輸電線路設計中線路防雷技術的運用

肖慶華

摘要：電力工程建設對保障工業生產、城市建設具有重要作用，為切實保證電網安全運行與電能傳輸質量，需在輸電線路設計中做好線路防雷設計，選擇合理的線路防雷技術應用，用以防范或降低輸電線路因雷電所造成的線路短路、燃燒等問題影響，確保輸電線路能夠長期處于安全、穩定的運行狀態。因此分析與研究輸電線路設計中線路防雷技術的運用，以期為提高輸電線路防雷保護效果提供參考與借鑒。

關鍵詞：輸電線路設計?? 線路防雷技術?? 配電線路?? 防雷治理?? 技術運用

中圖分類號：TM863??? 文獻標識碼：A

Application of Line Lightning Protection Technology in Transmission Line Design

XIAO Qinghua

（Jingjian Branch，Hubei Jingneng Power Transmission and Transformation Engineering Co.， Ltd.， Jingmen，Hubei Province， 448000 China）

Abstract： The construction of power engineering plays an important role in ensuring industrial production and urban construction. In order to effectively ensure the safe operation of the power grid and the quality of power transmission， it is necessary to do a good job in line lightning protection design in transmission line design and select reasonable line lightning protection technology applications to prevent or reduce the impact of line short circuit， combustion and other problems caused by lightning in transmission lines， and ensure that transmission lines can operate safely and stably for a long time. Therefore， this article analyzes and studies the application of lightning protection technology in transmission line design， in order to provide reference and models for improving the lightning protection effect of transmission lines.

Key Words： Transmission line design; Line lightning protection technology; Distribution line; Lightning protection treatment; Technology application

當前，我國電力行業發展正面臨經濟高速增長轉型高質量建設的關鍵階段，如何進一步完善與優化輸電線路設計，提升線路防雷保護效果對保證電網安全、高質及高效運行十分重要。輸電線路在遭遇雷擊時，會承受瞬間的高壓，導致線路負載出現超負荷現象，進而造成輸電線路出現損毀、短路等問題，對供電效率與質量造成不良影響。因此，必須有效提升輸電線路防雷防護效果，強化線路防雷技術應用。鑒于此，本文主要展開對輸電線路設計中線路防雷技術的運用探討。

1雷電對輸電線路的危害

1.1雷電對桿塔的危害

雷電擊中桿塔后，會導致桿塔成為導體，進而對桿塔導線及輸電設備等造成破壞，嚴重時會因雷電擊中而發生導線自燃現象，不僅存在一定程度的火災隱患，同時也會致使輸配電系統癱瘓，形成大范圍停電情況^[1]。當桿塔受到雷擊后需要相關技術人員、維修人員等立刻千萬現場查看，根據實際情況對其開展針對性維修工作或是更換相關電力設備，以此恢復供電。一般情況下，因雷擊出現故障的導線、輸電設備等損壞程度較高，不僅會提升實際維修難度與維修工作量，同時也會提高相關單位對輸電線路的維修成本。

1.2雷電對線路的危害

雷電擊中輸電線路后可能出現過電壓現象，進而造成設備、線路因電壓超限而對絕緣性能造成影響，這不僅會形成大范圍電力事故，對周邊區域人們的日常生活與工作產生影響，同時也會在一定程度上增加安全隱患^[2]。因此，需要相關單位結合實際情況，提高對所管轄區域內輸電線路防雷工作的重視，以此為整個電力系統的穩定、安全運行提供保障。

2輸電線路設計中引發雷電的因素

2.1復雜地形

通常情況下，輸電線路往往會架設在地形較為復雜的區域中，如沿海區域、山區等。在上述區域進行輸電線里架設工作時，往往會因氣候環境、地形地勢等相關因素的影響而提升雷擊輸電線路的概率，同時此類復雜地形區域中雷電活動頻率與強度與其他區域相比較高，因此會對輸電線路及電力系統產生較高威脅。具體而言主要表現在以下三方面。第一，沿海地區。由于沿海地區附近空氣濕度較高，且容易形成較強對流，導致該區域中雷擊活動頻率較高，進而在一定程度上增加了雷擊輸電線路的概率。第二，傾斜山坡。基于該地區的特殊性，導致上坡區域繞組較少、下坡區域導線較長。雖然此種做法會在一定程度上加強對輸電線路的保護效果，但由于上坡區域的繞組在實際設置時可能并未對其進行針對性防雷設計，且由于上坡區域海拔較高，進而致使其雷擊概率增加，為輸電線路運行穩定性與安全性埋下隱患。第三，縱深山谷地帶。此類地區中往往因溫度的改變而導致氣流運動混亂，進而提升形成雷云概率。除此之外，該區域內開放空間較大，導致暴露在外部環境的弧長較長，因此在氣流運動混亂的條件下會提升雷擊概率，加之并未結合實際需求為其設置行之有效的防雷措施，無法為輸電線路的穩定運行提供切實保障，在一定程度上提升了雷擊事故發生^[3]。

