高壓送電線路防雷設計探討

匡洪濤 張敏 徐冬洋

摘 要：隨著國民經濟的發展與電力需求的不斷增長，電力系統中存在的隱患不斷增多，對電力系統安全帶來了極大的影響。送電線路作為電力系統中不可缺少的一部分，在設計中防雷要求有著重要作用。本文就高壓送電線路防雷設計進行分析。

關鍵詞：送電;線路;防雷設計

引言

由于大氣雷電活動的隨機性和復雜性，目前在送電線路設計中雷擊認識和問題較為嚴重，其中還存在著諸多的未知成分。因此在高壓送電線路設計的時候要充分的考慮線路周圍的環境問題，對每一條線路都進行充分、完整的質量比較，選擇能夠滿足線路防雷標準的設計方法和措施，以期達到線路供電標準要求。

一、雷擊對電力系統的危害與作用機理

（一）對送配電設施的物理損壞

由于電氣裝置和電子元器件對電磁場、熱效應以及強電流敏感性，送配電設施在遭受雷擊時會受到多方面的損壞：（1）雷擊瞬間釋放的熱量會造成線路斷線、電力設施的金屬材料熔斷。（2）雷電的瞬時高壓會擊穿送電線路與電力設備的絕緣保護而引發電氣火災，同樣會給送配電設施造成物理損壞。這些損壞對于送配電設施都是永久性損壞。

瞬時性故障主要是指由雷電引起的絕緣子表面閃絡、線路對樹枝放電、大風引起的短時碰線、通過鳥類身體的放電等原因引起的短路。瞬時性故障由繼電保護動作斷開電源后，故障點的電弧自行熄滅、絕緣強度重新恢復，故障自行消除，線路斷路器自動重合閘恢復正常供電。

（二）影響電力系統運行穩定性

雷電產生的電磁場會干擾電氣線路、電力設備的正常運行運行，雷擊產生的感應過電壓會造成電力設備、監測裝置等的絕緣性能劣化，導致其運行穩定性下降。雷擊引發的過電流也可能會觸發電力系統的繼電保護裝置，發生停電跳閘事故，會給電力用戶帶來較為嚴重的損失。

因此，雷擊事件對送配電網絡的運行會產生多方面的不利影響，應在設計規劃過程中合理的利用防雷設計技術，降低雷擊事件發生的概率。

二、送電線路防雷設計原理

在設計送電線路時，應分析線路所在區域氣象條件、雷電流幅值密度，結合線路電壓、設施安裝分布等情況，研究雷擊事件對電力系統的破壞機理，從而采取相應的對策。

（一）送電線路合理選擇路徑。雷電發生的頻率與送電線路所處的地理位置、地貌、降水量、雨季雷暴日等環境特征有關。在進行送電線路設計時，通過對氣象資料的搜集和分析，在線路規劃時避開山谷、水域上方及周邊以及盆地等雷電頻發區域，能夠有效降低被雷電擊中的可能性。

（二）正確的防雷措施。目前送電線路的防雷保護措施主要通過架設避雷線，降低接地電阻，安裝線路型避雷器，增設耦合地線以及提高絕緣等級等幾種手段。架設避雷線和安裝避雷器是送電線路防雷保護有效的措施。

送電線路合理選擇路徑后，為了減弱雷電帶來的電磁場、強電流以及熱效應造成的危害，在送電線路安裝避雷器和避雷線，將雷擊釋放的電流引向接地保護系統，保護送電線路免遭損壞。不同的電壓等級送電線路的避雷器和避雷線的選擇與雷擊放電強度、雷電流峰值及防雷保護裝置整定電流有關，也和送電線路接地保護系統的接地電阻、避雷線接地電阻等參數有關。

（三）安裝繼電保護裝置。采取各種措施雖能有效地降低雷擊事件發生的頻率，保護送配電設備免遭損壞，但雷電這一自然現象有著極大的偶然性。為了保證電力系統運行穩定可靠，還需安裝繼電保護裝置，縮小雷擊事件波及范圍、降低斷電可能性，提高電力系統故障自愈性。確保當雷擊事故發生瞬時性故障時，送電線路能自動合閘供電。

