220 kV高压输电线路防雷接地技术分析

罗玉鹤

摘 要：随着我国用电需求的不断增加，对高压输电线路输电安全的要求也越来越高。高压输电线路的防雷是输电线路安全工作中的重要环节。针对高压输电线路的特点，分析、研究了220 kV高压输电线路的防雷接地技术。

关键词：高压输电线路；防雷接地技术；雷电活动；避雷设施

中图分类号：TM862+.1 文献标识码：A 文章编号：2095-6835（2014）16-0037-03

雷击是一种不可预知的自然现象，一直以来都是威胁高压输电线路安全输电的主要因素。因此，如何保护高压输电线路，防止雷击的破坏，进而保障电力系统的安全运行成为了关键问题。防雷接地技术不仅能够避免电力系统因受到雷击而发生跳闸的情况，还能很好地保护周围的电力设施，对高压线路的安全输电有着非常重要的意义。

1 高压输电线路的防雷原则和意义

我国的高压线路设施大多分布在比较空旷的郊区，但郊区恰好是雷击的高发地。一旦发生雷击，就会给高压线路带来很大的危害——遭受雷击的高压线会因电压过高而引起自动跳闸和系统自动切断线路，导致线路跳闸，进而使整个电力系统受到损害。如果雷击地点周围的辅助设施的绝缘性和抗压力达不到标准，就会因雷击产生的强大电流引发二次伤害，进而威胁到周围人民群众的生命、财产安全。雷击对高压输电线路乃至整个电力系统的损害是非常大的，且维修工作也会耗费大量的时间、人力和财力。雷击不仅会造成电力传输突然中断，进而影响人民群众的生产和生活，还会在很大程度上破坏国家的财产。所以说，对我国的高压输电线路进行防雷是非常必要的。通过应用高压输电线路的防雷接地技术，不仅能有效地减少电力系统的安全隐患，还能提高我国高压输电的效率和安全系数。

高压输电线路的防雷原则应该根据不同的地域采用不同的防雷措施，还要结合当地的气候、地形和周围环境等因素，制订出切实有效的防雷方案。除此之外，要对高压输电线路进行准确地分段评估并制订出处理预案；应对当地的高压输电线路可能出现的故障和漏洞进行评估和补充，尽可能将雷击造成的损失降到最低。

2 雷击过程分析

2.1 雷击产生的原因

高压输电线路是使用金属材料最多的供电线，同时，大量的供电线路都是架空结构，会使高压电路在受雷击的过程中产生强大的感应电流，并能轻易地进入供电线路中。线路遭受雷击后，不仅会损坏电力设施、影响正常输电，还会破坏电力通信系统。虽然在各个高压输电线线路都配备了高压和阀型避雷设施，但是因现有的设备反应较慢且残压较高，因此会造成低压输电线路的暂态过电压。

2.2 高压输电线的感应电流

在雷雨天气中，雷电会使高压输电线路的架空导线产生感应电流。一旦雷云对大地放电，就会使高压导线中的电荷挣脱束缚，形成自由移动的电荷，并以雷电冲击波的形式向输电线路的两端传动。此时，电荷的移动就会产生感应电流，并与导线中的电阻形成雷电感应电压，且电压很高，足以对电力设施造成致命的破坏。

2.3 雷害的形成过程

当高压输电线路遭遇雷击时，一般会经历四个阶段：①高压输电线路遭受雷击后产生过电压；②高压输电线路闪络；③高压输电线路从闪络逐渐恢复到工频电压；④供电线路跳闸，输电停止。

3 高压输电线路防雷方面存在的问题

3.1 雷电活动频繁且随机性较大

在夏季的雷雨时节，雷电活动较为频繁且随机性较大，使这类自然灾害没有固定的规律可循。虽然我国在天气预报等预测方面的技术较为先进，但是还存在着很大的局限性。所以，不能准确地预测雷电活动，无法做到有效的预防，这也在一定程度上造成无法正确判读高压输电线路的闪络类型。

3.2 高压输电线路的设计水平有限

在对高压输电线路设计时，由于各地的设计水平不同，所以各个地区的线路设计也不尽相同。因地域的差距，线路设计人员应该根据当地的气候、环境等因素适当调整线路，而不是生搬硬套输电线路的常规设计方法，比如在设计线路时，没有参照、对比当地的土壤电阻率或接地电阻的取值，这也是导致高压输电线路经常遭遇雷击的重要因素之一。