2.2土壤電阻率

為進一步增強輸電線路的防雷性能，則需要結合實際情況利用接地電阻實現對雷擊電流的可靠分流與消耗處理。通常情況下，雷電的主要擊打目標往往是桿塔，若無法對接地電阻進行科學設置，則會提升雷電擊穿桿塔的概率，進而導致桿塔出現故障。同時，部分地區土壤電阻率相對較高，進而使桿塔接地電阻偏高，此種情況下會提升輸電線路出現跳閘現象的概率^[4]。另外，接地電阻的合理設置在巖石、高山等復雜地形區域尤為重要，通過接地電阻能夠有效利用此種地形復雜區域中的土壤結構，從而提升輸電線路的防雷性能。除此之外，若在土壤電阻率較小的前提下出現雷擊塔頂情況，則存在反射概率。

2.3雷電活動頻率高

一般情況下，在山地等地形地貌起伏較大的區域中容易發生雷擊現象，究其原因是此類環境中的氣流變動存在較強復雜性與不規律性且變動頻率高。平原區域則相對較為平和，雷擊現象與山地區域相比較少。除此之外，由于山區環境內地形地貌情況發雜，同時多數區域被河流、山林植被等覆蓋，不僅會在一定程度上提升雷擊概率，同時還會在雷擊后因輸電線路所產生的火花而出現火災事故，對當地環境與輸電線路造成巨大影響^[5]。

2.4桿塔因素

當雷電擊中桿塔后，所產生的電流會流經桿塔導入大地，進而形成一個單向回路，從容造成桿塔擊穿現象，對輸電線路的穩定運行造成影響。為充分滿足各個區域中個性化供電需求，桿塔在實際設置時的高度普遍較高，同時由于桿塔之間存在相互影響，可能會在同一次雷擊現象中出現不同表現^[6]。例如：反擊電流與桿塔電流之間為反比，若桿塔電流增加則反擊電流減弱，進而導致輸電線路的雷擊電流抗性降低；桿塔間會對分流產生抑制作用，導致局部電流頻率增加；因導線閃爍存在差異性，進而造成桿塔線路間電流出現不均勻分布，此時若遭受雷擊，則會導致局部荷載提升，最終形成熔斷或燒毀情況。

3輸電線路設計中線路防雷技術的應用原則

3.1經濟性原則

為確保電力系統的可持續發展與穩定運維，則需要相關單位結合實際情況，以經濟效益為導向、以輸電線路防雷技術為基礎，形成具有較強可行性、科學性以及可靠性的輸電線路防雷措施。同時，加強對新設備、新工藝、新材料以及新技術的應用，確保充分滿足不同區域中不同輸電線路對防雷性能的多樣化、差異性需求，增強防雷技術的實際應用能效，以此為輸電線路的穩定、安全運行提供有效保障^[7]。

3.2安全性原則

若想切實提升輸電線路在實際運行期間的安全性與穩定性，則需要相關技術人員加強對輸電線路設計的分析，基于目前輸電線路運行情況與當地區域實際環境特點等相關因素，對輸電線路開展針對性防雷設計工作，同時明確所應用的防雷技術在具體應用時的表現與不足，而后以多樣化措施，如技術融合、更換技術、更換材料等形成可靠、完善的輸電線路防雷設計方案。

3.3因地制宜原則

相關單位應當嚴格按照當地區域輸電線路設計的相關要求與標準、防雷技術應用規范、地理環境特點等相關因素，選用合適的防雷技術進行輸電線路設計工作，以此提升輸電線路在防雷處理方面的有效性、針對性以及合理性。

