試論高壓輸電線路綜合防雷措施的研究與應用

郭偉明

摘要：高壓輸電線路是電網的重要組成部分，高壓輸電線路的平穩運行，直接關系到電網的正常工作。本文對雷擊放電過程進行研究，并從桿塔防雷措施的應用、絕緣裝置防雷、避雷線架設、輸電防雷四方面，論述了高壓輸電線路綜合防雷措施的具體應用，保證整個輸電線路防雷水平的有效提升，減少雷電對電網運行的干擾。

關鍵詞：高壓輸電線路；綜合防雷措施；輸電防雷

高壓輸電線路在電力傳輸中起到重要作用，不僅為人們生活和生產工作提供保障，同時維護了電力系統的穩定運行。隨著輸電線路等級的不斷提升，對桿塔的高度和線路尺寸要求也越高，在一定程度上增加了雷擊現象的影響程度。在我國電力系統中，因為雷擊造成線路跳閘現象的比例在36%以上，在有些國家中還達到了50%。因此，對高壓輸電線路綜合防雷措施的研究顯得至關重要。

1 雷擊放電過程研究

1.1 放電原理

帶電荷的雷云是造成雷電現象的主要原因。當水滴穿過云層時，出現撞擊分裂現象，其中分裂出來的水沫攜帶負電荷，由于水沫的質量較輕，會上升至云層形成帶負電的雷云，而帶正電的雨滴會迅速下降，形成降雨。當雷云積聚過多時，會感應到大地上雨水的正電荷，從而產生強大的電場，最終形成雷擊。此時，如果雷云繼續擴大，會導致大氣的電場強度增加，在雷云之中形成火花放電。在放電過程中，有時會產生幾百千安的瞬時電流，再加上大氣中光和熱的作用，最終形成閃電和雷鳴[1]。

1.2 雷電壓和雷電流的形成

雷電現象的產生主要是由于空氣中游離的導電分子進入到雷云中的高電勢點，如果這種強大的雷電擊中高壓導線，雷電中攜帶的電流將會在沿著導線兩端運行，改變導線中的電壓和電流配比。一般情況下，導線中的電壓行波u與電流行波i的比值為波阻抗，數值一般在300Ω。若高壓線路經過雷擊之后塔角的接地電阻會減小，從而在地面產生雷電反射現象，此時塔頂電位為零。但是通過雷擊作用，輸電線路中的電流值增加了一倍，由于輸電線路中的電阻不可能為零，因此線路中會出現壓降，形成雷電壓和雷電流。

2 高壓輸電線路綜合防雷措施的具體應用

2.1 桿塔防雷措施應用

在桿塔防雷過程中，最簡單的措施就是降低接地電阻的阻值，隨著接地電阻的阻值降低，能夠確保電流順利的流向大地，避免因為電流過高對桿塔造成影響。另外，將接地電阻進行降低，能減輕雷擊對桿塔帶來的損害。在桿塔設計過程中，會遇到很多山區環境，由于山區地勢環境較高，必須對桿塔進行雷電防護。首先，對桿塔防護角進行合理設計，然后通過相關公式對保護角進行合理檢驗，避免保護角出現不科學設計，對電力企業造成嚴重危害。根據數據統計顯示，我國南方地區全年的落雷次數大概在1000次左右，在這種環境下，桿塔保護角應設計為負保護角。我國中部地區全年落雷次數大概在800次左右，該地區的桿塔保護角應設置在5°～10°范圍內。我國北方地區的全年落雷次數大概在500次以下，在這種情況下，桿塔保護角應設置在10°～15°之內。

2.2 絕緣裝置防雷措施的應用

在輸電線路中，絕緣裝置一旦出現破損，將會為電力系統造成嚴重影響。更為嚴重的是，如果絕緣裝置出現破損，會提高輸電線路遭受雷擊的可能性，還會使輸電線路的跳閘頻率有所增加。在絕緣裝置防雷過程中，首先要保證絕緣裝置的質量，尤其是在材料購買和選用上要做出嚴格要求。另外，電力企業要定期對輸電線路進行檢查，保證絕緣裝置不出現任何損壞，并適當增加絕緣強度，提高線路防雷水平。

2.3 避雷線架設

在輸電線路防雷中，避雷線的架設是最重要的手段之一，可以有效降低雷電對輸電線路造成的影響。尤其是在空曠區域中，著重加強避雷線的架設，避免雷電直接擊中高壓輸電導線。例如，在2015年7月12日，某電力企業中一處輸電線路出現跳閘現象，經工作人員檢查發現，由于雷電影響，4041號鐵塔之間的輸電線路絕緣層出現損毀，造成了輸電線路的永久接地。該事件之后，人們發現在3940鐵塔中，由于避雷線的安裝，雷電并沒有對輸電線路絕緣層造成任何影響，而且還能正常的輸送電能，在4041號鐵塔中，同樣為架設避雷線，但由于此處低洼，因此也未受到雷電影響。根據實例可以看出，避雷線路的架設，不僅可以避免輸電線路遭受雷擊，還可以對絕緣層進行有效保護。

2.4 輸電防雷措施的應用

2.4.1 安全輸電路徑的設置

根據相關數據統計顯示，往往輸電線路遭受雷擊的區域比較固定。因此，在輸電線路設計過程中，要結合當地實際情況，避開雷擊嚴重區域，可以有效降低輸電線路雷擊發生的可能性。總的來說，雷擊的集中區域一般在山區的風口處、潮濕山脈以及電阻率較高的土壤地帶等。

2.4.2 線路檔距設置

當輸電線路受到雷擊影響之后，雷電波會沿著輸電線路進行雙向傳播。如果改變線路檔距，輸電線路的雷擊承受水平也會產生一定變化。在理想環境下，不考慮環境和其他避雷裝置的影響，線路檔距越大，線路的耐雷擊水平就會越高，當線路檔距達到一定數值時，輸電線路的抗雷擊特性會達到最大，當線路檔距繼續增大時，線路的抗雷特性會保持最大數值不變[2]。

2.4.3 輸電線路電壓設置

以500kV的輸電線路為例，一般500kV輸電線路都以交流電壓傳輸為主，而交流電壓在傳輸過程中具有周期性，在不同時段中產生的耐雷水平也不同。因此，在防雷措施應用過程中，相位角的不同，線路的耐雷水平也有所不同。一般來說，相位角的90°時，輸電線路的耐雷水平最低，在100kA左右，方相位角達到270°時，輸電線路的耐雷水平達到最大，數值在200kA左右。

3 總結

綜上所述，在高壓輸電線路綜合防雷措施的研究與應用中，不僅提升了輸電線路的抗雷特性，還對人類生活和生產提供了有效保障。在此基礎上，人們通過對放電原理總結，以及對雷電壓和雷電流的形成研究，制定出一系列輸電線路防雷措施，并將其應用到輸電線路防護上，取得了不錯的效果。未來，我國對輸電線路架設要求會不斷提升，需要相關工作人員對輸電線路防雷措施做進一步研究，為我國電力系統穩定運行提供保障。

參考文獻：

[1]王營.110kV高壓輸電線路防雷保護探討[J].科技創新與應用，2016，11：198.

[2]付威.電力線路差異化防雷改造措施的選定和效果評估[J].中國高新技術企業，2016，33：2122.