防雷技术在输电线路设计中的应用

姚少荣

国网延安供电公司 陕西 延安 716000

1 雷击对于输电线路的影响

遭受雷击之后的输电线路，由于自身会产生热量，不仅会破坏线路，而且设备金属材料也容易发生熔断。与此同时，雷击产生的高压将对线路保护装置造成破坏，导致火灾的发生，同时造成的这些破坏无法修复。该过程还可能产生电磁场，导致输电线路不能正常运行。输电线路遭受雷击后，由于压力过高，其运行稳定性将受到影响。此外，产生的电流也会影响到继电保护装置的使用性能，进而影响人们的生活。由此可见，雷击会严重影响输电线路，设计过程中必须将其考虑在内。

2 输电线路防雷设计原理

2.1 选择合适路径

防雷设计过程中，必须合理选择路径。雷击的发生概率与输电线路的具体位置密切相关，因此设计人员需充分考虑其线路，尽量避开雷电频发地带或水域上方。

2.2 采取正确防雷措施

及时采取防雷措施。目前，防雷主要采用的是防雷线，设计人员应结合实际情况，将防雷线架设在合适的位置，也可安装避雷器，以此保证防雷效果。当线路路径明确之后，为保护其线路，防止发生热效应、强电流等问题，需安装避雷器[1]。

2.3 安装继电保护装置

为避免发生雷击事件，必须采取相应措施，以防雷击影响到配电装置。雷击本身很难预料，为确保输电线路可以稳定运行，需将继电保护装置安装在线路中，防止出现雷击，同时还能降低停电的发生概率。一旦出现瞬时性故障，输电线路应做到自动关闸，当故障消失之后，再自动合闸。

2.4 疏导式防雷保护

各类防雷措施能够使线路达到更高的抗雷水平，防止出现不必要的跳闸现象，我国将其作为重点考核内容。防雷若采用堵塞的方法，不仅需要投入较高的成本，而且存在很大的技术难度。防雷如果采用疏导式，输电线路就可以自动跳闸，同时安装相应装置对雷电路径进行定位，防止损坏绝缘子。这样一来，就算遭受雷击，采用合闸的方法就可提高输电线路运行的安全性。

3 输电线路防雷措施探讨

3.1 架设避雷线

输电线路需架设避雷线，这是防雷保护的一项基本措施，只有减小雷电，才能避免导线产生较大的电流量，减小其耦合屏蔽作用，防止导线遭受雷击，进而起到防雷保护效果。架设避雷线可达到怎样的防雷效果，取决于线路的电压。线路电压如果超过110kV，保护角应保持20°～30°，同时架设避雷线；线路如果在500kV以上，保护角需降低为15°。不同的保护角，对雷电绕击率有着不同的影响，且其决定了两根避雷线的设计距离。

3.2 安装线路自动重合闸装置

线路通过安装自动重合闸，也可起到防雷保护架空输电线路作用。输电线路如果被雷电击中，很可能会发生跳闸，此时自动重合闸能够自动合闸，线路的绝缘性能很快就能恢复，同时跳闸时间也被缩短，这样不仅可以消除故障，而且还能保证线路安全。

3.3 加强线路绝缘及采用差绝缘和不平衡绝缘方式

经实践证实，加强线路绝缘配合，改善绝缘子性能，能够使线路防雷水平得到提高。首先，可采用差绝缘、不平衡绝缘来加强绝缘配合。所谓差绝缘，是指将不同的绝缘设置在相同的杆塔上，防止雷电流经杆塔、导线被击穿，导致两相闪络的发生。不平衡绝缘指的是，对绝缘子串片进行差异设置，这样线路的片数再多，也能达到较高的耐雷水平。通常，只要有雷击发生，发生闪络的回路一定没有较多的片数，回路的片数如果比较多，就能自动生成地线，这样两条回路就不会同时跳闸，而且供电稳定性也能得到保障。结合有关数据，发现差绝缘方式可以提高大约24%的线路耐雷水平。为了使绝缘子性能得到改善，可将绝缘子串增加到杆塔上，这样绝缘子串就能提高50%左右的闪络电压值。