4輸電線路設計中線路防雷技術的應用路徑分析

4.1增加桿塔絕緣性

相關技術人員在開展桿塔設計工作時，需要結合實際情況，如當地氣候特點、桿塔頂部尺寸等相關因素對其開展針對性的防雷設計工作，確保在桿塔可承受范圍內針對性安裝科學合理的絕緣裝置，以此有效加強輸電線路在實際運行期間的防雷效果。需要注意的是，為確保桿塔絕緣裝置安裝的科學性、有效性以及合理性，則需要相關單位具有豐富的輸電線路防雷設計經驗、專業的安裝能力等，同時還需要提高對安全距離的重視與把控，究其原因是增加桿塔絕緣性技術在實際應用期間的防雷效果與桿塔地理高度、當地區域雷電活動頻率等之間具有密切關系，因此在實際施工期間存在一定程度的難度。除此之外，基于電力設備的相關要求與規范，相關技術人員需要結合實際情況，在安裝避雷線且高度大于40m的桿塔中開展絕緣裝置的安裝工作，以此確保防雷效果有效滿足輸電線路的設計需求。

4.2降低桿塔接地電阻

通過合理布置桿塔的接地電阻，能夠有效提升輸電線路的防雷擊效果。若在線路接地電阻較高的情況下，塔頂或避雷線被雷電擊中，則會導致塔頂電位在短時間內上升至較高程度，此時需要結合實際情況對桿塔接地電阻進行有效控制。通過在合理范圍內延長水平接地電極能夠有效降低桿塔接地電阻，從而達到提升輸電線路防雷擊性能的目的^[8]。

4.3可控放電避雷針

通常情況下，雷云在放電過程中往往會以下行雷閃或上行雷閃的方式對地表物體進行放電。以山西捷力通防雷科技有限公司的可控放電避雷針為例，當放電方式為下行雷閃時，其電流幅值較高，平均值往往會大于40KA，同時陡度大于30kA/μs；當放電方式為上行雷閃時，與下行雷閃相比起電流幅值相對較小，即平均值小于7kA，同時陡度小于5kA/μs，因此上行雷閃通常情況下不會導致繞擊跳閘事故的出現^[9]。而可控放電避雷針的應用原理便是利用上行雷閃，即上行雷閃所形成的上行先導能夠在一定程度上對地面物體形成屏蔽，以此達到減少地面物體在雷云放電過程中的感應過電壓。可控放電避雷針在特定條件下運行時，避雷針頂端的電場強度較高，進而高頻率形成放電脈沖，以此達到引發上行雷閃的效果，而基于上行雷閃特性，達到避免繞極跳閘事故出現的效果。可控放電避雷針在實際應用期間具有以下兩方面優勢：第一，由于可控放電避雷針的接地電阻較低，因此可以直接利用桿塔接地裝置進行安裝，無需為其安裝新的接地裝置，在一定程度上降低了防雷技術的成本支出，在有效確保輸電線路防雷性能的前提下，提升相關單位在輸電線路設計中的經濟效益；第二，基于宏觀角度分析，在輸電線路系統中應用可控放電避雷針技術能夠形成一個范圍較大的保護區，大幅降低線路繞擊跳閘事故出現的概率。

4.4安裝避雷器

在目前的輸電線路防雷設計中，基于避雷器設備的防雷技術較為常用的防雷技術之一，避雷器能夠有效抵抗因雷擊而產生的高電壓，基于此特性，避雷器在實際應用期間能夠對輸電線路起到良好的防雷保護效果。避雷器具體防雷原理如下，當桿塔被雷電擊中后，部分雷擊電流會通過桿塔直接流向大地，從而在一定程度上達到分流效果，同時避雷器會主動將未流經大地的雷電流進行二次分流，多數雷擊電流會通過避雷器進入導線，而后經導線向相鄰的桿塔傳輸。未進一步提升輸電線路的防雷性能，則可以結合實際情況，將絕緣子與線路避雷器進行并聯，當避雷器在分流雷擊電時，若其殘壓小于絕緣子串的50％放電電壓，則盡管雷擊電流持續增加，避雷器的殘壓也僅是小幅度提升，從而有效降低絕緣子在雷擊時出現閃絡現象的概率。為避免出現絕緣子串的反擊情況，則需要相關技術人員在輸電線路的實際設計中，根據具體情況在合理范圍內優化避雷線的接地方式，如將避雷器安裝至鋼塔中。

