全方位地进行线路的设计规划。

（1）线路避雷器的防雷原理。线路中的避雷器所采用的是避雷器自身和串联空气间隙结构二者的组合，其中，避雷器本体基本上不会承担由系统运行产生的电压，因此，避雷器的使用不需要考虑其由于长期运行造成的老化问题，即便是避雷器有故障，也不会对线路运行造成影响。串联空气间隙有两种，即以合成绝缘为支撑的串联空气间隙和纯空气串联间隙。

当雷电击中塔杆时，由雷电产生的电流分为两路，分别经由避雷线、塔杆流入大地，此时，若是塔杆顶端的电位和导线的电位之差高于一定值，绝缘子串中的50%放电电压就会引起从塔顶到导线的闪络。输电线路整体抗雷能力绝大程度上是受接地电阻、架空的避雷线、雷电流的强度以及绝缘子串的50%放电电压影响。其中，接地电阻和架空的避雷线是人为可控制的，因此，要提高线路抗雷能力，通常选择安装避雷器和减小接地电阻的方法。

线路上安装避雷器后，当雷电击中输电线路时，雷电流会分流，一部分经由塔体入地，另一部分由避雷线传到相邻的塔杆，当雷电流大于一定数值，避雷器会动作加入到分流中去。避雷器的残压小于50%，即便是雷击电流进一步加大，也不会造成残压过大，引发闪络。具体来说，线路安装避雷线后，当雷电击中输电线路时，避雷器会部分雷电流输送至相邻的塔杆，而雷电流在经过导线和避雷线的时候会由于其电磁感应作用而产生耦合分量，从而升高导线的电位，使得塔尖顶端与导线的电位差不高于绝缘子串闪络电压，起到防雷的作用。

如目前武汉高压研究所经长期研究得到的研究成果：可控放电避雷针。其工作原理是，用变化较缓的小电流上以雷闪放电形式释放雷云电荷，来避免输电线路受到强烈的下行雷的闪放电造成的危害。

（2）选用合理的输电线路路径。由于自然区域的条件不一样，受雷击的概率也会有很大差异。那些雷击频发的地域，自然行业不是铺设线路室最佳的考虑方案。因此，要选择铺设线路最合理的路径，尽量避免此类雷击区域。应该要避免的路径有如下几种：第一，号称“雷暴走廊”的山谷峡谷地区；第二，地下埋有导体性质的矿物或者地下水位高的地区；第三，环山而坐既潮湿又低洼的盆地，尤其是其旁边有连绵的山脉或者是有树木、池塘、水库等的铁塔周围更加危险；第四，已经发生土地电阻率的突变或者极易发生突变的地域，这些区域有低土质性电阻的特性，比如地质的断层处或者有溪流的山谷区域，又或是那些土壤与岩石、到天河山丘交接的地带；第五，那些土壤很好的山地或是向阳的山坡，虽然其电阻的差距不是很明显，但是遭到雷击的概率也比普通的地区要多。

（3）在输电线路上搭接避雷线。避雷线的功能主要有三个：第一，它能够对分流流经铁塔的电流，以降低铁塔塔顶的电压；第二，它能够通过屏蔽导线来降低电流；第三，它在导线上还能耐有耦合的效果，降低线路中的绝缘子电压。防雷线也因此分为两种悬挂方式。我国目前所采用的是绝缘式的，来降低所耗的功率，既符合现今的可持续发展要义，又不会影响防雷效果。通常来说，线路的电压越高，避雷线的应用效果越好，并且避雷线的应用在整个输电线路造价中的所占比例也越低。实际情况中，选择避雷线时，应以输电线路的电压级别为依据，如果是20kV的线路，没有必要安装避雷线，电压值大于200kV的线路，全程都需要搭接避雷线，电压高于500kV的线路，则需要搭接两个避雷线，从而增强避雷线的屏蔽功能，其避雷线的保护角在15°。同时，为了保障避雷线对线路的保护功能，搭接避雷线时，应当确保每两个避雷线间设有一个间隙，以保障遭到电击时，间隙被击穿从而使得避雷线接地。并且，避雷线应当在每基的铁塔处接地。

