輸電線路設計中線路防雷技術的運用

周文鈞

（國網青海省電力公司海東供電公司，青海海東 810600）

0 引言

輸電線路是電網安全運行中較為重要的組成部分，輸電線路作業，決定著電能傳輸效果，影響供電效率。被雷擊中的輸電線路會存在短時間電流快速增加的情況，超過線路原有的負荷范圍，使線路出現短路、燃燒等問題，影響電能傳輸效果。另外，短時間過強電流的出現會使線路連接設備電壓升高，進而破壞設備性能，嚴重時還會產生爆炸，降低電力系統運行安全性。為此，在輸電線路設計中，要加強防雷處理，維護輸電線路安全運行。

1 雷電對輸電線路的危害

雷電對于輸電線路的影響具體體現在以下兩個方面。

（1）如果桿塔遭到雷擊，自身就會形成導體，進而對桿塔中的輸電設備以及導線造成不利影響。嚴重情況下會導致電線自燃，整個輸配電系統陷入癱瘓狀態，造成大面積停電。電流強度超過一定限度會影響電力設備的自主修復功能，相關人員不得不通過更換線路設備的方式恢復供電。而這不僅會加大線路設備的維修難度，還會增加線路設備的維修成本。

（2）輸電線路遭受雷擊會出現過電壓的情況，導致線路和設備因電壓超限而出現絕緣性能損害。一方面，會造成大范圍停電，影響人們的正常生產生活；另一方面，會增加公眾生命安全隱患。由此可知，加大對輸電線路防雷工作的重視度，對于整個電力系統的安全穩定運行具有重要意義。

2 輸電線路引發雷電的原因

2.1 桿塔因素影響

桿塔在被雷擊后，產生的電荷會經過桿塔與大地形成一個單向回路，使桿塔出現擊穿現象，影響輸電線路的正常使用。輸電線路桿塔會根據所在區域供電需求設置相應的高度，桿塔間存在相互影響，在雷擊下產生不同反應。如桿塔電流與反擊電流呈反比，桿塔電流增加，反擊電流就會逐漸減弱，抵抗雷擊的能力會減弱；導線閃爍大小會導致桿塔線路間出現不均衡分布，受雷擊后局部荷載增大，造成燒毀現象；臨近桿塔間的分流會抑制分流作用，增加局部電流頻率。

2.2 雷電活動強烈

雷擊活動多發生在山地或地形起伏較大的區域，是由于地區氣流變動較為頻繁引發的激烈運動，其帶來的不良影響也是非常大的。而平原地區的劇烈雷擊相對較少。另外，山區等復雜地形區內，山林植被、河流的覆蓋率較大，很容易增加雷擊侵擾頻率，造成輸電線線路破損或故障的發生，電力系統無法正常運轉，供電質量不佳。且在植被繁多的地區，雷擊后容易因為輸電線路產生的電火花而出現火災事故，損耗資源。

2.3 復雜地形影響

對于山區、沿海等地域，地形結構復雜性較強，在輸電線路鋪設時經常會受到地形地勢、氣候環境等因素的影響，增加問題出現率。雷擊是這類環境條件下最常出現的情況，且破壞力度較大，維修難度高，對輸電系統構成嚴重威脅。具體來說，不良后果主要體現在以下3 個方面。

（1）縱深山谷地帶。這類地區氣流運動復雜性高，受到雷擊影響范圍較大，再加上未設置相應的防護屏障，難以維持輸電線路的安全運行，容易增加事故發生率。而產生這一情況的原因為，區域內開放空間面積較大，暴露在外面的弧長較長，所以在氣流運動中，容易吸引雷電注意，增加雷擊概率。

（2）傾斜山坡。由于上坡的地帶很少有繞組，而下坡的地段導線過長，雖然目的是增強保護效果，但山上的繞組仍缺少科學保障，繞擊頻率會逐漸增加，雷擊次數增多，影響線路安全運行。

（3）沿海地區。海岸線區域內空氣中鹽分含量較多，容易引起雷擊事故。

2.4 土壤電阻率

接地電阻是實施雷擊電流分流處理和消耗的重要方式。桿塔作為雷電的主要襲擊目標，如果不能合理設置接地電阻，雷擊產生的電流會擊穿桿塔，產生故障問題。而對于高山、巖石等復雜地形區域，如果不能科學設置接地電阻，發揮土壤結構的作用優勢，會降低防雷水平。此外，若是出現雷擊塔頂的現象，由于土壤的電阻率很小，極有可能造成反射的現象。因此，山區線路更容易遭受雷擊，而平原線路則可以通過降低接地電阻來減少遭受雷擊的可能性。

3 輸電線路設計中防雷技術的應用

3.1 防雷技術應用原則

輸電線路防雷處理必須遵循如下3 個基本原則。

（1）因地制宜原則。根據各地區的地理環境特點以及防雷技術標準規范，采用適宜的防雷技術，提高防雷處理的針對性、合理性與有效性。

（2）安全性原則。通過對輸電線路運行狀況的客觀評價，進一步明確防雷技術應用環節存在的突出性問題，制定完整可行的技術改造方案。

（3）技術經濟原則。輸電線路防雷以技術為先導，以效益為目標，采用新技術、新工藝、新設備以及新材料，提高防雷技術應用水平，保證輸電線路的安全穩定運行。

3.2 加強輸電線路管理

在開展輸電線路設計中發現，最容易受到雷擊影響的地區有山風、下風河谷、峽谷走廊、潮濕的盆地地區，如湖泊、沼澤、森林、灌木叢以及一些山丘地區。設計人員應對這些地區加以重點考察，做好防雷保護，避免雷擊對輸電線路帶來影響，促進線路的穩定運行。在設計中，設計人員要做好前期現場勘查作業，結合輸電線路鋪設方案，對線路走向及所經地區可能遇到的地形環境特征加以分析和研究，確定輸電線路位置，選擇科學的防雷技術，降低雷擊影響。尤其要對高壓輸電線路實行防雷設計，減少雷擊頻率。

