输电线路设计及运行中的防雷技术措施分析

简义重

摘 要：输电线路的设计与实际运行中，要充分地考虑到雷电灾害对线路有可能产生的影响。基于此，本文首先介绍了雷电灾害对于输电线路对影响以及影响产生的原因;其次，分析了输电线路的设计要点;最后，通过案例探究的方式，研究了在实际的线路设计和运行中，防雷技术的具体实施。

关键词：防雷技术;环境保护;输电线路;雷电定位

中图分类号：TM862 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）18-0189-02

0 引言

雷电是自然界中一种比较常见的现象，其危害性较大，若不能加以有效防治，会对树木、建筑和电力线路等造成损害。目前，世界范围内大部分的国家和地区，都已经发展起了较为成熟的防雷技术措施，并在输电线路的设计和运行中加以有效运用。本文就输电线路设计和运行中的防雷措施进行了更进一步研究，结合线路规划实际情况，提出了更具有针对性的问题解决方法。

1 雷电灾害对输电线路的影响与原因分析

1.1 影响

对于输电线路而言，雷电灾害会产生严重的损坏，且损坏具有明显的电压高和破坏力大的问题。导致输电线路受到强力打击的主要原因是雷电为瞬时间形成，且整体压力大。当系统线路受到雷电打击之后，通电设备的问题会有持续显著的提高特征，最终导致设备的元件受损，甚至产生了停电的现象[1]。当前，国内供配电系统内使用的元件均有显著的脆弱和敏感的特征，当受到雷电打击之后，这一缺点会被无限放大，并对后续的系统运行操作都产生重大破坏，甚至会导致系统整体瘫痪的情况发生。

1.2 原因

1.2.1 自然原因

自然环境和地理位置等因素，是造成输电线路受到雷击损坏的主要原因。我国山区面积较大，各个地区的地理因素差异性较为突出。山区气候条件整体阴晴不定，容易诱发雷击情况。大部分的山区内部都有较为密集的树木，在雷雨天气发生之时，当地的输电线路容易受到影响。

1.2.2 杆塔因素

云层部位具有聚集电子能量而产生电荷的特征，当电荷能量直接传达到地面之后，会产生严重的雷击情况。输电线路的杆塔较高，承担着地面和电荷连接的重要作用。加之，瞬时产生的电压有极强的穿透性，且杆塔本身的防御能力并不足以抵挡雷击。此外，在杆塔建设中，若两个杆塔之间的距离较近，当雷击发生时，比较容易产生分流的情况，这一现象也是导致输电线路受到损坏的主要原因。

1.2.3 避雷线因素

避雷线的位置也会影响到输电线路的安全性。因为避雷线本身的保护能力较为有限，如果超出了这一范围，实际避雷的作用并不能得以有效发挥。保护角的设计应该结合输电线路所在区域的雷电作用，缩小保护角设备范围，以此扩大保护效果。此外，在输电线路运行中，输电线路本身的防雷作用还会受到多种因素的影响。当系统内防雷保护弱化的情况下，则难以实现对线路雷电绕击的防御，同样也会引发跳闸问题的发生。

2 输电线路设计要点

2.1 环境保护要点

输电线路防雷设计要充分地考虑到基础部分设计和杆塔设计对于周围环境造成对于影响。例如，在部分山区输电线路本身的布设会存在复杂性，施工过多会对周围环境地形地貌、土壤和植被等造成破坏，甚至会产生水土流失的现象。因此，工作人员要在进行设计的过程中，认真做好地质勘查和地形测绘，配合高低主柱，达到降低山区弃土总量的效果[2]。

2.2 防雷技术要点

在对输电线路进行防雷设计中，要明确避雷线的设计是高压输电线路避雷的重要手段。因为避雷线能有效地防止雷电打击过于集中，且还可以进行分流，从而降低杆塔上经过电流的总量。因为线避雷器的使用可有效降低避雷方法，所以，在进行避雷器选择中，要考虑到线路本身的需求。例如，针对部分横跨范围较广的高压输电线，其停电事故发生概率较高，因此，要做好相应的防雷工作[3]。

