線路防雷技術在輸電線路設計中的運用

邱鳳蓉

摘要：雷電是自然界中常見的現象，具有高電壓，并且能夠形成非常大的破壞力，尤其是當其擊中室外的輸電線路時，將會造成很大的安全隱患。文章通過介紹雷電對線路的危害，依據防雷技術相關原理，對防雷技術在輸電線路中的設計應用進行深入探討研究。

關鍵詞：輸電線路；線路設計；防雷技術

中圖分類號：TU74?；?；?；?；文獻標識碼：A?；?；?；?；文章編號：1009-2374（2014）18-0144-03

隨著我國電力系統相關建設的加快，輸電線路運行的安全性和可靠性直接影響到我國整個電網運行的效率。輸電線路由于長期暴露在室外，很容易遭到自然災害的破壞，尤其是雷電，所以，線路的防雷問題對于線路研究技術人員來說是考慮的重要因素之一，運用有效的防雷技術以確保輸電線路的安全正常工作，無論是對于家庭用電還是工業用電，都顯得非常重要。

1輸電線路設計中的防雷技術概述

1.1雷電對輸電線路正常運作的危害

雷電不僅僅是一種常見的自然現象，還具有很強的破壞力。雷電多發于夏季，尤其是南方的山區更為常見。盡管雷電只有0.01秒的放電時長，但在這短短時間內，其電流卻能夠在瞬間高達十萬安培。這么大的能量，如果擊中動物身體，可以在瞬間麻痹其心臟和大腦，嚴重的還會造成動物死亡。如果是擊中建筑物或其他機械設備，受到其高壓高熱的強大破壞力，被擊中的這些物品都將被毀壞殆盡。由于雷電能夠瞬間產生強大的熱電效應和磁場效應，并且其自身又具有上述強大的機械性破壞力，因此，雷電在擊中室外的輸電線時非常容易對電壓造成嚴重危害。目前，我國在電力調度的運行系統中配置的集成度比較高的相關電子設備，對雷電的電磁脈沖反應非常強烈，輸電線路遭雷電擊中后，會在瞬間形成超負荷的敏感過電壓磁波，通過電路網將其導入變電站，從而會導致變電相關運行設備的介電強度下降、敏感的電子器件遭受損壞，使得供電保護裝置以及監控系統產生錯誤的動作，引起跳閘、斷電，對輸電設備正常的運行產生極大的破壞。

直擊雷有反擊和繞擊兩種，都能夠對線路的安全運行構成威脅，根據相關調查數據，反擊更多地發生在丘陵和平原線路中，而繞擊則多發于山區線路。因此，在進行線路的設計之前，技術人員應當充分研究當地的雷擊性質，以運用具有針對性的防雷技術。對于山區的線路，應選用防雷走廊，以減少避雷線的保護角，同時增加其絕緣性；而針對平原和丘陵地區的線路，則應當選用更加適合的措施來降低線路電阻，來有效防雷。

圖1

1.2輸電線路中的防雷策略設計

設計輸電線路的防雷策略時，要考慮很多綜合因素，從多個角度、根據具體情況融入土質、電阻、地形、地域、線路等各種因素以全方位地進行線路的設計規劃。

（1）線路避雷器的防雷原理。線路中的避雷器所采用的是避雷器自身和串聯空氣間隙結構二者的組合，其中，避雷器本體基本上不會承擔由系統運行產生的電壓，因此，避雷器的使用不需要考慮其由于長期運行造成的老化問題，即便是避雷器有故障，也不會對線路運行造成影響。串聯空氣間隙有兩種，即以合成絕緣為支撐的串聯空氣間隙和純空氣串聯間隙。