但就目前高壓輸電線路防雷擊設計情況來看，部分地區設計人員缺乏對輸電線路防雷管理意識，這無疑增加了高壓輸電線路遭受雷擊的可能性。所以在新的輸電要求下，高壓輸電線路設計人員應當加強對輸電線路的管理，在設計過程中可在線路最容易受到雷擊的地方安裝避雷器等設備，取線路中間位置安裝避雷器，減弱桿塔電感，做好絕緣接地處理。或者利用耦合地線和避雷設備，維護高壓輸電線的安全性。

另外，做好連接位置的防雷處理。對架空線和電纜線進行單獨的防雷保護，并按照電纜與電壓情況制定防雷措施。設計中如果發現電纜與架空線連接的情況，要按照規定要求科學設置連接接頭。設備電纜屏蔽層的兩側必須接地深處，且在操作過程中有效操作防雷設備，最好在變壓器座采取防雷措施，也可在保險絲之前安裝防雷裝置。

3.3 安裝避雷設備

輸電線路的防雷設計中，安裝避雷設備是常使用的手段，最常見到的避雷設備以避雷針和負角保護針兩種為主：避雷針要求安裝到塔頂底線支架上，數量和位置需根據輸電線路所處環境下的支架特征而定，它可以在雷擊發生前儲存較高電能，利用脈沖作用降低雷擊影響；負角保護針則是通過負角保護的方式減少雷擊應用的一種措施，在雷擊的第一時間將多余電流轉移到避雷線上，保護輸電線路安全。

負角保護針多數情況下安裝在塔架或電線頂部位置，如果網絡條件允許可以通過多智能體的全智能控制，將其他線路、微電網系統、斷路器等單元系統模擬量和開關設置量收集到智能終端設備中，采用最簡單的信息處理系統，將信息從主要區域的后續處理單元發送到中央處理過程的每個單元，綜合分析信息內容。負角保護針在使用過程中，需要對角度展開科學調整。

目前針對于單回路輸電線，電壓在330 kV 以下的保護角在15°左右，500～750 kV 的保護角在10°以內；雙回路輸電線中110 kV 的保護角應控制在10°以下，220 kV 則在0°。像山區這種特殊地形，保護角采用最小數值，增強耦合性。借助避雷線的架設，可以有效減少高壓輸電線路在雷電天氣下的閃絡次數，維持線路絕緣子串的穩定性，防止高壓輸電線形成感應電壓，維持導線的運行穩定性。

高壓輸電干線多是利用避雷針來保障線路安全運行的，安裝過程中需要遵循的原則為：①避雷針必須安裝在高壓輸電線的塔頂位置，地線位置安裝防繞擊的避雷短針；②科學設置可控避雷針。塔在受到雷擊后，雷電能量分散，避雷針上會存在較大的磁場能量，可控避雷針的安裝可對較大能量磁場加以處理，增強脈沖放電效果，瞬時解決雷擊帶來的影響。安裝過程中，細針高度要求在1.5 m 左右，以便于避雷器準確記錄信息數據，為后期研究提供可靠依據。

3.4 自動重合閘的設置

自動重合閘保護的科學設置，可在發現電流或電壓異常的第一時間，做好停電保護，以減少雷擊對輸電線路帶來的影響，維護輸電線路的安全性，降低損失及危險的發生。我國目前現有的自動重合閘以單相裝置、三相裝置、綜合裝置和失活裝置這4 種為主。在輸電線路受到雷擊影響后，自動重合閘的繼電保護會立即開啟，實現雷擊段線路的閉合，以停電的方式來保障輸電線路整體質量，確保其他路段電能的傳輸。輸電線路遭受雷擊停電的概率很大，瞬時斷電和自動重合閘的瞬時鏈路技術有待改進，這需要專業人員繼續展開研究，以期優化自動重合閘的技術水平，充分發揮其在工作中的優勢，維持輸電線路的安全運行。

例如雙重自動重合閘的安裝：首先要保證設備類型、規格的一致性，盡可能在同一制造商處進購相關設備。雙重自動重合閘需要安裝在兩個獨立的保護裝置內，促使其正常運行。運行中，不需要開展過多的調試工作，操作人員只需對其中一個重合閘實施操作即可發揮出保護性能。對重合閘關聯設備實行調試時，除了要嚴格按照規定要求作業外，還需對變壓器設備展開深入處理，在低壓和高壓側分別安裝低壓電涌放電器，推動設備良好運行。最后，做好避雷器、桿塔及地面網絡的維護處理，利用絕緣架空線替換原有的裸導體，控制短路故障。

4 結束語

隨著輸電線路覆蓋范圍的增加，對防雷保護的要求也越來越高。在輸電線路設計中，設計人員應當根據地質環境、線路敷設要求等展開綜合分析與思考，選擇合適的線路防雷技術和設備，增強輸電線路防雷保護效果，降低雷擊對輸電線路帶來的影響，以期實現電能的穩定傳輸，改進供電質量。