輸電線路的綜合防雷解決對策

盧凱 國網四川雅安電力（集團）股份有限公司

隨著社會工業化的發展，人們對電能的需求與日俱增，作為供輸電能方式之一的高壓架空輸電線路的安全防護逐漸為人們所重視，其中雷電活動對輸電線路的影響極大。為保證線路供輸電能的安全穩定，各種線路防雷方法和技術不斷地被提出和應用，但對危害不同類型輸電線路穩定運行的雷電活動進行差異化預防才是關鍵。

一、輸電線路雷擊過電壓形式

（一）直擊雷過電壓

直擊雷過電壓，表示雷云在擊中建筑物過程中，該物體會有較強的雷電電流產生于內部，在其中進行流過，確保該物體內部有較高的電壓產生，比如電力裝置、桿塔。

（二）感應雷過電壓

感應雷過電壓表示雷電在對周圍大地進行擊中時，由于導電本身的電磁感應會有較大的過電壓產生。一般情況下，可兩部分劃分感應雷過電壓，構成部分包括電磁分量和靜電分量，在進行靜電分量時，主要經先導通道中的雷電荷突然消失靜電場而引發電磁感應電壓，其中可以達到較高的值。在電磁分量中，主要采用雷擊電流于先導通道中有磁場變化形成而引發的感應電壓，其中放電通道垂直導線，兩者不具備較大的互相感應現象，表示為電磁感應[1]。

二、雷擊對輸電線路的危害及作用方式

雷擊即帶電云層對大地放電時對中間建筑物及電氣電子設備造成損害的過程，而高壓架空輸電線路作為近地空中建筑，其遭受雷擊的強度和頻率之高不言自明。雷擊對于世界范圍內的高壓輸電線路的影響和危害都是十分嚴重的，輕則導致輸電線路的絕緣子發生閃絡而引起輸電線單相接地或者跳閘，造成對用戶供電的短暫中斷；重則由于雷擊電流在輸電線路中形成雷電進行波在線路中傳播，導致避雷器爆炸或者破壞主變壓器的絕緣保護設施，進而對用戶供電造成長時間的中斷。此外，在特定情況下的雷擊會在輸電線路中產生一定強度的電流，但其產生的電壓值小于絕緣子串的絕緣值，只降低絕緣子的絕緣值而不會直接造成絕緣子閃絡，但是會削弱輸電線路后續的抗雷擊能力。

雷電對高壓輸電線路的危害主要由雷電沖擊波電流產生的過電壓導致，雷擊在輸電線路或桿塔和避雷線上引起的過電壓主要可分為直擊雷過電壓和感應雷過電壓，前者主要由雷電直接擊中高壓輸電線路產生，后者則主要由雷電擊打在避雷線及桿塔上對高壓輸電線路產生感應電流而形成。其中，雷電直接或者繞開避雷線而擊中輸電線即為直擊或繞擊，此時雷電流會在輸電線中直接產生高壓電流而導致絕緣子串發生閃絡；雷電擊中避雷線或者桿塔等設施稱為反擊，由于所產生的高壓電流不能及時疏導而在輸電線路形成高壓差，進而造成絕緣子閃絡的發生。

三、輸電線路中綜合防雷措施

（一）接地裝置設計

雷電對線路的主要影響因素包括線路附近區域的地理位置、地貌、天氣情況、雷暴日等，這些因素會對電線的工作環境造成影響。因此，在進行防雷設計之前，需要先調查清楚當前地區的實際情況，然后對收集到的氣象資料進行分析，盡量避開山谷、密林、河流、山峰等雷電多發區域，降低雷擊現象的發生頻率。在線路的防雷設計中，接地裝置可以減少雷電帶來的危害。線路的接地裝置的設置需要根據土壤條件進行調整，其主要目的是降低桿塔的工頻接地電阻。最大工頻接地電阻如表1所示。

