架空線路遭雷擊原因及防雷措施

王晉文

摘要：由于架空輸電線路的線路長度較長，桿塔數量較多，途徑的地形復雜，常常經過雷暴多發區段，所以對于架空輸電線路的防雷措施進行研究，具有重要的意義。本文從輸電線路雷擊跳閘的危害、雷擊故障的主要類型和線路上常用的防雷措施等三個方面出發，對架空輸電線路防雷工作進行分析，重點對于線路上常用的防雷措施進行了研究，正確的實施線路的防雷措施，對于線路預防雷擊故障具有重要的價值。

關鍵詞：輸電線路;防雷;措施

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1 引言

電力系統安全可靠性是電力工作永恒的主題，架空輸電線路是電力系統不可或缺的部分。據統計，線路故障的一個相當大的部分是由雷電引起的，在線路中可以達到60%到80%的比例。雷電是一種普遍現象，在大自然中無法躲避。輸電線路廣泛地分布在野外，閃電易擊中地面上凸起的物體，尤其是帶電物體。同時，線路的雷擊頻率與架空輸電線路的高度和長度呈正相關的關系。即使超高壓、特高壓架空輸電線路的絕緣水平相對較高，雷電對輸電線路的威脅也是一直存在的，因雷電導致的跳閘仍是主要的線路故障，因而架空輸電線路防雷保護一直是人們極為關注的課題。

2 雷害事故發生的原因

2.1 雷電繞擊閃絡

輸電線路一般均架設避雷線以保護導線免遭雷擊，但并非絕對有效，仍存在雷電繞過避雷線擊中導線的情況。由于雷電直接擊中導線，導線上的雷擊過電壓值很高，當過電壓值超過線路絕緣的耐受電壓水平，則會發生沖擊閃絡，引起跳閘，這種閃絡稱為雷電繞擊閃絡。從線路遭受雷擊的情況看，雖然繞擊的概率很低，但由于導線上的雷擊過電壓值很高，所以因繞擊發生的跳閘事故占雷擊跳閘事故的比例超過60%。

2.2 雷電反擊閃絡

雷擊避雷線檔距中央時，雷電流迅速向兩側運動，經桿塔和接地體流入大地。為避免檔距中央雷擊過電壓擊穿空氣間隙，閃擊至導線上造成跳閘事故，設計時應保證在檔距中央，導線與避雷線間的距離S≥0.012L+1m（L為檔距，單位m;氣溫+15℃，無風、無冰）;雷擊桿塔頂部時，雷電流一部分經桿塔和接地體流入大地，另一部分經避雷線向兩側運動，通過其它桿塔和接地體流入大地。上述兩種雷擊情況，強大的雷電流經桿塔和接地體流入大地時，因桿塔電感和沖擊接地電阻的原因，使塔頂電位升高，當塔頂電位與相導線的感應電位差超過線路絕緣子串的50%沖擊放電值時，導線與桿塔之間就會發生閃絡，引起跳閘，這種閃絡稱為雷電反擊閃絡。

3 雷擊故障的主要類型

一種為雷直擊桿塔故障，由于架空輸電線路的日常運行維護的需要，在長長的線路走廊中，經常會跨越低壓線路、通訊線路、公路、江河、樹木等，需要將桿塔建設的盡量高一些，這樣有利于日常的運行穩定性和安全性。桿塔的高度比較高，又獨立的聳立在荒野上，很容易遭受到雷擊現象。當雷電擊中桿塔，并且瞬間擊穿絕緣子時，就會造成單相接地的線路跳閘故障。二種為雷直擊導線故障，雷電繞過避雷線的屏蔽作用，擊中導線，使得絕緣子發生閃絡現象，引發線路跳閘故障，這種閃絡故障也叫繞擊閃絡故障。三種為雷擊線路周邊故障，雷擊過程中，擊中架空輸電線路周邊區域時，可能造成架空輸電線路形成瞬時間的感應過電壓，過大的感應過電壓產生極大的電荷量，擊穿絕緣子，造成絕緣子閃絡故障。