3.3 高压输电设施焊接点的质量较低

高压输电设施接触点的焊接质量一般较低，加上年久失修，就可能会引起高压输电线路的跳闸故障。例如，在高压设施的施工中，一些接地体的接头在焊接时存在长度不够或接头深度不足等缺陷，这就会造成高压输电线路的意外跳闸情况。

3.4 接地电阻普遍较高

如果高压输电线路的接地装置运行时间较长，且长时间没有维护，就会导致接地装置遭受严重的腐蚀，进而导致接地电阻升高，严重影响高压输电线路的安全运行。在进行回路检测时，如果放置的电极没有达到正常标准或架杆内部有严重的腐蚀现象，也会影响接地电阻的准确性。

4 220 kV高压输电线路的防雷技术

4.1 避雷线的应用

应用避雷线是高压输电线路防雷的基本措施。避雷线的主要作用是防止雷电击中高压输电线，从而起到保护作用。除此之外，避雷线能够很好地对雷击产生的巨大电流进行分流，从而减少流入杆塔的电流，避免产生强大的电流而对其他电力设施造成破坏。避雷线还能够通过屏蔽输电线的电压来减少雷击产生的感应电压。通过导线的耦合作用能有效地降低输电线路绝缘方面的电压。避雷线的架设有一定的原则，一般其避雷效果和线路的电压成正比——电压越高，避雷效果越明显，且避雷线在线路中的性价比也就越高。因此，架设避雷线对于220 kV高压输电线路是非常必要的。

4.2 降低接地电阻

降低接地电阻是提升高压输电线路防雷能力的主要途径，其主要方法是降低杆塔的高度。在土壤电阻率较低的地区可以通过降低杆塔的高度来降低接地电阻，而在土壤电阻率较高的地区，降低接地电阻就比较困难，可以通过延长接地体或使用降阻剂来降低接地电阻，从而提高输电线路的防雷能力。

4.3 使用消弧线圈的接地方式

在接地电阻较高和雷电活动较为频繁的地区，可以使用消弧线圈的接地方式进行防雷。消弧线圈的接地方式可以很好地避免单相雷击接地故障。当二相和三相遭到雷击时，单相导线不会因受到雷击而发生跳闸故障。导线闪烁后相当于接地，从而增加了耦合作用，使线路的电压降低，增强了输电线路的防雷能力。

4.4 提高绝缘水平

由于高压输电线路的杆塔越高，就越容易遭到雷击，所以，对于要求使用高杆塔输电线路的特殊地区，遭到雷击的概率较大。在搭设高杆塔时，应采取加大杆塔顶部的空间、采用大爬距悬式绝缘子和增加绝缘子的串片数等方法来加强高压输电线路的抗雷能力。在遭到雷击时，高杆塔的感应电流和等值电感很大，遭受雷击的概率也会随杆塔高度的增加而增加。根据行业规定，凡是高出40 m的杆塔，每超出10 m就应多加入一个绝缘子，超过100 m的杆塔就需要根据运行经验来判断绝缘子增加的数量。

4.5 安装自动重合闸

高压输电线路的绝缘子有良好的自我修复性。多数因雷击发生的冲击闪络和工频电弧在输电线路跳闸后，会发生速度较快的游离，致使高压输电线路不会遭受致命的损坏。因此，安装自动重合闸对于提升高压输电线路的抗雷能力是相当必要的。由于很多雷击事故在中性点接地的电网中都是单相闪络，因此，电力人员可以使用单相重合闸来降低对用户的供电影响和减轻维修断路器的工作量。

4.6 架设耦合地线

降低杆塔高度能够有效地减少接地电阻，是非常有效的抗雷方法。但是，当不能通过降低杆塔来降低接地电阻时，就可以利用架设耦合地线来达到输电线路防雷的目的。这种方法的主要作用是增加导线与避雷线的耦合作用，从而减少绝缘子串的电压。此外，架设耦合地线还能对雷击电流进行分流。实践表明，架设耦合地线对高压输电线路能够起到一定的防雷作用。

4.7 安装管型避雷器

对于高压输电线路受到雷击后产生的一些高电压和绝缘缺陷，应采用管型避雷器进行保护。安装管型避雷器不仅能够避免高压输电线路绝缘中的冲击闪络，还能够实现零建弧率。在高压输电线路中，管型避雷器主要安装在通信线路和高压线路之间或交叉跨裆、带有避雷线的杆塔、换位杆塔和变电站中的进线保护等处。

