輸電線路設(shè)計中線路防雷技術(shù)的運用

周文鈞

（國網(wǎng)青海省電力公司海東供電公司，青海海東 810600）

0 引言

輸電線路是電網(wǎng)安全運行中較為重要的組成部分，輸電線路作業(yè)，決定著電能傳輸效果，影響供電效率。被雷擊中的輸電線路會存在短時間電流快速增加的情況，超過線路原有的負(fù)荷范圍，使線路出現(xiàn)短路、燃燒等問題，影響電能傳輸效果。另外，短時間過強電流的出現(xiàn)會使線路連接設(shè)備電壓升高，進而破壞設(shè)備性能，嚴(yán)重時還會產(chǎn)生爆炸，降低電力系統(tǒng)運行安全性。為此，在輸電線路設(shè)計中，要加強防雷處理，維護輸電線路安全運行。

1 雷電對輸電線路的危害

雷電對于輸電線路的影響具體體現(xiàn)在以下兩個方面。

（1）如果桿塔遭到雷擊，自身就會形成導(dǎo)體，進而對桿塔中的輸電設(shè)備以及導(dǎo)線造成不利影響。嚴(yán)重情況下會導(dǎo)致電線自燃，整個輸配電系統(tǒng)陷入癱瘓狀態(tài)，造成大面積停電。電流強度超過一定限度會影響電力設(shè)備的自主修復(fù)功能，相關(guān)人員不得不通過更換線路設(shè)備的方式恢復(fù)供電。而這不僅會加大線路設(shè)備的維修難度，還會增加線路設(shè)備的維修成本。

（2）輸電線路遭受雷擊會出現(xiàn)過電壓的情況，導(dǎo)致線路和設(shè)備因電壓超限而出現(xiàn)絕緣性能損害。一方面，會造成大范圍停電，影響人們的正常生產(chǎn)生活；另一方面，會增加公眾生命安全隱患。由此可知，加大對輸電線路防雷工作的重視度，對于整個電力系統(tǒng)的安全穩(wěn)定運行具有重要意義。

2 輸電線路引發(fā)雷電的原因

2.1 桿塔因素影響

桿塔在被雷擊后，產(chǎn)生的電荷會經(jīng)過桿塔與大地形成一個單向回路，使桿塔出現(xiàn)擊穿現(xiàn)象，影響輸電線路的正常使用。輸電線路桿塔會根據(jù)所在區(qū)域供電需求設(shè)置相應(yīng)的高度，桿塔間存在相互影響，在雷擊下產(chǎn)生不同反應(yīng)。如桿塔電流與反擊電流呈反比，桿塔電流增加，反擊電流就會逐漸減弱，抵抗雷擊的能力會減弱；導(dǎo)線閃爍大小會導(dǎo)致桿塔線路間出現(xiàn)不均衡分布，受雷擊后局部荷載增大，造成燒毀現(xiàn)象；臨近桿塔間的分流會抑制分流作用，增加局部電流頻率。

2.2 雷電活動強烈

雷擊活動多發(fā)生在山地或地形起伏較大的區(qū)域，是由于地區(qū)氣流變動較為頻繁引發(fā)的激烈運動，其帶來的不良影響也是非常大的。而平原地區(qū)的劇烈雷擊相對較少。另外，山區(qū)等復(fù)雜地形區(qū)內(nèi)，山林植被、河流的覆蓋率較大，很容易增加雷擊侵?jǐn)_頻率，造成輸電線線路破損或故障的發(fā)生，電力系統(tǒng)無法正常運轉(zhuǎn)，供電質(zhì)量不佳。且在植被繁多的地區(qū)，雷擊后容易因為輸電線路產(chǎn)生的電火花而出現(xiàn)火災(zāi)事故，損耗資源。

2.3 復(fù)雜地形影響

對于山區(qū)、沿海等地域，地形結(jié)構(gòu)復(fù)雜性較強，在輸電線路鋪設(shè)時經(jīng)常會受到地形地勢、氣候環(huán)境等因素的影響，增加問題出現(xiàn)率。雷擊是這類環(huán)境條件下最常出現(xiàn)的情況，且破壞力度較大，維修難度高，對輸電系統(tǒng)構(gòu)成嚴(yán)重威脅。具體來說，不良后果主要體現(xiàn)在以下3 個方面。

（1）縱深山谷地帶。這類地區(qū)氣流運動復(fù)雜性高，受到雷擊影響范圍較大，再加上未設(shè)置相應(yīng)的防護屏障，難以維持輸電線路的安全運行，容易增加事故發(fā)生率。而產(chǎn)生這一情況的原因為，區(qū)域內(nèi)開放空間面積較大，暴露在外面的弧長較長，所以在氣流運動中，容易吸引雷電注意，增加雷擊概率。

