淺析輸電線路設計與運行中的防雷措施

摘要:本文研究了我國輸電線路防雷設計中常用的幾種方法、對提高輸電線路的防雷水平進行了探討。

關鍵字:輸電線路，防雷設計，措施

1、引言

輸電線路是電力系統的大動脈，它將巨大的電能輸送到四面八方，是連接各個變電站、各重要用戶的紐帶。輸電線路的安全運行，直接影響到了電網的穩定和向用戶的可靠供電。因此，輸電線路的安全運行在電網中占據舉足輕重的地位，是實現“強電強網”的需要，也是向工農業生產、廣大人民生活提供不間斷電力的需要。

2、合理選擇輸電線路路徑

大量運行經驗表明，線路遭受雷擊往往集中于線路的某些地。我們稱之為選擇性雷擊區，或稱為易擊區:雷暴走廊，如山區風口以及順風的河谷和峽谷等處;四周是山丘的潮濕盆地，如桿塔周圍有魚塘、水庫、湖泊、沼澤地、森林或灌木、附近又有蜿蜒起伏的山丘等處;土壤電阻率有突變的地帶，如地質斷層地帶，巖石與土壤、山坡與稻田的交界區，巖石山腳下有小河的山谷等地，雷易擊于低土壤電阻率處;地下有導電性礦的地面和地下水位較高處;當土壤電阻率差別不大時，例如有良好的土層和植被的山丘，雷易擊于突出的山頂、山的向陽坡等。

在設計時，要避開以上路徑。

3、輸電線路設計與運行中防雷措施

3.1架設避雷線

架設避雷線是輸電線路防雷保護的最基本和最有效的措施。避雷線的主要作用是防止雷直擊導線，同時還具有以下作用:分流作用，以減小流經桿塔的雷電流，從而降低塔頂電位;通過對導線的藕合作用可以減小線路絕緣子的電壓;對導線的屏蔽作用還可以降低導線上的感應過電壓。

通常來說，線路電壓愈高，采用避雷線的效果愈好，而且避雷線在線路造價中所占的比重也愈低(一般不超過線路的總造價的10%)。因此規程規定，220kV及以上電壓等級的輸電線路應全線架設避雷線，110kV線路一般也應全線架設避雷線。

為了提高避雷線對導線的屏蔽效果，保證雷電不致繞過避雷線而直接命中導線，應當減小繞擊率。避雷線對邊導線的保護角應做得小一些，一般采用20°~30°。220kV及330kV雙避雷線線路應做到200左右，500kV及以上的超高壓、特高壓線路都架設雙避雷線，保護角在15°及以下。為了起到保護作用，避雷線應在每基桿塔處接地。在雙避雷線的超高壓輸電線路上，正常的工作電流將在每個檔距中兩根避雷線所組成的閉合回路里感應出電流并引起功率損耗。為了減小這一損耗，同時為了把避雷線兼作通訊及繼電保護的通道，可將避雷線經過一個小間隙對地絕緣起來。雷擊時，間隙被擊穿，使避雷線接地。

3.2采用絕緣避雷線防雷

送電線路的避雷線除用作防雷外，還有多方面的綜合作用，如實現載波通信;降低不對稱短路時的工頻過電壓、減小潛供電流;作為屏蔽線以降低電力線對通信線的干擾等。按照用途之不同，避雷線懸掛方式有兩種，一種是直接懸掛于桿塔上，另一種是經過絕緣子與桿塔相連，即使避雷線對地絕緣。

由于避雷線至各相導線的距離一般是不相等的，它們之間的互感就有些差別，因此，盡管在正常情況下三相導線上的負荷電流是平衡的，但在避雷線上仍然要感應出一個縱電動勢。目前我國新設計的超高壓線路，一般采用絕緣避雷線以減少能耗。避雷線雖然絕緣，但在雷擊時，避雷線的絕緣在雷電先驅放電階段即被擊穿而使避雷線呈接地狀態，因而不會影響其防雷效果。

