输配电线路的防雷设计技术分析

范建军

（国网山东省电力公司德州供电公司）

输配电线路的防雷设计技术分析

范建军

（国网山东省电力公司德州供电公司）

本文以输配电线路的防雷设计为研究对象，介绍输配电线路防雷设计的重要性，提出具有可操作性的设计方案，降低输配电线路因雷电导致的故障发生率。

输配电；线路；防雷

0 引言

统计结果显示，截止到2016年底，我国输配电线路故障中，约有28%的故障由雷电导致，其中包括雷电直接击毁和间接影响两种方式。因此，为解决雷电对输配电线路的影响，需要根据输配电线路的实际情况加装防雷设施，保证城乡居民的正常用电。

1 雷电对输配电线路的影响

雷电对输配电线路的影响存在于多个方面，首先，由于杆塔远远高于地面，在雷电高发期极易遭受雷击，这是导致输配电线路受雷电影响较大的主要原因之一。其次，雷电直接作用在输配电线路上时（直击、反击、绕击），雷电过电压对输配电线路造成间接影响，输配电线路的绝缘性大大降低，导致工频电弧的出现，进而导致漏电保护器工作，输配电线路断开。

雷电对输配电线路的影响不仅表现在相关电气设备的正常工作上，输配电线路受雷击后，也将对人们的生活产生间接影响。因此，加强输配电线路的防雷设计直接关系人们的生命安全与财产安全，意义重大。

2 雷电产生的电压种类

2.1 感应雷过电压

感应雷过电压的形式有静电感应电压和磁感应电压两种，静电感应电压是由于云层中存在大量负电荷，这时的云就成为了“雷云”，当带有大量负电荷的“雷云”距离输配电线路较近时，根据异性电荷相互吸引的原理，输配电线路的末端将出现大量正电荷，这些正电荷将朝着输配电线路的两个方向移动，形成静电感应电压。而磁感应电压的存在是由于在雷电击中大地后，将形成较为强大的空间磁场，根据电磁感应原理，输配电线路上将出现超高的感应电压，严重威胁输配电线路的安全。

2.2 直击雷过电压

日常生活中，在雷电天气中出现的跳闸、击穿现象，以及家用电器带电的情况，均与直击雷过电压存在关系。当雷电直接击中输配电线路时，输配电线路上的电流将在瞬间达到较高值，这一电流远远超出了输配电线路保护、控制系统的要求，因此，直击雷过电压所造成的影响与危害要略大于感应雷过电压。

2.2.1 输配电线路的防雷设计方案

为降低雷电对输配电线路正常工作的影响，需要在传统输配电线路的基础上增加防雷设计，以保证人们对电的正常需求，减少对人身与财产安全造成的损失。

（1）架设避雷线

架设避雷线是输配电线路防雷的常见手段，据统计，经常遭受雷击的输配电线路主要集中在35kV以下，因此，此类输配电线路的绝缘性也就没有较高要求，传统避雷手段的效果可忽略不计。当出现直击雷过电压时，输配电线路中的大电流将对附近变电站造成破坏性影响。因此，为降低直击雷过电压对输配电线路的影响，需要在变电站附近假设避雷线，距离为2m，这种避雷线铺设方法能够有效预防因雷电对输配电线路造成的反击和绕击，避雷线的屏蔽效果受避雷线与外侧导线保护角存在相关性，通常将这一保护角设定为20°。

（2）增加中性点非有效接地

增加中性点非有效接地能够在输配电线路的二相、三相存在落雷时增加电流的分流效果，进而降低为闪络相上的电压，从而提高输配电线路在雷电环境下的生存水平。所以，对于35kV（或35kV以下）的输配电线路的杆塔，应当增加中性点非有效接地，有效降低因雷电导致的输配电线路故障发生率。

（3）加强输配电线路的检修工作

在对过去发生的雷击输配电线路故障进行研究后发现，线路老化也是输配电线路易受雷击的主要原因之一。因此，在加强输配电线路防雷研究的同时，也要注意输配电线路的检修与管理，增加输配电线路巡查人员检查频次，对于输配电线路出现的问题及时处理。不仅如此，输配电线路巡查人员应当注意接地线路的检查，提高输配电线路的绝缘性，降低因雷击导致的跳闸概率。对于以前发生过雷击的输配电线路，应当加装避雷器，对杆塔接地电阻进行检测，对于接地电阻较高的杆塔，需要查明原因，必要时可以铺设“引雷线”，以降低雷电对输配电线路的伤害。