（2）傾斜山坡。由于上坡的地帶很少有繞組，而下坡的地段導(dǎo)線過長，雖然目的是增強保護效果，但山上的繞組仍缺少科學(xué)保障，繞擊頻率會逐漸增加，雷擊次數(shù)增多，影響線路安全運行。

（3）沿海地區(qū)。海岸線區(qū)域內(nèi)空氣中鹽分含量較多，容易引起雷擊事故。

2.4 土壤電阻率

接地電阻是實施雷擊電流分流處理和消耗的重要方式。桿塔作為雷電的主要襲擊目標(biāo)，如果不能合理設(shè)置接地電阻，雷擊產(chǎn)生的電流會擊穿桿塔，產(chǎn)生故障問題。而對于高山、巖石等復(fù)雜地形區(qū)域，如果不能科學(xué)設(shè)置接地電阻，發(fā)揮土壤結(jié)構(gòu)的作用優(yōu)勢，會降低防雷水平。此外，若是出現(xiàn)雷擊塔頂?shù)默F(xiàn)象，由于土壤的電阻率很小，極有可能造成反射的現(xiàn)象。因此，山區(qū)線路更容易遭受雷擊，而平原線路則可以通過降低接地電阻來減少遭受雷擊的可能性。

3 輸電線路設(shè)計中防雷技術(shù)的應(yīng)用

3.1 防雷技術(shù)應(yīng)用原則

輸電線路防雷處理必須遵循如下3 個基本原則。

（1）因地制宜原則。根據(jù)各地區(qū)的地理環(huán)境特點以及防雷技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，采用適宜的防雷技術(shù)，提高防雷處理的針對性、合理性與有效性。

（2）安全性原則。通過對輸電線路運行狀況的客觀評價，進一步明確防雷技術(shù)應(yīng)用環(huán)節(jié)存在的突出性問題，制定完整可行的技術(shù)改造方案。

（3）技術(shù)經(jīng)濟原則。輸電線路防雷以技術(shù)為先導(dǎo)，以效益為目標(biāo)，采用新技術(shù)、新工藝、新設(shè)備以及新材料，提高防雷技術(shù)應(yīng)用水平，保證輸電線路的安全穩(wěn)定運行。

3.2 加強輸電線路管理

在開展輸電線路設(shè)計中發(fā)現(xiàn)，最容易受到雷擊影響的地區(qū)有山風(fēng)、下風(fēng)河谷、峽谷走廊、潮濕的盆地地區(qū)，如湖泊、沼澤、森林、灌木叢以及一些山丘地區(qū)。設(shè)計人員應(yīng)對這些地區(qū)加以重點考察，做好防雷保護，避免雷擊對輸電線路帶來影響，促進線路的穩(wěn)定運行。在設(shè)計中，設(shè)計人員要做好前期現(xiàn)場勘查作業(yè)，結(jié)合輸電線路鋪設(shè)方案，對線路走向及所經(jīng)地區(qū)可能遇到的地形環(huán)境特征加以分析和研究，確定輸電線路位置，選擇科學(xué)的防雷技術(shù)，降低雷擊影響。尤其要對高壓輸電線路實行防雷設(shè)計，減少雷擊頻率。

但就目前高壓輸電線路防雷擊設(shè)計情況來看，部分地區(qū)設(shè)計人員缺乏對輸電線路防雷管理意識，這無疑增加了高壓輸電線路遭受雷擊的可能性。所以在新的輸電要求下，高壓輸電線路設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)加強對輸電線路的管理，在設(shè)計過程中可在線路最容易受到雷擊的地方安裝避雷器等設(shè)備，取線路中間位置安裝避雷器，減弱桿塔電感，做好絕緣接地處理。或者利用耦合地線和避雷設(shè)備，維護高壓輸電線的安全性。

另外，做好連接位置的防雷處理。對架空線和電纜線進行單獨的防雷保護，并按照電纜與電壓情況制定防雷措施。設(shè)計中如果發(fā)現(xiàn)電纜與架空線連接的情況，要按照規(guī)定要求科學(xué)設(shè)置連接接頭。設(shè)備電纜屏蔽層的兩側(cè)必須接地深處，且在操作過程中有效操作防雷設(shè)備，最好在變壓器座采取防雷措施，也可在保險絲之前安裝防雷裝置。

3.3 安裝避雷設(shè)備

輸電線路的防雷設(shè)計中，安裝避雷設(shè)備是常使用的手段，最常見到的避雷設(shè)備以避雷針和負(fù)角保護針兩種為主：避雷針要求安裝到塔頂?shù)拙€支架上，數(shù)量和位置需根據(jù)輸電線路所處環(huán)境下的支架特征而定，它可以在雷擊發(fā)生前儲存較高電能，利用脈沖作用降低雷擊影響；負(fù)角保護針則是通過負(fù)角保護的方式減少雷擊應(yīng)用的一種措施，在雷擊的第一時間將多余電流轉(zhuǎn)移到避雷線上，保護輸電線路安全。

