防雷技術在輸電線路設計中的應用

張云鵬

國網吉林省電力有限公司檢修公司 吉林長春 130000

在電力系統運行過程中高壓輸電線路是重要的組成部分，輸電線路經過的很多地方環境惡劣，丘陵、高山、曠野等地理位置都有涉獵，輸電線路又暴露在空氣中，特別容易受到外界環境的破壞。雷電是目前危害輸電線路正常運行的主要原因，雷電擊中輸電線路的概率雖小，但雷擊時候產生的高壓和強電流是破壞輸電線路、電力設備的重要因素，甚至會造成大范圍停電的現象，所以，防雷技術成為輸電線路設計中首先要考慮的問題。

1 雷電現象概述

在強對流天氣下，雷雨云層之間出現瞬間放電的過程叫做雷電現象。發生雷電現象的瞬間會產生極大的電流，想成猛烈的高溫效應，雷雨云層間出現電磁場感應，隨之而來的還有超強的電磁輻射等物理變化，帶來不良的影響，是典型的自然災害。雷電一般分為直擊雷、感應雷和球形雷。在帶電云層和大地間產生極強的電流現象就是我們通常說的直擊雷。感應雷是由于靜電感應和磁場感應的相互作用，在帶電云層和地面區域攜帶相反的電荷。直擊雷在產生的瞬間放電云層的電荷會在放電時快速消失，但由于地面電阻較大，電荷消散時間稍長，導致地面范圍內高電位，造成電擊現象。或是直擊雷在放電時，區域范圍內的導線會與電磁脈沖產生電磁感應，出現電擊現象[1]。

2 雷電對輸電線路的危害

雷電是自然界中常見的現象，夏季容易下雨，因此最容易發生雷電事故。雷電隨著地理位置的不同產生的頻率不同，赤道附近的雷電現象是最常出現的，越往南北方向越少，雷電現象在高層建筑和帶有尖端的建筑物上是最常發生的，這是人們的生活常識，其實輸電線路也常常遇到雷電現象的破壞和影響。對于輸電線來說，雷電的主要危害為以下幾種情況。第一，發生雷電現象時往往有嚴重的高熱效應，雷電擊打在輸電線路上產生的電流數值非常大，甚至可達數十萬，高電流會造成輸電線路的溫度過高，當溫度達到金屬融化點，線路中的金屬導線會受到影響而融化，嚴重時輸電線路桿塔會倒塌，這對輸電線路的危害是非常嚴重的，很有可能造成電力系統不能正常運轉。第二，雷電現象會帶來高壓效應，雷電的電壓值非常高，甚至可達到十萬伏特以上，雷電擊中輸電線路時的高壓是導致輸電線路短路、跳閘的主要原因，甚至可能燒壞變壓器，給輸電設備和金屬導線帶來嚴重的不良影響，最嚴重時甚至會引發火災，威脅到人身安全和財產安全。第三，雷電現象往往伴隨著電磁感應現象，這會讓輸電線路形成電磁場，輸電線路的電流會增大，再結合高熱效應，大大的提高了對輸電線路的危害，很有可能被破壞的輸電線路不能修復。所以，在輸電線路中，防雷技術是必須要重視的話題[2]。

3 輸電線路設計中防雷技術的重要性

輸電線路運行時遭遇雷擊是影響輸電線路正常運行的常見原因。雷擊現象具有很強的突擊性和爆發性，它能在擊中的一瞬間產生磁場效應、高熱效應，具有很強的破壞力。所以，電力輸電線路一旦被雷擊中，就會有非常大的不良影響，出現輸電線路破損等現象，導致輸電線路故障。輸電線路運行中被雷擊中導致輸電線路出現故障的情況大致有以下三種。