（四）“疏導式”防雷保護。目前各種防雷措施的核心思想是盡可能提高線路的耐雷水平，減少雷擊跳閘率。我國把線路雷擊跳閘率作為考核電網安全運行的重要指標，也即是“堵塞型”防雷保護方式，這種方式在電源點稀少，電網網架薄弱的情況下是合適的，但實際中投資巨大，且技術上難以實施。因此，一些防雷研究專家又提出間隙防雷這種“疏導型”防雷保護方式，其核心思想是允許運行線路有一定的雷擊跳閘率，采用間隙裝置并聯于絕緣子上，以定位雷電閃絡路徑，疏導工頻電弧，避免絕緣子損壞，雖有雷擊閃落，但重合閘能夠成功，就不必擔心線路的雷擊事故。因此，若將兩種方式很好地結合起來，因地制宜地采用，送電線路防雷保護工作將更進一步。

三、防雷技術的應用

避開落雷密度偏大的區域。桿塔處于復雜的野外環境中，導致送電設備運行出現故障的原因以及故障的部位和形式極其繁雜，據電力運行部門提供的臺賬數據表明送電線路50%以上的事故都由雷擊造成的。因此應基于前文所述對送電線路所處區域氣象數據的分析，避免架空線路路徑穿越地表水域、峽谷等高危地段。當送電線路經由平原與丘陵地帶時，雷電會以直擊雷的方式擊中送電線路或基礎設施造成送電線路反擊，因此應在滿足系統運行需求的前提下，盡量降低送電線路的沖擊接地電阻。而在雷雨多發的山區，在避開落雷密度較大區域的同時，應通過安裝避雷線提高送電線路的絕緣性能以減小被雷電繞擊引發故障的概率。避雷保護系統設計。

避雷線的主要作用是將因雷擊放電產生的強電流引入地下，避免線路發生閃絡和擊穿絕緣子。為了保護送電線路免遭雷擊，線路可沿全線架設避雷線，在山區和強雷區應架設雙避雷線。在中低壓送電線路，在雷擊事件發生概率較大的區間配備避雷線。同時，還需要在線塔頂部以及變電設施等處設置避雷針，將雷電過電流引向接地裝置，泄放大地。對于雷害高發區，地閃密度較大，雷害情況嚴重等地區的高壓架空送電線路還可采用單獨設計引雷塔進行防雷，引雷塔塔頭上的可控避雷針高出被保護物的突出地位，形成負保護角，將雷云放電通道引向自身，然后通過引下線和接地裝置將雷電流泄入大地，引雷塔防雷效果好且保護范圍大。

強化防雷裝置和避雷線以及接地網的分流作用。防雷系統主要依靠分流雷電流保障送電線路的正常運行，而避雷線與避雷器能夠在泄放雷電流大小，取決于系統接地電阻的大小，接地電阻越小，防雷性能越好。對于山地土壤電阻較高區域一般可將具有優良導電性能的降阻劑敷設于接地網絡周邊，改善接地網絡的引流效果。對于桿塔接地裝置，可根據土壤電阻率將接地裝置加大一級使用或采用新型的石墨接地材料代替常規圓鋼接地，以降低接地電阻保證接地裝置可靠性。

降低雷擊所引發的故障的影響。雷擊送電線路造成大面積停電的后果很嚴重，為了降低雷擊失壓的可能性在環境條件不允許采用降低接地電阻的技術方法時，可在線路下架設耦合地線代替，利用其起到分流作用。其次在設計送電線路的二次回路時，根據防雷需要設置繼電保護裝置，在系統因感應過電壓瞬時性故障等引發繼電保護裝置誤動時，能夠準確識別故障原因并自動重合閘，避免因雷擊導致長時間斷電。

在電源點多，電網網架強大的區域，并聯間隙并聯于絕緣子兩側，當雷擊到線路上時，雷電過電壓通過間隙放電，工頻持續電流在間隙間燃燒受到電弧電動力和風的作用逐漸熄滅，使得絕緣子串得到保護而免于損壞。由于空氣絕緣可在短時間內自行恢復，間隙放電屬于瞬時性事故，從而提高了重合閘的成功率。

四、結束語

在雷電頻發的地區，為了能夠在最大程度上降低雷擊對高壓送電線路的影響，就需要相關部門根據不同區域的高壓送電線路的分布情況，并結合高壓線路周邊的土壤電阻值、地形地貌情況以及當地的雷電活動強度，來選擇最為合適的防雷、避雷措施。

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