4.5負角保護針

一般情況下，負角保護針主要安裝于電線頂部或塔架等相關位置中，其通過負角保護方式降低雷擊，在雷電擊中輸電線路后，第一時間將超出電力系統可承受范圍外的多余雷擊電流傳輸至避雷線上，以此為輸電線路的穩定、安全運行提供切實保障。另外，若輸電系統具有較強的智能化、數字化表現且當地網絡環境良好，則可以結合實際情況基于相關智能設備實現對負角保護針的動態化智能控制，在智能終端設備中配置開關設置量以及單元系統模擬量，如斷路器、微電網系統等。

4.6合理控制線路檔距

當桿塔被雷電集中后，所形成的雷擊電流需要一定時間方可基于導線從桿塔傳播至塔基處。因此，當雷擊時輸電線路的實際雷電抗性會根據所設置的線路檔距不同，而表現出不同能效。當所設置的線路檔距較小時，避雷針會將大量雷電流導向相鄰桿塔，從而達到良好的分流效果，相鄰桿塔中的絕緣子串作用電壓會與線路避雷器殘留電壓形成制約效果，進而達到增強輸電線路的實際抗雷性能；若提升線路檔距，則會在一定程度上降低避雷針對雷擊電流的分流效果，且線路檔距越高、避雷針分流效果越弱。因此，當線路檔距達到已經數值時，會出現雷電流無法被及時分流現象，從而降低制約效果，導致輸電線路的實際抗雷性能受到影響。基于此，相關技術人員在進行輸電線路設計作業時，可以結合實際情況，根據當地地區特點合理設置線路檔距，以此提升輸電線路在運行期間的抗雷性與穩定性。

4.7安裝自動重合閘

現階段在電力系統保護電網系統安全及線路裝置的方式中，自動跳閘是較為常用且重要的方式之一。現階段國內較為常用的自動重合閘主要有四種，分別是失活裝置、綜合裝置、三相裝置以及單相裝置。電力系統在實際供電過程中，自動跳閘設備能夠對輸電線路的實際運行數據進行采集與分析，當所采集的數據出現異常時，自動跳閘設備便可以第一時間執行跳閘操作，同時斷開輸電線路系統中其他設備。若輸電線路在實際運行過程中被雷電擊中，則自動跳閘設備便可以通過傳輸斷開信號，及時切斷電流，若雷擊時所形成的放電強度處于輸電系統的可控范圍內，則當雷電流被有效導入大地或其他防雷設備后，自動跳閘設備會重新開閘并閉合相關開關與線路，避免部分線路或設備因長時間斷開而出現問題或是對周邊用電單位產生影響。需要注意的是，相關技術人員在基于自動重合閘技術進行輸電線路設計時，首先需要以宏觀角度對整體輸電系統進行分析，在輸電系統合理位置安裝自動重合閘并確保其與供電系統的繼電保護器有效連接，這樣不僅能夠切實降低輸電線路因雷擊后所產生的故障時長，同時也能夠在一定程度上提升整個電力系統的恢復效率^[10]。

4.8提高對接地工作的重視

合理進行接地設計是提升輸電線路抗雷性能的另一重要手段之一，需要相關技術人員在實際設計期間做好以下幾方面工作：第一，需要相關技術人員結合實際情況，嚴格按照相應的規章制度、輸電線路設計標準以及相關規程中接地阻值的要求等因素，合理完成接地裝置的設計工作，若土壤電阻率較高，則可以在合理范圍內通過設置降阻模塊或使用降阻劑等方式降低接地電阻；第二，相關技術人員可以結合輸電線路實際情況，在允許條件下設置雙地線，并選擇外層單絲直徑較大的光纖復合架空地線；第三，首先對整體輸電線路進行調查與分析，而后結合實際運行情況與當地氣候條件特點，分析其中容易出現雷擊現象的位置并進行明確標注，最后利用旁路底線、耦合地線等相關措施提升易受雷擊位置的防雷接地效果。

5結語

綜上所述，對于雷電現象而言，其本質上為自然現象，屬于不可抗力因素。因此，在輸電線路防雷設計工作中，相關技術人員應用基于宏觀角度對輸電線路防雷設計方案進行考慮與分析，以實際情況與具體需求為基礎實現對輸電線路的科學優化與設計，以此促進輸電線路的實際輸電質量、防雷性能等得到切實改善與增強。

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