當土壤電阻率超過2000Ω·m，很難降低到30Ω時，可以采用6～8根總長不超過500m的放射形接地體，其接地電阻不受限制。

例如，在某220KV線路中，工作人員就將原本設計的4條接地引下線進行增加，將2根25m的接引線與2根31m的地下線加以應用，使接地裝置升級為8根外放型接地裝置，將接地電阻降低到原本的35%，避免線路因為雷擊發生跳閘情況[2]。

（二）布置絕緣避雷線

輸電線路的絕緣避雷線通常具備良好的防雷能力，其能夠對線路進行充分的保護。避雷線可以通過載波通信的方式減少電線短路的情況。避雷線因為作用與能力的不同，其安裝方式有兩種，一種為將避雷線直接在桿塔上安裝，另一種為將避雷線穿過絕緣子，然后再連接桿塔。線路的電壓與絕緣水平、避雷效果呈正比關系，如，當額定電壓為60KV時，一般線路處于30～60kA之間，保護段為60kA；而當額定電壓為110KV時，一般線路處于45～75kA之間，保護段為75kA；當額定電壓為500KV時，一般線路處于130～170kA之間，保護段為170kA，所以設計人員應當以此進行防雷設計，控制好三者之間的關系。此外，在進行線路避雷線設計時，還應考慮線路的負荷特性、系統運行方式、地形地貌特點等因素，并參考當地已建成線路的運行維護經驗。

表1 最大工頻接地電阻

（三）線路避雷器

在我國的避雷器市場中，氧化鋅金屬避雷器因其避雷效果良好、相對成本較低的特點被廣泛運用，其主要分為兩種，分別為有串聯間隙與無間隙。線路避雷器與線路絕緣子之間為串聯狀態，在工頻電壓的作用下，電阻會達到一定高度，當電線受到雷擊時，強烈的電流會進入避雷器當中，當雷擊電壓高于導線電壓時，避雷器會立刻起到導電泄電的作用，以此降低電擊產生的電壓，保護線路安全。當電壓數值降到了一定數值之后，避雷器會出現“高阻狀態”，并同時停止導電泄電作業，通過正確安裝線路避雷器，可以起到良好的避雷作用[3]。此外，避雷器的價格以及維護的成本較高，設計人員應當根據線路的分布以及當前地區的特點進行避雷器的布置，在雷電多發區域以及容易被雷擊的部位安裝避雷設備。應通過技術經濟比較，采用合理的防雷方式，使設計更加全面。

（四）安裝繼電保護裝置

繼電保護裝置可以對線路進行有效保護，能夠將雷擊的影響范圍進行合理控制，從而達到減小停電范圍的效果。自動重合閘的合理選用，有助于線路在遭受雷擊跳閘后迅速恢復。由于線路絕緣具有恢復功能，大多數雷擊造成的沖擊閃絡和工頻電弧在線路跳閘后迅速去電離，線路絕緣不會發生永久性損壞和劣化，自動重合閘效果很好。

（五）“疏導式”防雷保護

我國避雷設施的核心策略為努力提升線路的雷電抵抗能力，降低雷電跳閘帶來的威脅。電網企業將雷電跳閘率作為衡量防雷措施效果的重要標準，防雷保護較多的采用“堵塞型”防雷方式，這種方法主要應用在電源較少，電網薄弱的環境中，但是在一些電源較多的線路中使用效果卻并不理想。所以，基于線路運行維護經驗，技術人員根據間隙防雷的特點再次提出了“疏導型”的防雷保護措施，允許線路存在一定的跳閘情況，將間隙設備與絕緣子進行連接，引導工頻電流，保護絕緣子的完整性，減少雷擊事件的危害。在實際應用中，應根據線路情況合理選擇“堵塞型”與“疏導型”保護措施，提升防雷保護能力[4]。

四、結束語

綜上所述，輸電線路綜合防雷措施的應用，可以有效保護輸電線路，減少受到雷電危害。輸電線路被雷擊概率與周邊的環境、天氣、地形等因素有關，因此需要工作人員根據輸電線路的結構特點進行安裝設計，合理運用防雷原理保護線路，減少線路的受到雷擊的概率，進而保證輸電線路正常運行，提升電力企業經濟效益。