線路防雷技術在輸電線路設計中的應用

周振宇

摘 要：通過介紹輸電線路的雷電危害，分析了輸電線路引發雷電的主要原因，比如氣候、線路桿塔高度等，在此基礎上，探討了線路防雷技術在輸電線路設計中的應用方法。經過相關分析可知，安裝避雷裝置、改善接地電阻等能夠有效提高輸電線路的設計安全。

關鍵詞：雷電危害；防雷技術；輸電線路；桿塔

中圖分類號：TM862+.1 文獻標識碼：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.17.143

近年來，隨著我國經濟的快速發展，社會各界對電力的需求也在不斷增加，這促進了輸電線路規模的擴大。然而，在建設電力系統的過程中，很多輸電線路都是露天安裝的，它們很容易受到自然環境的影響。其中，雷電危害就是重要的一種，它會嚴重威脅輸電線路的運行安全。因此，在設計輸電線路時，應用防雷技術有十分重要的現實意義。

1 輸電線路的雷電危害

雷電危害大多發生在春夏兩季，但是，它也會受不同地區地理環境差異的影響。雷電對輸電線路的危害主要表現在以下幾方面。

1.1 雷電自身的高熱效應危害

當遇到輸電線路時，雷電的高熱效應會轉變為電流，使被擊中部位瞬間產生極高的熱能，導致此段輸電線路被融化，進而燃燒起來。

1.2 雷電所產生的電磁場危害

在雷電形成的過程中伴有電磁效應，當輸電線路被雷擊中時，這部分電磁效應會在雷擊部位形成交變電磁場，使得電路中的電流量瞬間增大，導致線路高溫燃燒。

1.3 雷電附帶的高壓效應危害

雷電形成的瞬間電壓通常為高壓，能夠達到十幾萬伏以上。這種高壓在雷擊點會對輸電線路上的電氣設備造成極大的攻擊，導致輸電線路被燒壞、出現短路的情況，甚至還會引發更嚴重的事故。

1.4 雷電所發出的電波危害

電波也是雷電附帶的一種現象，它經常會干擾防雷裝置的正常工作，使其無法有效發揮防雷功能，變為放電器反擊輸電線路。

2 輸電線路引發雷電的原因

2.1 地形環境因素

我國地理環境比較復雜，許多輸電線路都設置在山區地帶，但是，由于山區地勢起伏比較大、氣流活動較為頻繁等，經常會引起雷擊活動，比如山谷內氣壓變化就會增大輸電線路被雷擊的概率。同時，在沿海地區，輸電線路周邊空氣中的鹽分含量相對比較高，這也會增加輸電線路遭到雷擊的概率。

2.2 線路桿塔因素

雷擊是土地和雷云中電荷互相感應而產生的。其中，線路桿塔起著建立雷云放電通道的作用，當雷云中過電壓經過線路桿塔時，就會使輸電線路被擊穿，所以，如果線路桿塔設計不當，比如桿塔距離不均衡，就會導致線路間距差異較大，增大導線的閃爍程度，增加線路雷擊危害發生的概率。桿塔設計不當還包括桿塔的高度不合理、桿塔對輸電線路的分流能力較差等。

2.3 土壤電阻率因素

不同的土壤成分會使土壤的電阻率存在差異，對雷擊閃爍程度造成不同的影響。當前的輸電線路設計大多都沒有考慮到這一點，給輸電線路的防雷擊埋下了潛在隱患。

3 防雷技術在輸電線路設計中的應用

3.1 選擇輸電線路

綜上所述，輸電線路雷擊現象有很大一部分是由于地理環境影響造成的。因此，在設計輸電線路時，要盡量避開雷擊多發區域，降低輸電線路雷擊發生的概率，具體選擇原則包括以下4點：①盡量避免在潮濕洼陷的盆地地區設置輸電線路，尤其是周邊有水庫、池塘或山脈的地方；②輸電線路經過區域的土地電阻率沒有發生突變或已經突變，比如有水流的溪谷、山丘和稻田交接地帶等；③盡量不在山谷、峽谷、地下水位高或富含礦物質的地區布設輸電線路；④如果必須經過山地時，可以選擇向陽山坡或土壤較好的山地，以降低雷擊概率。

