110 kV及以上高壓架空輸電線路防雷分析

李兆春

（中國電建集團貴州電力設計研究院有限公司，貴州 貴陽 550081）

0 引 言

現如今，我國經濟發展非常迅速，電網建設取得了較大的進步，各地區電力系統逐漸趨于完善。輸電線路是傳輸電能的載體，在電力傳輸過程中發揮著舉足輕重的作用。在實際生活中，雷擊輸電線路是導致電網及電力系統發生故障的最主要原因之一。相關統計研究顯示，雷擊導致斷路器發生跳閘的現象十分常見，特別是山區輸電線路，受到地形的影響，雷擊跳閘率比普通地區高很多。雷擊跳閘導致線路故障的次數占總故障次數的40%～70%，所以采取有效的措施保障電力系統穩定運行勢在必行。

1 輸電架空線路受到雷擊的原因與危害

輸電線路工程中需要使用大量的金屬材料組件，因而大大提高了線路受到雷擊的概率，具有一定的安全隱患。圖1所示為高壓輸電線路結構圖。輸電線路受到雷擊后會通過金屬組件形成諸多的感應電流，之后感應電流進入輸電線路，進而導致線路電壓在短時間快速提升，提高了線路發生故障的概率，嚴重的可能會導致線路徹底癱瘓[1]。

在生活中，大家常見一些雷擊現象。例如，大風大雨天氣下，出現雷擊大樹的情況，或者一些重大雷電直接將建筑物的鋼筋混凝土擊穿一個洞。由此可知，雷擊具有很大的沖擊力。對于這樣的天氣，輸電線處于裸露的自然環境下將面臨遭受雷擊的危險，如果導地線被雷電擊中，雷電沖擊波攜帶的能量超出導體線的承受范圍，導致導地線直接被打斷。

輸電線路受到雷擊會對電力設備造成不同程度的損傷，這種損傷必然會提高維修運行成本，同時影響電力系統正常運行，不利于電力行業可持續發展。因此，電力部門應結合所在地區氣候特點，開展科學合理的防雷設計和維護管理工作，確保電力輸電線路正常工作。

圖1 高壓輸電線路結構圖

2 高壓輸電線路防雷工作存在的不足

2.1 合成絕緣子沒有得到合理使用

普通種類的合成絕緣子兩端壓環較短，同空氣間隙連接，使得其抗雷性能大幅降低。在實際應用過程中，電力部門通常使用普通合成絕緣子，從而降低絕緣子的維修難度，減少維護人員的工作量。與此同時，合成絕緣子被廣泛應用于雷電高發地區，但由于工作人員對合成絕緣子了解不深入，導致操作不當，相對于其他地區更易發生安全事故，會對工作人員和普通群眾的人身安全造成巨大的威脅。

2.2 接地裝置受腐蝕

接地裝置在電力系統安全穩定運行和確保人身安全中扮演十分重要的角色，但調研發現，許多電力事故起因于接地裝置受腐蝕。經過長期使用，接地裝置局部可能會發生腐蝕，這種腐蝕可能會延伸至地下約40 cm，從而導致線路斷裂。研究表明，導致接地裝置受腐蝕的主要因素有土壤水分和養分含量、pH值、微生物、土壤電阻率和雜散電流等。

2.3 避雷線

從架空地線的角度來講，保護角角度對架空地線有較大的影響，如果保護角角度過大，則會降低架空地線的防繞性。大量試驗研究表明，最合理的保護角角度為20°～25°。如果超過這一范圍，可能會使避雷線位于雷電高發區域，同時與高壓輸電線架空[2]。如果僅使用一根避雷線，雷電擊中線路的概率大于使用2根避雷線的概率，跳閘概率隨之提高。此外，避雷線耐腐蝕性較差，嚴重影響雷電流的泄放水平[3]。綜上所述，在防雷設計中，避雷線的使用是一個巨大的挑戰，需要專業人員進行進一步試驗研究。

2.4 線路接地電阻高，耐雷水平低

通過對近3年來雷擊事故較多的輸電線路遙測電阻數值的分析及接地引下線缺陷的匯總發現，易遭雷擊的架空線路多處接地引下線銹蝕在2/3以上，而且接地電阻嚴重不合格。例如，2018年某地同時段多次雷擊跳閘的某線路共有桿塔78基，其中接地電阻無窮大有17基，占全線的21.8%；接地電阻大于20 Ω的有28基，占全線的35.9%。這與桿塔接地電阻高、耐雷水平低，易出現雷擊反擊跳閘情況相符。

3 強化110 kV及以上高壓架空輸電線路防雷的措施

3.1 強化對雷電的監測能力

從高壓輸電線的角度來說，雷電監測環節可以使用雷電定位系統。如果輸電線路因為雷擊而發生跳閘，那么該系統便能有效、準確地定位受到雷擊的桿塔，維修人員可以及時發現故障位置，并對相應的故障進行分析和處理。這樣不僅能有效減少排查故障耗費的時間，而且有利于及時恢復正常供電，大大提高工作效率。此外，專業的工作人員需要了解當地的天氣變化規律，對雷電活動的特點進行深入的分析，為防雷工作的開展提出建議。