（4）降低输配电线杆塔的接地电阻

对于输配电线路来说，如果杆塔的接地电阻较高，输配电线路遭到雷击的可能性也就大大增加，并且，因雷击所造成的损失也较大。因此，在输配电线路杆塔的设计过程中，需明确杆塔接地电阻与其耐雷击水平成反比例函数关系，基于杆塔实际安装位置土壤的电阻率，选择杆塔实际接地电阻较低的位置施工，这是降低输配电线杆塔接地电阻最为直接、经济的手段。具体做法包括接地体深埋与延伸接地体射线，输配电线路杆塔接地体的掩埋深度需要根据环境的不同而区别对待，耕地地区接地体的掩埋深度需要大于80cm，非耕地地区接地体的掩埋深度需要大于60cm。对于接地电阻无法达到指标要求的，可以采取延伸接地体射线的方式降低接地电阻，然而，对于接地体射线大于8根的（接地体射线长度大于80cm），则不再需要延长接地体射线。

（5）使用耦合地埋线方式

耦合地埋线的方式经常使用在输配电线路防雷设计中，其作用主要包括以下两种，一，耦合地埋线方式能够有效降低接地电阻，最大限度降低输配电线路受雷感电压的影响，实现感应电流与直击电流的分流。在土壤电阻率较高的地区，通过耦合埋线的方式可以有效降低杆塔接地电阻，根据国外实际经验证明，耦合地埋线方式效果极为明显。二，耦合地埋线能够在一定程度上架空地线，以实际案例分析，使用耦合地埋线方式，可降低因雷击跳闸发生概率约为40%，输配电线路的耐雷击水平大大提高，工作稳定性较以往也有所增加。

2.2.2 输配电线路的防雷设计应用实例

以我国某县的35kV输电线路防雷设计为例，其设计范围为220kV的一个一次变电所35kV出线构架至35kV的该变电所二次变构架线路，35kV的该变电所一、二线工程线路的总长度为13.8km。其中，回路数为双回线路。首先，导线采用LGJ-240/30型钢芯铝绞线，全线都使用200～300的避雷线导线，其使用应力安全系大于2.5。

再次，采用6片耐张铁塔绝缘子，材质为FC100P-146钢化玻璃，其泄露距离的校验为λm/Uh=（32×6）/66=2.91cm/kV＞1.6cm/kV。直线铁塔绝缘子为一串FXBW4-70/100型棒式复合绝缘子，其泄露距离的校验为λm/Uh=242/66=3.6cm/kV＞1.6cm/kV。其中，λ表示每个绝缘子的泄露距离m为每串绝缘子的个数，Uh为额定电压。在本线路中，35kV线路不采用绝缘避雷线，全线对地不绝缘，采用直接地防雷。

由于该线路10～40号塔位属于多雷区，因此需要对其防雷措施进行强化，接地电阻不得低于30Ω，并在该段线路上地势和接地电阻较高的铁塔处，增加10组线路氧化锌避雷器，使用的避雷型号分别为HY5WZ-51/134Q，8/20μS，雷电残压为134V。

本线路经过的土壤电阻率为300～2000Ωm，接地方式为闭合方框加水平射线的表面辐射型接地体，接地装置的材料均为φ8～12mm的钢材。为发挥出接地体的实际效果，要将两个接地体的距离控制在5m以上，接地体的焊接长度控制在50～60mm，埋入耕地的深度不低于0.8m，埋入粘土的深度不低于0.5m，埋入岩石的深度不低于0.3m。

3 结束语

随着城镇化建设的逐渐加快，输配电线路的改造与建设项目日益增加，关于输配电线路遭雷击导致故障的案例也越来越多，不仅影响到人们的日常生活，也为地区经济发展埋下了隐患。为此，加强输配电线路防雷设计研究，能够有效降低输配电线路因雷击导致的故障，避免输配电线路因雷击导致的人身与财产安全受损。

2017-05-27）