線路防雷技術在輸電線路設計中的應用

摘要：文章主要通過由雷電發生頻繁對線路產生的危害入手，著重考察了輸電線路易引發雷電的主要因素，包括地理環境、氣候、線路桿塔高度、土壤點電阻率等方面，并針對現有的一些輸電線路設計中常用到的線路防雷技術進行分析和探討，通過改進接地裝置或使用避雷裝置、合理選擇輸電線路等方面來確保輸電線路在防雷上取得好的效果。

關鍵詞：輸電線路設計;防雷技術;避雷裝置;接地裝置;電力建設 文獻標識碼：A

中圖分類號：TM862 文章編號：1009-2374（2015）02-0064-02 DOI：10.13535/j.cnki.11-4406/n.2015.0130

由于電力建設的需要，很多輸電線路和輸電設備都是露天安裝，導致自然條件對其影響較大。由于地形、氣候、經濟、環境等因素的限制，給防雷技術的開發和應用帶來了不利條件，但通過多年的不斷探索和學習，我國在防雷技術上也取得了顯著進展。本文對輸電線路設計中的線路防雷技術進行討論。

1 雷電的危害

雷電的發生一般主要集中在春季和夏季，但隨著不同地理環境的影響，也不盡相同，雷電對電力系統的危害主要表現在兩個方面：（1）雷電的產生會附帶較大的電流，這些強電流會加載到電線或輸電設備上，造成炸毀、燃燒、融化等危害，且強電流具有很大的電動力，對電力設備產生不同程度的損傷，該類程度的傷害無法通過電力自動系統的修復能力進行恢復，要通過更換裝置，甚至線路來完成，給電力的維修上帶來了不便，對電網造成了不可估量的經濟損失和安全隱患，也給居民的日常生活和工業生產帶來了不便;（2）雷電在通過輸電線時會加大電線的負荷，產生過高的過電壓，超過了電力設備的承受能力和絕緣水平，造成繼電器保護跳閘，運行電路被切斷，給人身安全和基礎電力設備產生了威脅，給經濟帶來了巨大的損失。運行中的電線較易受到雷擊，能有效地防雷，從而大大減少雷擊事故的發生，對減少經濟損失和提高電網正常有序運行有著重要的意義。

2 輸電線路引發雷電的原因

2.1 地理環境

雷擊活動多發生在山區地帶，由于山區地形起伏，氣流活動頻繁，且森林覆蓋面積廣，雨水豐富，在輸電線路設計時受到氣候影響的較大，特別是一些縱深山谷地帶、傾斜山坡、沿海地區，所以在山區和沿海線路的輸電線設計時要注重當地地理環境，對于一些不良的因素要充分地進行考慮。

2.2 線路桿塔高度

雷擊主要是使大地感應電荷和雷云中的電荷，雷云中的過電壓是通過線路桿塔建立放電通道，導致線路擊穿，因此要注重以下問題：（1）塔身的電流和電感程度加大，反擊的電壓和電路就減少;（2）導線閃爍程度的大小是由線路間距的不均衡造成;（3）相鄰桿塔的分流會導致分流作用的大幅度降低。

2.3 土壤電阻率

一般的桿塔和接地的電阻兩者有著密切的關系，對于高山、巖石等地形結構比較復雜的地區，應當把工作重點放到巖石和土壤的分層上。如果遇到雷擊塔頂現象，因為接地電阻很小，就有可能造成反射現象，與山區線路對比，平原和丘陵地區的線路可通過降低接地電阻來減少雷擊的可能性。

3 電路設計線路防雷技術的應用

3.1 選擇合理的輸電線路

雷擊現象的發生一部分是受環境條件、地理條件、氣候狀況等的影響，某些地區在輸電線路的設計上應該避開雷擊多發區，如高山、縱深山谷地帶、傾斜山坡等，來降低輸電線路受到雷擊的概率。根據發生雷擊地區統計數據，在輸電路線設計時應當盡量避免的區域有富含導電性礦藏和地下水水位較高的區域、土質電阻率較低或電阻率發生突變的地方、河谷地帶特別是順風區域和風口山區、較為濕潤的盆地和山谷、森林等區域，在架設電路時應當盡量避免繞過該區域，以減少雷擊的發生。

