架空輸電線路的防雷設計探討

何兵

中國電建集團貴州電力設計研究院有限公司 貴州貴陽 550000

1 輸電線路系統的防雷設計

在電力系統發生的輸電線路故障中，大部分故障都來源于雷擊跳閘，尤其是在雷電的多發地段，基本上所有的事故都是由雷擊引起的。例如在山區，輸電線路隨著山勢的起伏較大，輸電線路所涉及的路線垂直高度落差較大，冷暖空氣更易交匯，空氣對流現象頻繁，雷電活躍多發，所以，在線路的初步設計中，就要考慮到防雷設計，明確其重要性[1]。

2 防雷技術措施

2.1 加強架空線路的絕緣水平

在電力系統的輸電線路建設中，在架空輸電線路的絕緣問題上有明確的規定：對于海拔不到1000m的地區，110kV的輸電線路的懸垂絕緣子串中，絕緣子的個數不能少于7片，最好為8片。

2.2 改善接地裝置

在110kV架空輸電線路的維護方面，首先應該改良接地裝置。因為改良接地裝置后，可以有效地降低線路桿塔的雷擊跳閘概率，理論上可以降低20%-30%的雷擊跳閘概率。如果原來的線路桿塔接地裝置較差，改良后甚至可以降低50%的雷擊跳閘概率[2]。在具體的改善接地裝置方面，可以使用降低接地桿塔電阻的方式，具體方法為深埋接地極，填充低阻物質等。在對水泥型桿塔線路布設地極時，要從桿塔的3-5m處開始布設。對鐵塔線路進行布設垂直地極時，要從5-8m處進行布設。此外，還可以用增加耦合洗漱的方式對接地裝置進行改良。需要注意的問題是，在雷擊過程中，存在暫態行波以及穩態電磁感應現象，可以使用強化電磁感應型桿塔接地射線的方式改良接地裝置。在土壤電阻率大于1000Ω·m時，可以采用110kV架空線路的強化電磁感應型桿塔接地射線結構，如圖1。

圖1 110kV架空線路的強化電磁感應型桿塔接地射線結構

2.3 安裝側向避雷針

在一些桿塔位置較高的情況中，由于雷云和線路距離較短或接近平行于桿塔線路時，桿塔所處的電磁環境十分復雜，距離過近也會增加雷擊跳閘的可能性。為此，可以在桿塔上安裝側向避雷針來解決這個問題。在110kV架空輸電線路中的桿塔橫桿兩側安裝側向避雷針，以降低線路的引雷率。具體操作方法：選用3m長的避雷針，在1．2m處固定。橫向部分，避雷針的長度為1．8m（如圖2所示）。通過這種方式，可以有效地將雷電引入，提高線路的防繞擊能力，但也會相應地增加線路的引雷率。對此，可以在裝置上設置絕緣子片以改善這種情況。

2.4 減小線路的保護角

在維護輸電線路的方法中還有一種技術措施，就是降低110kV輸電線路的耐雷水平。但是，對于已經完成或投入運行的線路已經不適合改變線路的保護角，尤其是地勢環境較為復雜的桿塔等[3]。因此，要從多個方面綜合考量研究，選擇正確、適宜的線路改良方式。

2.5 安裝氧化鋅避雷器

氧化鋅避雷器是可以有效提高線路耐力水平的裝置，主要優點是可以適用于難以改良接地電阻的地區和雷電活躍的地區。采用氧化鋅避雷器后，可以顯著降低線路的繞擊率和跳閘率。

圖2 側向避雷針安裝示意圖

2.6 降低桿塔接地電阻

桿塔接地電阻直接影響塔頂電位，通過降低桿塔接地電阻可以提高輸電線路的耐雷水平，減少雷電反擊閃絡的概率。另外，降低桿塔接地電阻還可以提高線路避雷器的泄流速度，有效發揮線路避雷器的防雷作用。可以說，“防雷在于接地”，降低桿塔接地電阻是輸電線路防雷的重要措施，是防雷工作的重點。傳統的桿塔接地方案大多是采用水平敷設熱鍍鋅圓鋼或結合垂直接地角鋼的方式，對于土壤電阻率高的桿塔位通過換土、使用化學降阻劑降低接地電阻值。但化學降阻劑容易腐蝕接地網、污染環境、降阻穩定性差，已被很多供電部門明文禁止使用。近年開發的非金屬接地模塊和石墨基柔性接地體等新型接地材料具有抗腐蝕、免維護、施工簡單快捷、降阻穩定性好、效果顯著等特點，已逐步獲得推廣運用。

2.7 加強線路絕緣

加強線路絕緣可以通過增加絕緣子串的片數來實現。線路絕緣水平的提高意味著引起反擊閃絡的塔頂允許電位值提高，所以線路絕緣水平的提高可以減少雷電反擊閃絡發生的概率。但是絕緣子片數增加受塔頭電氣間隙的限制，過多地增加絕緣子片數會導致直線桿塔水平檔距減小，造成耐張桿塔外角側跳線對塔身的安全距離不足。加大塔頭設計尺寸可解決這些問題，但會增加建設成本，為此需慎重考慮。

3 輸電線路的檢查要點和維護措施

在對輸電線路進行檢修和維護時，必須由專業的檢修人員來操作，熟練掌握離線和在線的檢修方式。在對架空輸電線路進行檢修時，重點是檢修時的安全問題，因為電線桿、塔等所處的工作環境容易受各種外界因素的干擾。在外界電路材料的檢修和保養維護時，要確保線路的穩定工作和檢修人員的人身安全。防雷檢測是保證輸電線路穩定工作正常運轉的有效手段，目前，我國的防雷技術已經處于世界先進水平，但是，仍需要在日常生活中對輸電線路進行保養和檢修，以提高電力系統的穩定性。

4 結語

電力系統要想穩定運行，必須不斷加強對電力系統的建設工作，保持對輸電線路的檢修和維護，改善防雷機制，提高線路的耐力和絕緣性，并配合國家的相關規定進行建設改良。這樣，才能確保國家電力系統的安全穩定運行，全面提高配電網的工作效率，為國民經濟的發展與建設服務。