當雷電擊中塔桿時，由雷電產生的電流分為兩路，分別經由避雷線、塔桿流入大地，此時，若是塔桿頂端的電位和導線的電位之差高于一定值，絕緣子串中的50%放電電壓就會引起從塔頂到導線的閃絡。輸電線路整體抗雷能力絕大程度上是受接地電阻、架空的避雷線、雷電流的強度以及絕緣子串的50%放電電壓影響。其中，接地電阻和架空的避雷線是人為可控制的，因此，要提高線路抗雷能力，通常選擇安裝避雷器和減小接地電阻的方法。

線路上安裝避雷器后，當雷電擊中輸電線路時，雷電流會分流，一部分經由塔體入地，另一部分由避雷線傳到相鄰的塔桿，當雷電流大于一定數值，避雷器會動作加入到分流中去。避雷器的殘壓小于50%，即便是雷擊電流進一步加大，也不會造成殘壓過大，引發閃絡。具體來說，線路安裝避雷線后，當雷電擊中輸電線路時，避雷器會部分雷電流輸送至相鄰的塔桿，而雷電流在經過導線和避雷線的時候會由于其電磁感應作用而產生耦合分量，從而升高導線的電位，使得塔尖頂端與導線的電位差不高于絕緣子串閃絡電壓，起到防雷的作用。

如目前武漢高壓研究所經長期研究得到的研究成果：可控放電避雷針。其工作原理是，用變化較緩的小電流上以雷閃放電形式釋放雷云電荷，來避免輸電線路受到強烈的下行雷的閃放電造成的危害。

（2）選用合理的輸電線路路徑。由于自然區域的條件不一樣，受雷擊的概率也會有很大差異。那些雷擊頻發的地域，自然行業不是鋪設線路室最佳的考慮方案。因此，要選擇鋪設線路最合理的路徑，盡量避免此類雷擊區域。應該要避免的路徑有如下幾種：第一，號稱“雷暴走廊”的山谷峽谷地區；第二，地下埋有導體性質的礦物或者地下水位高的地區；第三，環山而坐既潮濕又低洼的盆地，尤其是其旁邊有連綿的山脈或者是有樹木、池塘、水庫等的鐵塔周圍更加危險；第四，已經發生土地電阻率的突變或者極易發生突變的地域，這些區域有低土質性電阻的特性，比如地質的斷層處或者有溪流的山谷區域，又或是那些土壤與巖石、到天河山丘交接的地帶；第五，那些土壤很好的山地或是向陽的山坡，雖然其電阻的差距不是很明顯，但是遭到雷擊的概率也比普通的地區要多。

（3）在輸電線路上搭接避雷線。避雷線的功能主要有三個：第一，它能夠對分流流經鐵塔的電流，以降低鐵塔塔頂的電壓；第二，它能夠通過屏蔽導線來降低電流；第三，它在導線上還能耐有耦合的效果，降低線路中的絕緣子電壓。防雷線也因此分為兩種懸掛方式。我國目前所采用的是絕緣式的，來降低所耗的功率，既符合現今的可持續發展要義，又不會影響防雷效果。通常來說，線路的電壓越高，避雷線的應用效果越好，并且避雷線的應用在整個輸電線路造價中的所占比例也越低。實際情況中，選擇避雷線時，應以輸電線路的電壓級別為依據，如果是20kV的線路，沒有必要安裝避雷線，電壓值大于200kV的線路，全程都需要搭接避雷線，電壓高于500kV的線路，則需要搭接兩個避雷線，從而增強避雷線的屏蔽功能，其避雷線的保護角在15°。同時，為了保障避雷線對線路的保護功能，搭接避雷線時，應當確保每兩個避雷線間設有一個間隙，以保障遭到電擊時，間隙被擊穿從而使得避雷線接地。并且，避雷線應當在每基的鐵塔處接地。

但是，即便是全線范圍搭接避雷線，也不能夠排除導線出現過電壓的可能，避雷線的安裝會使雷擊產生的過電壓在超過一定值時動作，給雷電流一個低阻抗通道使其泄放，從而很大程度地限制線路電壓的升高，保障線路以及設備的安全。雷擊中鐵塔時，雷電流一部分由避雷線到達相鄰的鐵塔，另一部分經由鐵塔流進打底鐵塔，同時接地電阻會呈現出暫態電阻特性，一般表征為沖擊接地電阻。