2.3 绝缘水平要点

输电线路的防雷能力和绝缘能力成正比例关系，若想提升线路绝缘能力，就要真正做好线路零值绝缘子。在进行设计中，要根据工程项目优化选择绝缘子，突出绝缘子轻量、质优和稳定的特征。

2.4 智能化设计要点

在规划设计输电线路中，要充分地考虑到，现代化的发展阶段，输电线路设计以及高科技手段，可以有机地结合起来。这种方式下，能够逐渐构建起智能化、现代化层次较高的高压输电线路。在深入研究之后，有利于形成智能化水平更高的高压电网，而且其本身智能化高压电网可实现自我检测与自我防御监控，最终提升系统安全性，通过输电线路进行的电力输送也会更加稳定。

3 输电线路设计方案与运行中防雷技术措施应用

3.1 案例概述

S省位于我国东部沿海地区，其三面环海，中部地区凸起，整体地形较为复杂，不仅包括了高低起伏的丘陵、还有黄河冲击而成的平原地区，且还有一部分湖造和洼地。据调查，S省中部地区的雷暴天氣较多，东部和西部较少，全年雷暴天气在30天以上。通过分析可以看出，当地的雷暴天气与自然地理环境有着十分密切的关联。因此，在进行输电线路的规划设计和施工运行中，相关部门的工作人员要充分地关注到防雷技术运用，加强对输电线路的保护[4]。

3.2 雷电定位监测

通过分析S省当地地形地貌以及气候特征的方式，可以绘制出具体的雷电多发地区的位置图，从而对雷电和输电线路的影响范围及区域进行分析判断。但是若想更加精准地判断雷电的范围，需要构建雷电定位的监测系统，并且提供差异化的防雷技术资料，以此完成故障杆塔的精准定位。

例如，S省电网系统联合气象监管部门的工作人员，共同构建了LLS型号的雷电定位系统。这一系统可以实现雷电活动的实时监测，是一种具有范围广、自动化、实时性和精密性强的新型系统发展工具，并且还可以在具体的规划建设过程中，精准地定位雷电发生的位置和时间，对波形、回击次数、极性和电流参数等进行统计分析，为后续的输电线路防雷技术措施应用提供可靠的数据支持。

LLS雷电定位系统主要包括了三个组成部分：

（1）数字探测站。主要是通過采集、识别和处理的方式，发送雷电电磁辐射信号，并将其波形数据进行存储，用于其他环节的调用，数字探测站可以被视为是雷电定位系统的核心部分。（2）中心数据处理与分析。主要是接收各类与雷电有关的信息，并采取分析和处理的方式，完成数据信息的协调处理。这一系统可以实现雷电系统供电定位分析，完成数据的相关性研究。（3）用户系统。用户系统主要将电网当中包括地理信息、电网和雷电信息等在内的各项信息和数据，进行集中计算的软件系统。

3.3 仿真平台设计

3.3.1 平台选择

对于输电线路的防雷操作而言，常用的仿真软件主要包括了MATLAB、ATP和EMTDC等防雷仿真软件。在经过了相关需求分析和技术检验之后，工作人员提出，无论是变电环节还是输配电环节，应用效果最好的为ATP电磁暂态软件计算系统。这一系统作为全网分布最广且应用效果最高的软件之一，其优点十分突出，且能完成任意线路的模型的构建。

3.3.2 仿真模型

在选择好输电线路模拟仿真设计平台之后，需要根据雷电打击情况，构建相应的仿真设计模型，为开展优质的仿真分析奠定稳定基础。从实际测试的角度机型分析，并不能精准地判断出雷电电能释放的规律，但是，采取科学试验的方法，可以在分析了最大上升率、频谱图、幅值等数据参数的基础上，明确地判断出雷电电流相关参数，并建立更为精准的仿真数据模型。根据S省的实际情况，可得出，构建多波阻抗模型能达到较好的效果。这一模型的优势在于，计算方法相对简单，而且在实际计算中，并不需要考虑杆塔雷电波的过程，最终得出的结论符合实际情况。此外，应用这种模式不会出现较大的误差，模型计算的精准度更高。