3.3降低桿塔接地電阻

避雷線與塔腳電阻相配合，在雷擊時能夠起到大幅度降壓的作用，故而對110KV以上的混凝土桿或鐵塔線路，是一種最有效的防護措施。接地體的截面積及斷面形狀對接地電阻值影響不大，因此，接地體材料規格的選擇主要考慮腐蝕及機械強度的需要。人工接地體，水平敷設的可采用圓鋼、扁鋼;垂直敷設的可采用角鋼、鋼管、圓鋼等。接地裝置的導體截面，必須符合熱穩定與均壓的要求。敷設在腐蝕性較強場所的接地裝置，應根據腐蝕的性質采取熱鍍錫、熱鍍鋅等防腐措施，或適當加大截面。鋼筋混凝土桿鐵橫擔和鋼筋混凝土橫擔線路的避雷線支架、導線橫擔與絕緣子固定部分或瓷橫擔固定部分之間，宜有可靠的電氣連接并與接地引下線相連。主桿非預應力鋼筋如上下已用綁扎或焊接連成電氣通路，非預應力鋼筋可兼作接地引下線。在小接地短路電流系統中，如無可靠措施，預應力鋼筋不宜兼作接地引下線。利用鋼筋兼作接地引下線的鋼筋與接地螺母、鐵橫擔或瓷橫擔的固定部分應有可靠的電氣連接。外敷的接地引下線可采用鍍鋅鋼絞線，其截面不應小于25mm2。

目前降低桿塔接地電阻的方法有:

(1)利用接地電阻降阻劑

在接地極周圍敷設了降阻劑后，可以起到增大接地極外形尺寸，降低與周圍大地介質之間的接觸電阻的作用，因而能在一定程度上降低接地極的接地電阻。降阻劑用于小面積的集中接地、小型接地網時，其降阻效果較為顯著。降阻劑是由幾種物質配制而成的化學降阻劑，是具有導電性能良好的強電解質和水分。這些強電解質和水分被網狀膠體所包圍，網狀膠體的空格又被部分水解的膠體所填充，使它不致于隨地下水和雨水而流失，因而能長期保持良好的導電作用。這是目前采用的一種較新和積極推廣普及的方法。

(2)采用爆破接地技術

爆破接地技術是近年發展起來的降低接地裝置接地電阻的新技術，通過爆破制裂，再用壓力機將低電阻率材料壓入爆破裂隙中，從而起到改善很大范圍的土壤導電性能的目的，相當于大范圍的土壤改性。

(3)采用多支外引式接地裝置

如接地裝置附近有導電良好及不凍的河流湖泊，可采用此法。但在設計、安裝時，必須考慮到連接接地極干線自身電阻所帶來的影響，因此，外引式接地極長度不宜超過l00m。

(4)采取伸長水平接地體

結合工程實際運用，經過分析，結果表明，當水平接地體長度增大時，電感的影響隨之增大，從而使沖擊系數增大，當接地體達到一定長度后，再增加其長度，沖擊接地電阻也不再下降。

3.4安裝線路避雷器

加裝避雷器以后，當輸電線路遭受雷擊時，雷電流的分流將發生變化，一部分雷電流從避雷線傳入相鄰桿塔，一部分經塔體入地，當雷電流超過一定值后，避雷器動作加入分流。大部分的雷電流從避雷器流入導線，傳播到相鄰桿塔。雷電流在流經避雷線和導線時，由于導線間的電磁感應作用，將分別在導線和避雷線上產生禍合分量。因為避雷器的分流遠遠大于從避雷線中分流的雷電流，這種分流的禍合作用將使導線電位提高，使導線和塔頂之間的電位差小于絕緣子串的閃絡電壓，絕緣子不會發生閃絡，因此，線路避雷器具有很好的鉗電位作用，這也是線路避雷器進行防雷的明顯特點。

3.5架設耦合地線

在降低桿塔接地電阻有困難時，可采用架設耦合地線的措施，即在導線下方(或附近)再架設一條地線。它的作用主要有以下方面:加強避雷線與導線間的禍合，從而減少絕緣子串兩端電壓的反擊電壓和感應電壓的分量;增加了雷擊塔頂時向相鄰桿塔分流的雷電流。

運行經驗表明，禍合地線對減小雷擊跳閘率的效果是顯著的，尤其在山區的輸電線路其效果更為明顯。我國曾對110kV和220kV有避雷線線路采用過加裝禍合地線的作法。

4、結束語

通過對輸電線路防雷的研究，到只要重視輸電線路的防雷，加大對輸電線路防雷的投入，提高輸電線路防雷的科技含量，加強對雷電的監測和預防，加強輸電線路的運行維護工作，輸電線路防雷是“可控”的，降低其雷擊跳閘率是完全可行的。

參考文獻:

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