3.4 装设线路型避雷器

对于架空输电线路而言，避雷器装置得到了实践印证，它可以使线路具备更好的避雷能力。由于避雷器类似于避雷线，当杆塔被雷电击中，或线路产生了较大的电流，避雷器就会引导雷电从指定导线内经过，该导线与大地相连，或通向附近的杆塔，这样就起到了避雷作用。

3.5 增设耦合地线及塔顶防雷拉线

防雷拉线、耦合地线这两种防雷装置并不是必不可少的，它们一般在重雷区或发生雷击的地方应用[2]。通常，在塔顶架设防雷拉线，线路如果遭受雷击，首先接触的就是防雷拉线，这样就起到了屏蔽作用；而线的下方可加装耦合地线，电流流入避雷线就能起到耦合、分流作用，进而间接地降低接地电阻。

4 架空输电线路杆塔接地装置存在问题及原因分析

架空输电线路应合理设计杆塔接地装置，发生事故很可能是因为接地电阻系数超标，通常造成系数超标主要包括以下原因。

4.1 自然原因

土壤、地质、地形等自然影响通常会影响接地电阻。有些地区的土层稀薄，或者土壤干燥的话，电阻率也会比较高；而有些地区的岩石常年裸露在外，土壤电阻率一般在1000Ω·m以上，同时接地电阻也会随之增高。

4.2 设计原因

设计方案偏差会导致接地电阻出现偏差。现如今，我国正快速发展电网建设，输电系统建设也在增大其工程量，许多设计人员由于没有对输电压力、土壤结构进行仔细勘察，一味地凭借个人经验来计算土壤电阻率，这样很容易导致设计偏差的产生。

4.3 施工原因

输电线路建设通常位于环境恶劣、交通不便的山区，因此施工难度相当大；再加上接地装置相对比较隐蔽，导致监督人员无法快速发现问题，进而引发装置内部连接、降阻剂使用、回填土应用、接地体埋深等施工误差，使得输电系统质量被大大降低。

5 线路接地设计要点分析

5.1 做好杆塔接地设计

合理设计杆塔接地，是保证输电线路具备防雷能力的关键。工作人员必须亲自到施工现场，实地勘察高发雷击地段，保证所设计的线路方案足够合理。同时，工作人员应根据相关数据，准确测量出土壤电阻率，以此确定接地图纸合接地形式。

5.2 降低接地电阻

进行杆塔接地设计时，应采取有效措施，将接地电阻降到最低，确保输电线路具备较大的抗雷能力。通常，某个地区的土壤电阻率如果比较低的话，应先将杆塔接地电阻降低，如果还是达不到要求的话，必须充分利用拉线、杆塔这些自然接地。有些地区如果达到了较高的土壤电阻率，必须做好现场勘察工作，同时采取有效手段，确保杆塔接地电阻能够有所下降，比如外引接地、物理接地以及复合接地，还包括连续伸长接地、放射形接地等，同时结合实体土壤情况，及时更换新的土壤。

5.3 使用降阻剂

不断发展电阻工程技术过程中，产生降阻剂这一新型物，它对电力工程有着至关重要的作用。由于电阻剂具备良好的导电性，将其应用于接地系统，能够使整个系统快速降低接地电阻，进而达到防雷要求。通常，降阻剂主要应用在岩石、山区等地段，这些地区的土壤电阻率相对较高，如果深入到地面，导电范围将有效增大，而且电流还能快速分散。