3.1 雷電直接擊中桿塔

輸電線路主要由架空輸電線路和電纜輸電線路兩部分構成，架空輸電線路由輸電導線、桿塔、絕緣子、拉線、桿塔基礎、接地裝置等部分組成，輸電線路中的桿塔往往較高，當大自然感應到雷云中的電荷，輸電線路桿塔則是傳導雷電的媒介，就會引來雷電直接擊中桿塔，塔頂的電位突然升高，電位超過絕緣子的抗雷最大值，導致絕緣子產生發電現象，這樣的單線接地現象是導致輸電線路故障的主要因素。

3.2 雷電直接擊中導線

雷電繞過避雷線，直接擊中輸電線路的導線，造成了絕緣子閃爍引發跳閘或是停電現象，也叫做“繞擊閃爍故障”。引發繞擊閃爍故障的原因有很多種，常見的有避雷線保護、桿塔設計高度、地理條件、導線布置形式等。

3.3 雷電擊中線路周邊

電力技術與設備隨著我國科技水平的提升而不斷發展和創新，在電力系統運行中逐步應用了高集成度的電子設備，這類設備對雷電電磁脈沖的反應極強，當雷電擊中輸電線路的周圍，輸電線路瞬間形成感應，大大增加了電力輸電線路的電荷，引發絕緣子被破壞，甚至很可能侵入變電站，影響到整個電力系統的運行。

因此，防雷技術在輸電線路設計中的合理運用，對輸電線路的正常運行有著重要影響。

4 輸電線路中防雷技術的設計原理

電力相關工作人員在設計輸電線路時，應充分考慮到輸電線路所在地區的氣象條件、雷電流幅值密度等，結合當前線路電壓、設施安裝等情況綜合考慮，分析雷電擊中事故對電力系統運行的破壞機理，采用科學合理的應對措施。

4.1 選擇合理的輸電線路

雷電現象的發生頻率與輸電線路所在的地形地貌、地理環境、氣候氣象等環境特征聯系密切。工作人員在設計輸電線路時，應收集分析當地的氣象資料，盡可能的避開山谷、水域上方以及盆地等雷電頻率較大的地域，盡可能的減少被雷電擊中的機率。

4.2 正確的防雷措施

輸電線路的防雷措施我們目前主要采用的是架設避雷線、來降低接地電阻、提高絕緣等級、安裝線路型避雷器、增加耦合地線等方法。架設避雷線和安裝避雷器是有效保護輸電線路的主要措施，合理的選擇輸電路徑之后，為了更好的減小雷電帶來的磁場感應、強電流、電熱效應等帶來的不良影響，在輸電線路中架設避雷線安裝避雷器，有效的將雷擊時產生的強電流引向接地裝置，防止輸電線路遭到破壞。輸電線路的電壓等級不同，選擇的避雷器和避雷線不同，避雷設備的選擇與雷擊放電強度、雷電流峰值等因素有關，也與輸電線路接地設備的接地電阻參數有關[3]。

4.3 安裝繼電保護裝置

輸電設備設計中，雖然各種措施能有效減少雷擊事件發生的機率，有效避免了一些輸電配電設備遭受破壞的情況，但雷電現象屬于自然現象，具有很大的偶然性。為了電力系統運行的穩定，繼電保護裝置的安裝必不可少，不僅能減小雷擊的波及范圍，盡可能的減小斷電的可能性，還能加強電力系統遭遇故障時的自愈性，在遭遇雷擊事件引發輸電線路故障時，能自動合閘供電。

4.4 疏導式防雷保護

防雷措施的主要內容是盡可能的提高輸電線路遭遇雷擊時的抗性，減少跳閘機率。線路雷擊跳閘率是我國電網安全運行的重要考核指標之一，也就是“堵塞型”防雷保護，這樣的保護方式非常適合在電源點稀少，電網網架薄弱時使用，但是這樣的方法投入資金較大，且此類技術實施的難度較大。所以，防雷專家們提出了間隙防雷這樣的疏導式防雷保護措施，這一方式允許在運行中有一定的雷擊跳閘機率，將間隙裝置與絕緣子連接在一起，對雷電路徑進行定位疏導，避免絕緣子被破壞，雖然遭遇雷擊，但在重合閘成功的情況下電路能很好的保護。因此，疏導式和堵塞式如果能有效的結合起來，根據實際情況適當運用，能更好的保護輸電線路不受雷電影響。