4 線路上常用的防雷措施

4.1 加強線路絕緣

加強線路絕緣可以通過增加絕緣子串的片數來實現。線路絕緣水平的提高意味著引起反擊閃絡的塔頂允許電位值提高，所以線路絕緣水平的提高可以減少雷電反擊閃絡發生的概率。但是絕緣子片數增加受塔頭電氣間隙的限制，過多地增加絕緣子片數會導致直線桿塔水平檔距減小，造成耐張桿塔外角側跳線對塔身的安全距離不足。加大塔頭設計尺寸可解決這些問題，但會增加建設成本，為此需慎重考慮。

4.2 良好的接地裝置

不同的防雷技術或系統，其運行機理之一都是要把雷電流通過接地裝置導入大地，來最終達到保護線路以及人員安全的目的。所以，架空線路防雷系統必須要有高標準的接地裝置，否則在雷電天氣有可能引起斷電，情節嚴重時可能影響到周邊人民群眾的生命財產安全。另外線路避雷器也需要以良好的接地裝置為條件才能取得良好避雷效果，避雷器接地裝置要求接地阻值小于4Ω，且為獨立接地。在降低塔架接地電阻的實踐中，應根據塔架基礎的土壤電阻率進行處理。在土壤電阻率低的地區，可以利用鐵塔和鋼筋混凝土桿的自然接地電阻;在土壤電阻率高的地區，可以采用多根放射形接地體、連續伸長接地體或者垂直接地電極等方案，在效果明顯的情況下，應對接地極材料進行升級，鋼材可以用銅覆鋼材料代替以達到更好的效果。

4.3 安裝線路氧化鋅避雷器

氧化鋅避雷器，可以抑制雷電過電壓引起的內部過電壓，也可以抑制操作過電壓引起的內部過電壓。氧化鋅避雷器可以減小雷擊架空輸電線路放電時的最大值，從而起到保護輸電線路的目的。氧化鋅具有非線性的伏安特性，在架空輸電線路正常運行時，流過氧化鋅避雷器的電流極小，不會影響線路的正常運行。但是當出現過電壓，比如雷電壓時，氧化鋅避雷器的電阻會產生一種急劇的降低，從而起到疏導雷電流的作用，保護架空輸電線路不受雷擊的傷害，同時，在雷擊過后，氧化鋅避雷器又恢復到正常的運行狀態。

4.4 降低桿塔接地電阻

降低桿塔接地電阻對于防范雷擊有著重要的意義， 在線路桿塔的絕緣電阻高的情況下，雷擊桿塔時，桿塔頂部電位更大，絕緣子將會承受更大的電壓，更容易被擊穿，但是在線路桿塔的絕緣電阻小的情況下， 雷擊桿塔時， 桿塔頂部電位更小，絕緣子將會承受更小的電壓，不容易被擊穿。 降低絕緣電阻有多種方法， 比如延長接地體長度， 增加接地體的埋入深度，使用新型石墨烯接地體，使用降阻劑等，都可以有效降低接地電阻。由于架空輸電線路所處地理位置復雜， 很多地區的土質為絕緣電阻較高的地質條件，采用降低桿塔絕緣電阻的方法，對于防范雷擊危害是一種可行的方案。 對于較高電壓等級的架空輸電線路、處于雷暴多發區的線路桿塔、重要輸電通道的線路桿塔，采用降低桿塔絕緣電阻的方法，來預防雷擊故障，可以作為一種較好的方法。

4.5 選擇合理的線路路徑

選擇合理的線路路徑，可減少線路遭受雷擊的概率，大幅降低雷擊事故的發生率。突兀高聳的山脊、大片水域、金屬礦藏、高雷暴日地區往往是雷電多發區域，選擇線路路徑時，應盡量避開這些區域。但是，不同路徑的建設成本也不盡相同，因此需綜合考慮。

5 結束語

經過近幾年對架空輸電線路運行維護和防雷工作的實踐，雖然現在還不能完全避免架空輸電線路雷害，但通過多年的研究和運行，積累了一定的理論基礎和豐富的實踐經驗，根據危害大小和發生頻率采取對應措施，做到有的放矢，使經濟性和安全性達到較為理想的狀態。

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