4.8 绝缘方式中的不平衡法则

在高压输电线路的架设中，为了节省更多的空间，同杆架设的双回路现象越来越多。由于这种架设方法不能达到防雷的目的，所以，可以使用绝缘中的不平衡法则使其达到防雷的标准。使双回路绝缘子串的片数不同，这样即使杆塔被雷击中，片数较少的绝缘子就会先闪络，这样闪络的导线就相当于处于接地状态，从而加强了对其他导线的耦合作用，也就提高了整个输电回路的抗雷能力。

4.9 接地技术的应用

接地处理不仅在整个电力系统中有着极其重要的安全保障作用，还被应用到了高压输电线路的防雷系统中。接地技术能够很好地将雷击产生的强大电流分流通入大地，还能有效地减少输电线路因雷击产生的感应电流造成的压力。利用接地技术进行防雷能够最大限度地保障电力设施的安全运行，接地处理作为防雷技术的中心环节有着极其重要的意义。

一般情况下，接地技术从作用上讲主要分为3种形式：①保护接地。指在电子系统正常运行的情况下，利用电力设备外壳的带电部分进行的接地。②工作接地。指在保证电力系统正常运行时，将大地作为导线进行的接地。③防雷接地。指利用电力设施的保护装置和设备的金属结构进行的接地。

防雷接地棒是高压输电设备与大地的连接点。在选择高压接地棒时，应采用铜镀钢材料制成的接地棒。由于传统的防雷接地棒是由镀锌圆钢材料制成的，虽然我国在这方面的要求并不严格，但是在实际运行中，传统的接地棒还是存在一些缺陷。铜镀钢接地棒能弥补这一缺陷的原因有以下三方面：①铜镀钢防雷接地棒的长度一般为1.5 m、2 m和2.5 m，并且可以通过螺纹接口连接成任意长度。这就可以通过增加垂直接地极长度来有效降低接地电阻，从而达到增加防雷效果的目的。②铜镀钢防雷接地棒的安装不用破坏路面，其直径较小、便于安装且安装周期短。③铜镀钢接地棒的耐用度极强，且具有很强的抗腐蚀能力。除此之外，由于其采用了铜和钢的混合材料，所以它既具有铜的优良导电性，也具有不锈钢的抗氧化性。虽然这种接地棒的造价比较高，但是其性价比是非常高的，不仅能节约更多的维护和改造费用，还能提高高压输电线路的稳定性。

5 避雷设施的配备

避雷针是高层建筑和电力设施中最常见的一种避雷设施。但避雷针只能对小范围的区域进行小规模的防雷，不能对高压输电线路进行大范围的保护。虽然避雷针有一定的避雷效果，但是在一定情况下反而会增加高压输电线遭受雷击的概率。原因在于，当雷电击中避雷针时，就会在避雷针引雷的瞬间在其周围产生强大的磁场，致使周围的雷电屏蔽设备无法正常运行，从而引发更多的雷击。

消雷器作为我国高压输电线路中先进的防雷设备之一，能够起到有效的防雷作用。消雷器相较于一般的避雷设施，具有避雷范围广和避雷效率高的特点。消雷器在我国高压输电线路的防雷应用中占有重要地位，在实际应用中起到了很好的避雷效果。在所有的避雷设施中，消雷器拥有很大的优势，在因地域和环境的不同造成的接地电阻不同的情况下，消雷器也能有很好的防雷效果。

6 新型防雷技术的应用

目前，国内外采用的大多是传统的防雷技术，传统的防雷技术虽然较为可靠，但面对毫无规律的雷电灾害而言，还是不能起到很好的保护作用。随着我国电力自动化水平的不断提高，我国高压输电线路的防雷技术也有所提高。

随着信息时代的来临，计算机信息技术也被很好地应用到防雷系统中。不仅在我国高压输电线路上得到了应用，还在科技产品的制造上也加入了较为先进的防雷技术。例如，部分广播电视台为预防雷击事故的发生，采用了卫星接收机和电信光端机等高科技设备进行防雷保护，有效地避免了雷击造成的信号中断等意外损害。

7 结束语

高压输电线路作为国家电网运行的命脉，保障其安全运行的意义是极其重大的。雷击作为高压输电线路的“头号杀手”，严重威胁到了高压输电线路的运行安全。虽然我国对高压输电线路的防雷研究取得了一定的成果，但是高压输电线路的防雷技术还需要进一步的提升与完善。

参考文献

[1]曾嘉.高压输电线路防雷技术分析[J].电力讯息，2014（03）：41-42.

[2]韦基毅.浅谈220 kV高压输电线路的防雷技术[J].工业技术，2013（17）：90.

[3]谢广垒.220 kV高压输电线路防雷接地技术探讨[J].电气工程与自动化，2011（27）：37.

〔编辑：张思楠〕