3.2 避雷裝置的安裝

3.2.1 搭設避雷線。避雷線具有效率高、分流效果好、耦合和屏蔽作用明顯等優點，被廣泛應用在電網建設當中，取得了不錯的避雷效果。避雷線能減少桿塔的雷擊電流，使得塔頂的電位降低，并能耦合導線降低輸電線路中絕緣子的電壓，減輕雷擊的破壞。實際建設中，一般20kV的輸電線路不需要裝設避雷線，200kV以上的需要全程搭設避雷線，在500kV以上的高壓線則需要兩條避雷線才能確保其屏蔽功能。

3.2.2 安裝負角保護針。負角保護針是架裝在桿塔的頂部的導線上方的一種側向避雷針，主要是為了改善屏蔽和減少臨界擊距。負角保護針的屏蔽作用在導線的上方，所以雷電只能對地面放電，以此來避免雷電繞擊區的形成。負角保護針多用于山坡和山頂的桿塔上，其多采用長度為2.5m或2.8m的鋼針，針頭做成尖

錐狀。

3.2.3 可控放電避雷針。該裝置是通過動態環和儲能裝置來控制針頭電場，使它能夠在雷擊發生前產生向上的先導，引發上行累閃，針尖出的電場強度較高，能迅速產生脈沖放電。該裝置可有效降低雷電繞擊的機率。該裝置由四個部分組成，即針頭、儲能裝置、金屬支架、接地裝置。可控放電裝置可在塔頂地線支架上方安裝，其安裝個數和位置可根據桿塔的形狀、地形進行調整，來確保可控針的保護范圍滿足安裝要求。

3.2.4 雷電接閃器。雷電接閃器有避雷的作用，但其本體是一個感抗，其在雷擊發生時能夠對桿塔過電壓進行消減，其對雷電流波峰消減幅度可達到30%以上。該裝置能記錄桿塔落雷的數據，為對雷電研究提供了數據支持。

3.3 自動重合閘裝置的安裝

自動重合閘是當線路當線路出現故障，繼電保護使斷路器跳閘后，自動重合閘裝置經短時間間隔后使斷路器重新合上。廣泛應用于架空線輸電和架空線供電線路上，該類裝置可分為四種狀態：單相重合閘、綜合重合閘、三相重合閘、停用重合閘。該裝置可以提高供電的可靠性，減少線路停電的次數，還能保持電力系統的運行的穩定性，該裝置本身投資很低，工作可靠，在電力系統中得到了廣泛的應用。一般的，線路故障跳閘后重合閘越快，效果越好。資料表明，輸電線路中重合閘成功率較高，使得它已經成為一種行之有效的防雷措施。

3.4 改善接地電阻

當合理匹配接地地阻和避雷線可有效地實現降低過電壓的功能，常規設計采取的延長或增加接地射線的方式降低桿塔接地電阻，對于土質不良的地區效果有限。目前應用在實際中的降低輸電線電路接地電阻的方法有：（1）延長或增加接地射線，針對接地材料腐蝕的老舊線路，往往采取增加接地線的方式，是新建和改造線路中常用的降阻方法;（2）垂直接地體法，該方法是在接地裝置的射線上，每隔3m增設長度0.6m左右的垂直接地體，一般用角鋼，并與接地線進行焊接;（3）集中接地法，是指在桿塔的基礎外挖一圈直徑為10～20m、深為60cm的溝，在溝內每隔2～3m打一根垂直接地體，用圓鋼將所有垂直接地體相連再與桿塔的接地引下線相連;（4）換土法，對低處土壤電阻率較高的桿塔或石頭山，采用換土的方式來降低土壤的電阻，即在桿塔附近周圍挖出原有土壤，并回填一層電阻率低的土壤，再進行接地設置。

4 結語

在進行輸電線路的設計時，要充分考慮當地的實際情況，如地理環境、地形、氣候等，將防雷技術充分地運用到線路設計的過程中。降低線路雷擊的概率，減少雷擊對電網的傷害，需要廣大的電力技術和從事電力研究人員的共同努力，依靠現有科技創新，在實踐中不斷摸索，開發出更具有防雷功能的技術，來為電網的正常運行提供保障。

參考文獻

[1] 嚴春銀.江西省雷電災害易損性分析及其區劃[J].江西科學，2006，24（2）.

[2] 黃福勇，周挺，王成.輸電線路雷擊故障査找探討

[J].湖南電力，2009，29（6）.

[3] 錢冠軍，陳維江，陳家宏，谷山強，等.側針對改善特高壓交流輸電線路雷電屏蔽的實驗觀測[J].高電壓技術，2010，36（1）.

作者簡介：張磊（1981-），男，河南人，供職于神華寧夏煤業集團煤制油建設指揮部，研究方向：架空線路優化。

（責任編輯：秦遜玉）