输电线路及变电站防雷保护措施研究

冯 刚

（国家电网随州供电公司， 湖北 随州 441300）

1 研究防雷措施的重要意义

1.1 保证区域电网的高质量互通

在建成区域电网项目之后，将便于许多地区开展输电工作，可以将可靠的电能提供给广大群众，便于人们的生产和生活，并且可以保证越南和泰国等国家具有丰富的电能，可以促进区域经济的进一步发展。

1.2 有效带动相关产业

在建设项目期间，需要耗费许多的基础材料，可以直接促进油料和水泥等当地产业的进一步发展，并且可以使人员就业和租赁等得到有效改善，可以有效地提升工业发展，并给民众带来更多收入。

1.3 强化电力行业技术

我国所建设和设计输变电工程在国际上处于领先水平，而整个项目的设计是以我国标准和相关规范为基础的，技术人员也大多是国内的，所以，在对该项目进行建设期间，也可以丰富当地人员的建设经验和技能。

2 输电线路防雷现状问题

2.1 雷击性质

雷击类型主要有感应雷击及直接雷击这两种。直接雷击指的就是雷云放电对地面物体的直接影响；感应雷击指的就是雷云向地面输电线路附近物体的放电，但是电磁感应会导致输电线路受到电动势冲击的影响；雷电侵入波指的就是当雷电直击输电线架空线路时，输电线路中的雷电会快速向两边传送。近几年通过对农网的改造能够得知，对防雷措施的强化，能够使农网供电变得更加可靠[1]。

2.2 防雷问题

针对输电线路雷害来说，世界范围内都无法对其因素进行确定，并且，大部分输电线路都处于露天的大自然中，其更容易受到雷击；此外，由于输电线路目前的观测技术存在较大的局限性。因此，相关技术对输电线路所受雷击参数的捕捉及测量，其精度无法得到有效的保证，例如：造成输电线路跳闸等故障的原因到底是绕击还是反击，以上问题是最为主要的导致防雷措施缺失针对性的原因之一。

2.3 设计方面问题

35～110 kV 输电线路是于20 世纪80 年代所修建的，在对输电线路进行设计时，技术人员没有对土壤电阻率加以考虑，且在设计接地电阻时缺乏严谨的值。针对部分档距和高差较大的地方，例如山区、高山等，过大的保护角会导致这些地方频繁发生问题，以至于避雷线的导线效果差。

2.4 运行维护问题

由于输电线路有着严重的老化现象，并且所有已建的输电线路中都有着过高的接地电阻。由于输电线路杆塔中所受到的严重的雷击损坏，普遍存在着过高的电阻。通过对此类输电线路杆塔的分析能够得知，输电线路杆塔之所以会受到雷害是由于历史因素——高山土壤中过高的电阻率等；不合理的设计参数——输电线路不合理的施工；电阻在运行过程中的逐渐升高——线路不合理的接地改造等[2]。

输电线路杆塔缺乏高质量的接地施工，并且输电线路缺乏数量充足的接地装置，例如：降阻剂对接地体的严重腐蚀，逐年增加的接地电阻、残缺不全的接地装置等，接地装置受到以上损坏后会导致输电线路无法保持正常的防雷能力，甚至会加大雷击跳闸的出现概率。

3 输电电路保护措施

3.1 合理规划输电线路路径

由于某些地区频发雷电天气，在规划输电线路期间，应当尽量选择少雷区域，可以有效减少雷击发生的可能。所以需要从天气状况方面，对路线区域进行研究，条件允许的话可以收集当地气象资料，这可以为输电线路提供良好的安全保障。

3.2 架设避雷线

由于户外、空中的输电线路经常会受到雷击，如果缺乏相应的避雷措施，就会频发电力供应中断事件。在建设输电线路的过程中，必定需要用到避雷线。按照电力建设规定，避雷线的布设必须科学，如此减少输电线路被雷击中的可能，并且还可以避免雷击电流过大，降低其危害性。一般来说，应当在输电线路上空布置避雷线，如此可以避免雷击损害输电线路。