（4）降低接地電阻。僅僅依靠安裝避雷器和架設避雷線所達到的防雷效果不是非常理想，因此，接地電阻是避雷線很好的一個補充，以達到更大的降壓目的。比如說，當電壓值在40～65kV區間時，避雷線沒有搭設的必要性，但是為使所有鐵塔的接地情況良好，同時又有防雷的效果，就需要運用降低鐵塔的接地電阻策略。降低電阻方法有三種：一是對于那些較為集中同時規模較小的接地網，可使用降阻劑。將降阻劑鋪設在接地極的四周，擴大接地面積，從而達到降低地面和鐵塔的電阻。因其導電性能較好，可推廣使用此方法；二是爆破技術。利用爆破，制造破裂，然后通過壓力機作用將電阻率較低的材料導入裂縫中去，以增強土地導電性能；三是加長水平接地體，因為水平節地體長度與電感效應成正比，若其長度為80m，電阻率達2000，長度是55m時，電阻率是500，因此，當其長度達一定值時，沖擊系數就會逐步穩定下來，不會再下降。

表1500kV的交直流輸電線路耐雷水平和桿塔接地電阻的關系

桿塔接地電阻/Ω 不同雷電流波形/μs

-1.2/50 -2.6/50

5 165.1 204.9

10 160.2 184.7

15 149.9 171.6

20 143.0 162.9

25 138.1 156.8

30 134.6 152.7

（5）架設耦合地線。有些情況下接地電阻不能降低，這時，可以在導線的下方或者周圍敷設地線，使得雷電流能夠分流，從而降低絕緣子串兩端感應的程度，降低反擊電壓之間的分量。耦合地線的架設，可以降低電力系統遭受雷擊時的跳閘率。

（6）中性點非有效接地方式。據有關數據顯示，電力系統中發生的事故和故障中，超過60%為單相接地。當中性點不接地系統中有單項接地的故障發生時，仍然會保持其三相電壓平衡，并且能夠繼續供電，給技術人員足夠時間找到故障發生點并做及時處理。這種方式能夠補償流經故障點的電流，使得電弧可以自行熄滅、系統自行聚恢復其正常的運行狀態，從而降低故障點上恢復電壓的上升速度減小其電弧重燃的幾率。

（7）在絕緣子串首末端用大直徑的絕緣子。絕緣子串處在極不均勻的電場中，在絕緣子串首末端選用直徑大的絕緣子，就如在其兩側設置了兩個屏障以阻礙工頻以及雷電壓產生的在兩側電極的電暈放電電荷造成的帶電荷粒子運動，減緩粒子的運動，同時調整周圍空間的電荷分布，使得絕緣子串的所在電場更加均勻，不容易擊穿，減少其建弧率。這種方法和安裝均壓環有異曲同工的妙用，如下圖2所示：

圖2

3結語

輸電線路是電力系統的大動脈，我國的國土面積大，且地形復雜多樣，雷雨居多，遭受到雷擊的幾率也較大。如果沒有有效的防雷技術應用，一旦輸電線路遭到雷擊，將會給電力系統帶來很大的損害。正確認識雷擊對輸電線路的危害，并將防雷技術納到線路的設計中顯得十分重要。不僅要有觀察研究掌握詳細的雷電有關規律和參數，還要通過與氣象部門的有效溝通來獲取最全面的雷電資料，進而更好地將防雷技術運用到輸電線路的設計中去，并根據實際情形做好相關的預防工作。此外，增強電力系統建設中防雷技術的科技含量，進一步提高整個電力系統防雷能力，以確保電力系統穩定運行具有重大意義。

參考文獻

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