3.2 采用合理的避雷裝置

避雷裝置是提高輸電線路防雷擊能力的重要措施。因此，在設計輸電線路時，要加強對避雷裝置設計的重視度，根據實際情況選擇合理的避雷裝置，要注意的內容有以下幾點。

3.2.1 避雷線的搭設

避雷線是輸電線路最基礎的防雷裝置，它的主要作用有3點：①對輸電線路有一定的屏蔽作用，可以有效降低導線電流；②經過鐵塔，將雷擊產生的電流分流，起到減小塔頂電壓的作用；③對輸電線路有耦合效果，降低了絕緣子的電壓。

避雷線主要應用于高壓線路當中，在小于等于20 kV的低壓線路中，避雷線無法發揮其應有的作用。在搭設高壓線路（110～750 kV）的避雷線時，要根據輸電線路電壓等級的不同嚴格執行相關的設計技術規定。在此過程中，要注意以下3點：①在110 kV輸電線路中，避雷線要采取全線架設的方式，但是，如果線路中有輕微的雷電活動或者年平均暴雨日期短于半月的區域，就無需架設避雷線；如果輸電線路采取無線的架設方式，則應該在變電站搭設1～2 km的避雷線。②對于220～330 kV的輸電線路或者處于年平均暴雨日期超過半月地區的輸電線路，避雷線要采用全程架設的方式。③對于500～750 kV的輸電線路或者位于山區的輸電線路，在架設避雷線時，要采用雙線搭設的方法。

3.2.2 負角保護針的使用

負角保護針對輸電線路有很好的屏蔽作用。將雷擊放電作用于地面上，能夠有效降低雷電繞擊區出現的概率，同時，還能縮短臨界擊距，對輸電線路起到良好的保護作用。

負角保護針是架設在桿塔頂部導線上方的，是側向安裝的，多用于山頂、山坡等地區的桿塔上。其材料多為鋼針，長度為2.5 m或2.8 m。

3.2.3 安裝可控放電避雷針

可控放電避雷針的工作原理是：在雷擊前，通過向上的先導作用產生上行累閃，然后利用針尖形成的電場產生脈沖放電，從而降低雷電繞擊形成的概率，有效地保護輸電線路。

可控放電避雷針安裝在塔頂地線支架的上方，具體位置和個數需要根據桿塔所處的地形和形狀來選擇。

3.3 改進接地電阻

接地電阻能夠有效降低雷電對輸電線路產生的過電壓，提高輸電線路的防雷擊能力，具體改進措施主要有以下4點：①增加或延長接地射線。這種方法主要是針對老舊輸電線路接地材料老化和新建、改造輸電線路接地電阻降低等情況的。②采用垂直接地體的方法。這個法是在接地裝置射線上添加多個垂直接地體，其材料多為角鋼，長度控制在0.6 m左右，彼此間的距離3 m為宜，并與接電線焊接在一起。③采取集中接地的方式。這種方法是將桿塔的接地集中在一處，利用垂直接地體，按照2～3 m的間距將其布設在桿塔基礎外圍，然后用圓鋼將桿塔接地引下線與這些垂直接地體連接成一個整體。④替換土壤。利用低電阻率的土壤替換高電阻的土壤，然后再接地，有效地降低接地電阻是一種最直接的方法。

3.4 科學、合理地設計桿塔

針對桿塔對輸電線路雷擊影響的因素，在設計桿塔時，要注意以下4點：①加大塔身的電感程度和電流，有效降低反擊的電路和電壓；②合理分布桿塔位置，保證桿塔間距的均衡性，有效控制導線閃爍程度；③在架設相鄰的桿塔時，要避免發生分流問題，保證各自分流作用的獨立性，提高對輸電線路電流的分流能力；④提高桿塔的絕緣水平，合理增加絕緣子片的數量，進而提高輸電線路的耐雷水平。

4 結束語

雷擊是影響輸電線路安全的重要因素，所以，提高輸電線路的防雷能力是十分重要的。在設計輸電線路時，要結合線路的實際情況，考慮地形環境、氣候等多方面的因素，合理運用各種防雷技術，有效提高輸電線路的防雷能力，避免發生雷擊事故，以保證輸電線路的運行安全。

參考文獻

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〔編輯：白潔〕