3.2 優化避雷線設計

設置避雷線是高壓架空輸電線路防雷工作中的一項重要措施。避雷線的主要作用有以下幾個方面：第一，對雷電流進行分流處理，可以有效減少經過桿塔的雷電流；第二，在導線耦合作用下，減少線路合成絕緣子的電壓，充分發揮導線的屏蔽功能，降低導線的感應過電壓。合理設計避雷線能大幅降低輸電線路被雷擊的概率。設計線路時，應結合桿塔的高度和保護角對避雷線進行設計，并且要確保避雷線在導線上方。而在一些多雨雷電頻發地區，則需要使用雙避雷線，以實現對雷電的雙重隔離，從而有效提高線路的穩定性和安全性。

3.3 使用避雷器

在孤立的山頭，受到地形因素的影響，雷電活動頻繁發生，加之土壤電阻率較高，因而不能覆埋接地線，此時就可以使用避雷器達到防雷效果。避雷器連接在電纜和大地之間，常常與需要保護的設備呈現并聯關系。當線路設備正常工作時，避雷器不會產生作用，對地面來說視為斷路。一旦出現高壓情況，避雷器立即產生動作，將高電壓帶來的沖擊電流導向地面，從而限制電壓幅值，保護線路設備。高壓電消失后，避雷器快速恢復原樣，不會對正常的通信線路產生任何影響。目前，避雷器主要有以下幾種類型：管型避雷器、閥型避雷器、氧化鋅避雷器等。其中，氧化鋅避雷器因質量輕、性能較為穩定、耐油耐污等優勢被廣泛應用于各種場景。

3.4 強化絕緣，使用不平衡絕緣方式

應在雷電頻發區域和進線位置增加絕緣子，這樣便能有效提高高壓架空輸電線路的絕緣能力。增加絕緣子片數能擴大導線和避雷線間的距離，進而有效提高絕緣性。以110 kV線路為例，如果地區海拔在1 000 m以下，絕緣子數量約為8片，檔距較大或者桿塔高于40 m，那么每提高10 m應加裝1片絕緣子。目前，同塔雙回線路的應用較為廣泛，一般防雷措施無法起到作用，所以應使用不平衡絕緣方法，以防雙回線路受到雷擊發生跳閘[4]。

3.5 設置自動重合閘保護裝置

對輸電架空線路進行防雷設計的過程中，常用的設計方法為設置自動重合閘保護裝置。工作人員需要做好對所在區域雷雨情況的勘察工作，根據當地天氣情況合理測試自動重合閘保護裝置并進行安裝，旨在保證輸電線路受到閃絡后能自動重合，確保線路正常運轉，減少停電事件。

3.6 強化線路桿塔接地設計

桿塔的接地設計對于提高輸電線路的防雷性能來說同樣重要，因此，在設計環節需要全面考慮接地防雷因素。設計線路桿塔時，工作人員應先了解沿路的環境和天氣狀況，便于合理布局輸電線路桿塔。同時，對桿塔所在地的土壤電阻率進行檢測得到準確數值，為桿塔設計提供可靠的數據支撐。目前，降低桿塔接地電阻最常用的方法是在接地周圍施加長效降阻劑。這種方法的原理是增加接地導體的范圍，使得流散沖擊電流發揮更好的效果，同時降阻劑與土壤、巖石等有更多接觸點，從而達到更好的降低桿塔接地電阻的效果。

4 110 kV及以上高壓架空輸電線路防雷管理建議

實施有效的防雷措施對于促進電力事業發展和保障人們用電安全具有非常重要的意義，在此基礎上，應加強防雷管理，提高防雷管理水平，才能為各項防雷措施的有效實施提供重要保障。

4.1 強化維護線路

根據對季節規律因素的分析，確保線路走廊存在充足的安全間隙。對于跨越區域較大、多雷的特區，專業的技術人員應根據相關規定加強對線路的維護和管理。配備專業的技術人員，建立專門的輸電線路數據庫，對輸電線路的全部參數及歷史變化規律進行全面分析和記錄，同時將每年的測量數據同歷史數據進行對比分析，通過詳細的分析找出整體變化規律及趨勢，進而制定具有針對性的防護措施。

4.2 更新技術和設備

防雷工作在整個電力系統運行中是至關重要的一個環節，也是現在及未來都要面臨的一個問題。相關部門應組織相關的專業技術人員調研現階段擁有技術和設備的短板，在此基礎上，研究開發更加高效、能有效解決防雷電問題的技術和設備。

4.3 防雷工作相關人員培訓

防雷工作不僅影響電力系統運行的穩定性，而且與工作人員和群眾的人身安全息息相關。做好防雷工作相關人員的培訓工作，在保證防雷工作順利開展的同時，對于相關工作人員和群眾來說進一步加強了保護。

5 結 論

現如今，我國經濟發展迅速，電力資源對人們來說愈發重要，而輸電線路作為電力資源輸送的重要載體需要得到充分的保護。雷擊對于高壓架空輸電線路有較大影響，會對線路造成嚴重損傷。所以，電力部門應不斷優化和完善防雷設計工作，制定合理有效的防雷措施，進一步降低雷擊線路的發生率，提高高壓架空輸電線路的防雷性能。