3.3 杆塔的有效接地

想要减少雷击故障给输电线路造成的影响，就应当有效地控制雷击电流，将有效接地设置在杆塔，可以采用低阻通路应对雷击电流，对雷击电流进行疏导。在设置杆塔接地的过程中，想要减少接地回路中产生的电阻，就应当让杆塔接地大面积的接触打底，还可以将杆塔设置于特性优良的基础土壤中，可以接地回路具有更强的导电能力，达到良好的避雷效果。

3.4 应用避雷器装置

在输电线路中应用避雷器，可以尽可能优化其防雷性能，并且在电网系统中十分常见。在频发雷电地区，大多会同时应用避雷针和避雷器，可以使线路具有更强的防雷性能。虽然避雷器具有一定优势的性能，但是存在着安装限制，难以全面防护输电线路，并且还需要从线路环境方面，对输电线路加以考虑，如此，才可以尽可能地合理安装避雷器。

3.5 线路自动重合闸

由于在发生雷击时，电流会瞬间增大，在高于保护限值时就会出现跳闸，如果应用重合闸，输电线路在发生问题时，需要停运较长的时间，进而造成一定的经济损失，所以配置自动重合闸，可以在雷击后，加快输电线路的恢复时间[3]。

3.6 分流措施

分流就是并联连接室外和地面的各电线，如此可以提升避雷效果。在这些导线向房间或相关设备中传输直接雷电或来自感应雷电的过电压波时，避雷器就会降低自身的电阻，且保持在最低值，尽可能地达到短路状况，目的是为了使雷电流处于分流状态。分流是目前最重要的一项防雷技术，可以为不同类型的电气电子设备提供更好的保护，是最重要的措施。雷电在经过分流后，相关设备中依然会接收到一小部分雷电，这会威胁到高压性能较弱的微电子设备。所以，在外壳中进入电流前，应当对此类设备实施多级分流。

3.7 屏蔽措施

屏蔽就是在物体上围绕一些导体起到保护作用，例如金属网络管等，如此可以有效阻止雷电脉冲，在空中对其进行拦截。对于雷电电磁脉冲来说，屏蔽辐射是最有效的方法之一，可以避免影响电子设备。

3.8 对线路绝缘水平的加强

针对有着强烈雷电活动的地段、跨域度较大的高杆塔以及进行段来说，需要做好对绝缘子片数量的增加。因此，此类地区有着更大的落雷几率，由于塔顶有着较高的电位，较大的感应电压，因此更易受到绕击，通过对绝缘子片数量的增加，能够使导线和避雷线之间具有更大的距离，以此来实现对绝缘目标的加强。根据相关规程规定能够得知：地线杆塔全高需要大于40 m，其增加10 m 的高度会导致绝缘子的增加。

4 变电站防雷保护措施

4.1 站内避雷针

为避免雷击损害站内露天电气设备，大多会将避雷针设置在特定的变电站区域中，并连接站内接地网，目的是为了提升其防雷性能，可以在站内接地网中导入累计电流，避免雷电影响站内电气设备。

4.2 雷电侵入波的防护

除了需要预防雷电直接击中变电站外，还应当防护雷电侵入波，这主要是由于架空线是最主要的站内出线，当雷电击中线路后，雷电可以通过沿线对站内设备造成损害，可以采用的防雷措施如下。

4.3 对避雷器的合理配置

想要减少雷电入侵波对线路的影响，最有效的措施就是配置避雷器，可以有效减少雷电对站内设备的影响，但是安装环境具有一定的要求，应当以相关安装规定为依据，合理地设置电力设施，如此可以避免雷电冲击电流过于集中。目前，避雷器已经得到了显著的改善，避雷器由最初的阀型发展为氧化物型，有效地提升了抗雷击技能，目前氧化物避雷器得到了广泛的应用，然而仍然需要合理规划和安装设计避雷器设备，保证其能够配合站内电气设备，尽量提升其避雷效果。

