線路防雷技術在輸電線路設計中的應用

黃劍

（湖南科鑫電力設計有限公司　湖南長沙　410000）

線路防雷技術在輸電線路設計中的應用

黃劍

（湖南科鑫電力設計有限公司湖南長沙410000）

雷電是大自然中非常常見的一種現象，雷電具有很多自身獨到的特點，它的電壓非常高，同時它還存在著非常大的損壞能力，對長期暴露在室外的輸電線路而言更是如此，一旦輸電線路遭受了雷電的侵擾，就可能會產生非常嚴重的后果，主要分析了線路防雷技術在輸電線路設計中的運用，以供參考和借鑒。

輸電線路；線路設計；防雷技術

引言

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　輸電線路頻發雷擊的原因

不同的地區發生雷擊的原因都是不盡相同的，具體包括以下幾方面：①雷電活動強烈；②山區、沿海地區的不利的地形條件；③設計時采用的參數不準確；④土壤電阻率的影響。

1.1雷電活動強烈

我國幅員遼闊，處于不同季風帶的地區的氣候條件也是不一樣的，因而雷擊活動的發生時間發生頻率也都不盡相同。在一些山區，由于地形復雜，雷電活動尤為強烈。比如我國部分地區于山地地區，并且具有較高的森林覆蓋率，雨水豐富，處于多雷區地帶，雷電擊中輸電線路的頻率較高，造成對輸電線路的破壞。

1.2山區、沿海地區的不利的地形條件

在電路的鋪設過程中會在不同程度上受到地形地貌的影響。對于山谷帶來說，谷內的氣流運動復雜，并且谷內缺少線路的保護屏障因而輸電線路暴露的弧長較大，一旦谷內氣壓發生變化就可能會使輸電線路造成雷擊；對于山坡來說，由于上坡和下坡的不同，在下坡地段通常會增大保護角度，并且增加繞擊頻率，而這種增加會給山坡帶來一定的壓力，加深雷害程度；對于沿海地區來講，由于沿海地區的空氣中含有的鹽分高于內陸地區，而空氣中的鹽分過高時會使提高輸電線路遭到雷擊的概率。

1.3設計時采用的參數不準確

在輸電線路的設計過程中需要用到多種不同的參數，采用的設計參數的不準確會給線路的鋪設以及線路的防雷帶來不良影響。采用參數的不準確帶來的問題主要包括線路桿塔高度設計的不合理、輸電線路的分流作用降低以及線路的不均勻分布。

1.4土壤電阻率的影響

土壤的電阻率也會影響輸電線路。土壤的成分不同決定了受到雷擊閃爍的影響程度的不同。目前，在輸電線路設計過程中，對土壤的影響考慮不夠周全，因而影響了輸電線路在雷雨天氣的安全性和穩定性。

2　電路設計線路防雷技術的應用——以110kV輸電線路為例

2.1架設藕合地線

根據雷擊閃絡的反擊理論可知，增加藕合系數、減少電感、降低接地電阻等均可以提高線路綜合耐雷水平。常規增加藕合系數的方法是采用布設架空地線和增設藕合地線的方式實現，但由于雷擊存在暫態行波和穩態電磁感應過程；因此，可以通過加強型強化電磁感應型桿塔接地射線等技術手段來增加藕合系數。110kV架空線路的強化電磁感應型桿塔接地射線結構如圖1所示。

圖1　110kV架空線路的強化電磁感應型桿塔接地射線結構

110kV輸電線路架設耦合地線即架空地線。如果在輸電線路的正常運行過程中發現易擊區域，采取的措施就是在易擊區域的導線周圍以外的區域架空地線，使輸電線路遭受雷擊時將雷電流進行耦合或者是分流，極大地減少對桿塔的耐壓，進而提升對輸電線路的防雷需求。

2.2避雷裝置的安裝

2.2.1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。

2.2.2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。

2.2.3可控放電避雷針

以110kV輸電線路為例進行分析，在110kV輸電線路中針對反擊雷，應該減少桿塔接地電阻以便提升輸電線路的耐壓能力，減少輸電線路跳閘事故的發生。通過水平外延接地體、深埋式接地極、填允低阻物質以及加裝導電接地模塊等來降低桿塔接地電阻，提高110kV架空線路防雷水平。在高土壤電阻率地區，采用布設垂直接地極的方法，可以較好地改善表面干燥土壤線路桿塔存在的接地不良問題。110kV線路桿塔垂直接地極的長度宜選擇1.5m左右，間距宜控制于在4～6m內，并采用圓鋼或角鋼進行加工，施工過程中應注意防腐處理。圖2為垂直接地體施加降阻劑技術。

2.2.4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。

圖2　垂直接地體施加降阻劑技術

2.3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。

2.4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。

3　結束語

隨著我國電力事業的不斷發展以及電力資源對人們日常生活重要性的不斷提高，電力工作人員肩負的責任也越來越大。因而在輸電線路的設計過程中，設計人員應加強對防雷措施的設計，通過精確的計算、全面的了解和科學合理的設計，使輸電線路的耐雷水平得到提升，使輸電線路的安全性得到更多的保證。

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TM863

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1673-0038（2015）38-0280-02

2015-8-3

黃劍（1985-），助理工程師，本科，主要從事高壓輸電線路設計工作。