6 提升高压输电线路防雷水平的重要途径

6.1 加强高压输电线路运维力度

6.1.1 做好防雷技术在电力线路自动合闸系统的应用研发工作。电力输送线路需达到一定的运行需求，应用研发其防雷设计时，应根据实际情况，将合防雷技术合理运用于自动合闸系统中，保证防雷技术得到充分应用，使自动合闸系统能够在良好的环境中运行，进而提高其防雷效果，确保电力输送系统能够保持稳定运行[3]。电力企业人员应用防雷技术期间，应深入研发自动合闸系统最常出现的防雷击问题，以此设计与电力企业相符的防雷技术，使企业能够快速提升电力输送质量。这样一来，电力企业不仅能够创造更多的经济效益，也能使电力线路输送拥有一个良好的环境。

6.1.2 提升基础信息管理效率。处于运维过程中的高压输电线路，运维人员首先应收集原始资料，在此基础上，保证输电线路能够达到一定的运维力度。运维人员应加强管理各类信息，全面分析基础资料，以最快速度找出输电线路哪个部位存在故障。为了使高压输电线路达到更高的运维水平，要求运维人员必须做好动态分析、静态分析，将一些基础信息详细记录下来，同时分析高压输电线路的风险性。输电线路在实际运行期间，难免遇到各种风险，因此必须制定防范对策，防止出现安全隐患，这样高压输电线路才能提高其运行稳定性。

6.1.3 优化输电线路的运维方案。负责维修高压输电线路的工作人员来说，可将信息技术运用于信息化管理平台的构建，利用这一平台，有效整合输电线路物资，防止输电线路发生故障。同时，信息化管理平台还可用于专业化管理架空输电线路，使架空输电线路变得更加安全。延安的运维人员对输电线路进行运维之前，需调研线路的实际运行情况，制定有效的运维方案，确保该地区线路达到更高的运维效率。

6.2 采取不平衡绝缘方法

对于同塔双回线路而言，可应用不同的不平衡绝缘，以下是相关防雷原理：同塔双回线路中包含了两条回线路，且其绝缘水平各不相同，这样可防止高绝缘线路发生不必要的雷击跳闸。不平衡绝缘能够减少高压输电线路的跳闸次数，同时同塔双回线路也能有效解决双回跳闸问题。

6.3 合理安装避雷装置

只有保证避雷装置的合理安装，才能使高压输电线路具备更好的防雷性能[4]。通常，电压配置达到越高的等级，避雷装置需满足更多的性能要求。可见，有效安装避雷装置，这种避雷防护措施极其重要。安装避雷器可以释放雷电，防止电力系统在操作过程中出现过电压，同时还能保护线路，避免过电压对其造成危害；同样，避雷针可防止高压输电线路被雷击，而避雷装置使电力系统更加完整。通过引流处理雷电，运维人员负责引弧间隙的安装，同时分散雷电，将电流分散成一些细小的分支，这样才能得到完整的高压输电线路，进而保证周围居民的人身安全。杆塔位于山脚下，由于避雷线无法安装，而周边土壤达到了较高的电阻率，因此遭受雷击的可能性非常大。这就要求运维人员必须将金属消雷器安装在杆塔顶部，也可使用氧化锌避雷针，确保高压输电线路达到更高的防雷水平。

6.4 适当减小避雷线保护角

运维人员在维修高压输电线路过程中，为了使输电线路具备防雷性能，应将避雷线保护角适当减小。运维人员应当有序地排列三相导线，同时采用三角形式，将避雷线顶端适当地提高，这样避雷线就能有效减小其保护角。输电线路通常安装了铁塔装置，但必须保证避雷线不会出现较大的保护角，这样雷击概率才能显著降低，而且输电线路也会变得更加安全。

7 结束语

综上所述，通过应用防雷技术及相关设备，能够减小雷电对输电线路造成的危害。根据上文的阐述，我们得出了以下结论：雷击概率、周边地区的环境、地形，包括天气等因素，均会影响到输电线路的正常运行。为此，要求工作人员在安装设计过程中，必须充分了解输电线路的结构特点，同时遵循防雷设计原理，加大线路的保护力度，尽可能将雷击概率降到最低，保证输电线路安全。