公式当中的rek表示的是等效半径，hk表示的是基础平面与各横担面的高度。

3.3.3 仿真分析

根据运行经验可以得出，一般情况下，接地电阻会对杆塔的雷电打击做出较为明显的反应，并且雷电杆塔受到影响的情况下，输电线路接地电阻会超过设计值，接地引下线断裂也会使得接地电阻变得无穷大，这一情况会严重地影响到杆塔和导线之间的电势差。当电势差较大且超过了绝缘子闪络电压的情况下，电路内部会因此出现故障跳闸的问题。通过仿真设计的方式，能有效地改变杆塔接地电阻的雷击过程计算方式，完成杆塔接地电阻和耐雷水平关系的定量分析。

3.4 防雷技术应用

3.4.1 降低接地电阻

S省的500kV线路中的II线是当地这一高压输电线路当中雷击较高的故障线路，因为线路本身的输送功率较大，所以一旦受到雷电打击的影响，会导致电网整体的运行出现较为明显的运行问题。在具体操作中，工作人员提出，S省山区的输电线路接地电阻不能超过15Ω，平原地区的接地电阻不能超过7Ω。据此，可根据接地电阻改造的方式，将全部铁塔9基改造变成雷击跳闸故障，改造方式仍可采用原本的离子接地体作为垂直接地的方案。

3.4.2 安装可控避雷针

根据S省输电线路所在区域的雷电活动特征可以得出，通过考虑可控避雷针有效保护范围，能够掌握绕击闪络的风险为D级，并且档距不超过800米。在明确了这一规格参数之后，可以在对应的铁塔塔头安装可控避雷针设备，共计铁塔20基，每种型号的铁塔基安装数量均为2组，采取塔头安装的方式。

3.4.3 安装线路避雷器

除了上述方法外，输电线路在运行中的防雷技术措施还包括了安装线路避雷器的措施。S省输电线路中II线部分的主要风险为绕击风险，对此，要加强对其风险问题的处理。可控避雷针的保护范围有一定限制，当档距超过800米时，则不适合安装这种类型的避雷器。考虑到绕击闪络的风险为D级，则安装避雷器设备会存在具体的塔号以及安装数量。

3.5 应用效果分析

自从2013年开始，S省正式开始落实停电检修与防雷措施，在对此后5年之内的输电线路雷电灾害调查工作中，仅有1例因为雷电绕击而产生的跳闸故障问题，且运行部分避雷器设备的动作发生的次数出现了较为明显的变化，从初始设置的0次变成了6次。由此可得，避雷器的应用起到了良好的防雷效果，其差异化防雷措施，实际有效性十分显著。

4 结语

综上所述，无论是在输电线路的设计过程中还是在线路实际运行，都需要充分加强防雷管理。通过引入技术、资金和人才等多种不同的方式，真正地做好防雷监测以及雷电来临之前的预防和准备工作。通过这种方式，可以选择出更适合的材料，确保在规划设计、施工建设和运行管理中，都能真正做好防雷技术管理和运营维护工作，真正做好防控管理，保证电力系统的整体性和安全性。

参考文献

[1] 廖方明.输电线路雷击跳闸事故浅析及防雷事故措施的研究[J].科技风，2019（22）：190.

[2] 董威佐，肇恒阳.输电线路的防雷设计与运维技术分析[J].黑龙江科学，2019，10（10）：88-89.

[3] 夏旭东.高压输电线路设计工作中应注意的要点[J].科技风，2018（34）：186.

[4] 丁博，赵铭.输电线路设计中线路防雷技术的运用研究[J].中国高新区，2018（01）：149.