負(fù)角保護針多數(shù)情況下安裝在塔架或電線頂部位置，如果網(wǎng)絡(luò)條件允許可以通過多智能體的全智能控制，將其他線路、微電網(wǎng)系統(tǒng)、斷路器等單元系統(tǒng)模擬量和開關(guān)設(shè)置量收集到智能終端設(shè)備中，采用最簡單的信息處理系統(tǒng)，將信息從主要區(qū)域的后續(xù)處理單元發(fā)送到中央處理過程的每個單元，綜合分析信息內(nèi)容。負(fù)角保護針在使用過程中，需要對角度展開科學(xué)調(diào)整。

目前針對于單回路輸電線，電壓在330 kV 以下的保護角在15°左右，500～750 kV 的保護角在10°以內(nèi)；雙回路輸電線中110 kV 的保護角應(yīng)控制在10°以下，220 kV 則在0°。像山區(qū)這種特殊地形，保護角采用最小數(shù)值，增強耦合性。借助避雷線的架設(shè)，可以有效減少高壓輸電線路在雷電天氣下的閃絡(luò)次數(shù)，維持線路絕緣子串的穩(wěn)定性，防止高壓輸電線形成感應(yīng)電壓，維持導(dǎo)線的運行穩(wěn)定性。

高壓輸電干線多是利用避雷針來保障線路安全運行的，安裝過程中需要遵循的原則為：①避雷針必須安裝在高壓輸電線的塔頂位置，地線位置安裝防繞擊的避雷短針；②科學(xué)設(shè)置可控避雷針。塔在受到雷擊后，雷電能量分散，避雷針上會存在較大的磁場能量，可控避雷針的安裝可對較大能量磁場加以處理，增強脈沖放電效果，瞬時解決雷擊帶來的影響。安裝過程中，細(xì)針高度要求在1.5 m 左右，以便于避雷器準(zhǔn)確記錄信息數(shù)據(jù)，為后期研究提供可靠依據(jù)。

3.4 自動重合閘的設(shè)置

自動重合閘保護的科學(xué)設(shè)置，可在發(fā)現(xiàn)電流或電壓異常的第一時間，做好停電保護，以減少雷擊對輸電線路帶來的影響，維護輸電線路的安全性，降低損失及危險的發(fā)生。我國目前現(xiàn)有的自動重合閘以單相裝置、三相裝置、綜合裝置和失活裝置這4 種為主。在輸電線路受到雷擊影響后，自動重合閘的繼電保護會立即開啟，實現(xiàn)雷擊段線路的閉合，以停電的方式來保障輸電線路整體質(zhì)量，確保其他路段電能的傳輸。輸電線路遭受雷擊停電的概率很大，瞬時斷電和自動重合閘的瞬時鏈路技術(shù)有待改進，這需要專業(yè)人員繼續(xù)展開研究，以期優(yōu)化自動重合閘的技術(shù)水平，充分發(fā)揮其在工作中的優(yōu)勢，維持輸電線路的安全運行。

例如雙重自動重合閘的安裝：首先要保證設(shè)備類型、規(guī)格的一致性，盡可能在同一制造商處進購相關(guān)設(shè)備。雙重自動重合閘需要安裝在兩個獨立的保護裝置內(nèi)，促使其正常運行。運行中，不需要開展過多的調(diào)試工作，操作人員只需對其中一個重合閘實施操作即可發(fā)揮出保護性能。對重合閘關(guān)聯(lián)設(shè)備實行調(diào)試時，除了要嚴(yán)格按照規(guī)定要求作業(yè)外，還需對變壓器設(shè)備展開深入處理，在低壓和高壓側(cè)分別安裝低壓電涌放電器，推動設(shè)備良好運行。最后，做好避雷器、桿塔及地面網(wǎng)絡(luò)的維護處理，利用絕緣架空線替換原有的裸導(dǎo)體，控制短路故障。

4 結(jié)束語

隨著輸電線路覆蓋范圍的增加，對防雷保護的要求也越來越高。在輸電線路設(shè)計中，設(shè)計人員應(yīng)當(dāng)根據(jù)地質(zhì)環(huán)境、線路敷設(shè)要求等展開綜合分析與思考，選擇合適的線路防雷技術(shù)和設(shè)備，增強輸電線路防雷保護效果，降低雷擊對輸電線路帶來的影響，以期實現(xiàn)電能的穩(wěn)定傳輸，改進供電質(zhì)量。