需要结合现场的实际情况，可以应用具有避雷功能的针，带以及网等措施对其进行保护，可以将引下线大量平均的布置在地下，以此来将雷电引入到地下。通过大量地下引线对雷电的分流作用，可以使引线压降得以减少降低射击造成的危害，并且能够减少影响现在泄流过程中所产生的磁场强度。在对避雷针进行设置的过程中，在太阳电池方阵组件上，不得出现避雷阵的投影。

逐级对防雷器件进行安装，按照多级对其进行保护。使多级防雷器件能够对雷击产生的电压，或者开关中存在的浪涌进行泄流，通常会将直流电源避雷器应用于光伏发电系统的直流线路中，将交流电源避雷器应用于交流线路中存在逆变的部分。

4.4 进线段防护措施

进线段一般指的是变电站周边2 km 以内的线路。将避雷器设置到进线段，可以有效抑制雷电波产生峰值电流，为站内设备和线路提供安全的保障。如果存在过大的雷电入侵波，避雷器无法承受，就会损坏站内设备。所以，还应当在变电站合理地将避雷器布置到进线段。一般来说，输电线路类型不同，其绝缘性能和耐雷性能也各不相同，所需的避雷器设备也不相同。不仅需要合理地设置避雷器，还需要限制雷电侵入波。在布置线路杆塔的过程中，应当将接地电阻加入到考虑要素中，通过与土壤的大面积接触，可以有效减少雷击电流回路中所产生的电阻。在规划避雷器的过程中，还应当做好对其类型的考虑，通过对避雷器材料的优化，可以使其更好地适应雷电环境。地雷最重要的就是降低电阻数值，避雷器特性会受到天气和土壤等因素的影响，所以在设计避雷器的过程中，应当做好对各类因素的重点考虑，科学的规划如何为进线段提供有效的避雷保护，充分利用其保护站内电气设备。

4.5 GPS 天线防雷

在对GPS 接收天线进行安装的过程中，需要注意如下内容：将其设置在能够接收卫星信号的位置，以此为基础，可以便于其日后的运行和维护；在完成安装后，可以采用金属支架固定GPS 接收天线，并采用接地连接；除了需要做好对累积影响因素的充分考虑外，还应当确定在哪一位置安装GPS 接收天线。将GPS 接收天线安装到防雷带内时，防雷带应当高于GPS 接收天线两米；原则规定，防雷带内不得有GPS接收天线横穿，并且需要应用金属套管，套管两地采用接地连接[4]。

4.6 防雷接地方式

如果用劣质的接地电阻，或没有规范接地，那么在遭受雷击的过程中，各接地点的电位差可能会较高，也会有电磁干扰形成，进而严重影响远动设备运行。再加上雷电会加大电位，并由设备接地线向远动装置传输，进而损坏该装置的模板。变电站的大多数自动化设备都应用了外壳接地法，目的是为了保障保护接地的安全性，实现对静电放电和电机危害的预防。接地网大多属于一次设备，在采用可靠接地线的同时，应当缩短其里程，如此可以减少瞬时过电压。在打印机和计算机等自动化设备中应用接地防雷保护措施时，应当保证金属外壳接地的可靠性；同时在交流接地和安全保护接地中不得出现信号接地，并保证信号接地的绝缘性，在接地母排中汇集后，再连接接地网；自动化设备切勿采用单独接地，并且接地电阻不得超过2 000 ΩA；此外，还可以进行等电位连接，采用该措施可以在遇到雷电等过电压时，避免电子插件出现较大的电位差，起到保护电子插件的作用。

5 结语

随着人们生产生活的水平不断提高，电气设备对人们的日常生活具有十分重要的作用，主要体现在快速增加的私人用户电子设备和不断增多的现代工业厂房的电气设备，同时用电系统的工作负荷量也在不断上升。在运行电网的过程中，最主要的电网故障诱因就是雷电，再加上输电线路的里程较长，负责在空中运输电力，因此更有可能受到雷击而引发跳闸，甚至无法保持可靠供电，再加上，雷电还有可能损害变电站设备。所以，供电企业需要了解防雷防护的作用，采用可靠的雷电防护措施可以避免输变电设备出现异常运行。