但是，即便是全线范围搭接避雷线，也不能够排除导线出现过电压的可能，避雷线的安装会使雷击产生的过电压在超过一定值时动作，给雷电流一个低阻抗通道使其泄放，从而很大程度地限制线路电压的升高，保障线路以及设备的安全。雷击中铁塔时，雷电流一部分由避雷线到达相邻的铁塔，另一部分经由铁塔流进打底铁塔，同时接地电阻会呈现出暂态电阻特性，一般表征为冲击接地电阻。

（4）降低接地电阻。仅仅依靠安装避雷器和架设避雷线所达到的防雷效果不是非常理想，因此，接地电阻是避雷线很好的一个补充，以达到更大的降压目的。比如说，当电压值在40～65kV区间时，避雷线没有搭设的必要性，但是为使所有铁塔的接地情况良好，同时又有防雷的效果，就需要运用降低铁塔的接地电阻策略。降低电阻方法有三种：一是对于那些较为集中同时规模较小的接地网，可使用降阻剂。将降阻剂铺设在接地极的四周，扩大接地面积，从而达到降低地面和铁塔的电阻。因其导电性能较好，可推广使用此方法；二是爆破技术。利用爆破，制造破裂，然后通过压力机作用将电阻率较低的材料导入裂缝中去，以增强土地导电性能；三是加长水平接地体，因为水平节地体长度与电感效应成正比，若其长度为80m，电阻率达2000，长度是55m时，电阻率是500，因此，当其长度达一定值时，冲击系数就会逐步稳定下来，不会再下降。

表1500kV的交直流输电线路耐雷水平和杆塔接地电阻的关系

杆塔接地电阻/Ω 不同雷电流波形/μs

-1.2/50 -2.6/50

5 165.1 204.9

10 160.2 184.7

15 149.9 171.6

20 143.0 162.9

25 138.1 156.8

30 134.6 152.7

（5）架设耦合地线。有些情况下接地电阻不能降低，这时，可以在导线的下方或者周围敷设地线，使得雷电流能够分流，从而降低绝缘子串两端感应的程度，降低反击电压之间的分量。耦合地线的架设，可以降低电力系统遭受雷击时的跳闸率。

（6）中性点非有效接地方式。据有关数据显示，电力系统中发生的事故和故障中，超过60%为单相接地。当中性点不接地系统中有单项接地的故障发生时，仍然会保持其三相电压平衡，并且能够继续供电，给技术人员足够时间找到故障发生点并做及时处理。这种方式能够补偿流经故障点的电流，使得电弧可以自行熄灭、系统自行聚恢复其正常的运行状态，从而降低故障点上恢复电压的上升速度减小其电弧重燃的几率。

（7）在绝缘子串首末端用大直径的绝缘子。绝缘子串处在极不均匀的电场中，在绝缘子串首末端选用直径大的绝缘子，就如在其两侧设置了两个屏障以阻碍工频以及雷电压产生的在两侧电极的电晕放电电荷造成的带电荷粒子运动，减缓粒子的运动，同时调整周围空间的电荷分布，使得绝缘子串的所在电场更加均匀，不容易击穿，减少其建弧率。这种方法和安装均压环有异曲同工的妙用，如下图2所示：

图2

3结语

输电线路是电力系统的大动脉，我国的国土面积大，且地形复杂多样，雷雨居多，遭受到雷击的几率也较大。如果没有有效的防雷技术应用，一旦输电线路遭到雷击，将会给电力系统带来很大的损害。正确认识雷击对输电线路的危害，并将防雷技术纳到线路的设计中显得十分重要。不仅要有观察研究掌握详细的雷电有关规律和参数，还要通过与气象部门的有效沟通来获取最全面的雷电资料，进而更好地将防雷技术运用到输电线路的设计中去，并根据实际情形做好相关的预防工作。此外，增强电力系统建设中防雷技术的科技含量，进一步提高整个电力系统防雷能力，以确保电力系统稳定运行具有重大意义。

参考文献

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