5 防雷技術在輸電線路設計中的應用

5.1 選用科學合理的電路路徑

輸電線路所在的區域不同，地理位置條件不同，遭遇雷擊危害的幾率不同。頻繁發生雷擊事故的地區不是輸電線路鋪設的最佳環境。因此，在進行輸電線路鋪設的路徑選擇中要盡可能的避開這些區域。有效避免此類路徑的具體內容包括以下幾種。其一，四面環山，中間洼陷潮濕的盆地區域，特別是旁邊山脈起伏蜿蜒，或者是有池塘、水庫等的鐵塔附近更是應該避開的；其二，特別容易發生土壤電阻率變化或者已經變化的地方，這些地方的土壤電阻較低，例如山丘與稻田、巖石和土壤的連接處，或者地質斷裂帶，有溪流的小山谷等；其三，雷暴現象特別多的山谷峽谷地區；其四，地下深埋著導體礦物質、地下水位較高等地區；其五，一些光照較好的山坡、土壤很好的山地等，雖然這些地方電阻差距不大，但是與其他普通地方相比，這些地方發生雷擊事件的機率較大[4]。

5.2 在輸電線路上安裝避雷器

避雷器在很多方面解決了避雷線的不足，將避雷器和避雷線結合起來能更好的實現防雷效果。安裝避雷器需要進行精密的計算，確定雷電流值，輸電線路中的電流超過這個數值，避雷器將會自啟，將電流引入地面，保障輸電線路運行狀態正常。另外，安裝避雷器后可以與鐵塔輸電線路配合，充分發揮其作用，實現防雷效果最大化。

5.3 做好防雷接地裝置工作

防雷技術接地裝置是電力輸送系統裝置中重要的組成部分，能有效降低和減小輸電線路運行中遭遇雷電破壞的機率。但是，我國電力系統在建設初期時防雷技術不成熟，導致一些地區的電力輸送線路在遭遇雷擊后又不同程度的破損，造成了高壓輸電線路絕緣子性能下降，有著很大的安全隱患。針對這一現象，電力企業在鋪設輸電線路時，就需要做好輸電線路的防雷接地裝置工作，結合不同的地形地貌和天象環境等條件，科學合理的運用現代防雷技術，發揮出防雷技術在接地電阻中的最大作用，保障輸電線路的安全穩定。接地裝置從總體上看能分為兩類，保護性接地和功能性接地。保護性接地是為了避免高壓串入低壓線路導致漏電情況，將靜電通過接地裝置引入地面，避免靜電損傷的情況以及避免雷電接地造成的強電流造成電力設備的損壞。功能性接地設備主要應用在控制系統的設備中，例如系統接地、信號接地、屏蔽接地等。電力系統接地又分為安全接地、避雷接地、工作接地和防靜電接地。安全接地方式是將設備的金屬外殼接地，一般分為接零保護和接地保護等。避雷接地裝置能將雷雨天氣中雷電的強電流高電壓引導入大地，避免破壞電力設備。工作接地是指針對電力系統中的某個點接地，預防電力設備在運行中受到高壓損害，保障系統正常運行。防靜電接地裝置能在靜電聚集成高電壓時干擾弱電設備，有效避免靜電帶來的安全隱患[5]。

5.4 安裝自動重合閘裝置

自動重合閘的作用是線路遭遇事故時受到故障影響繼電保護器自動跳閘，自動重合閘會在短時間內自動重新連接。自動重合閘大多運用在架空線輸電和架空線供電上，它主要表現為單相重合閘、三相重合閘、綜合重合閘、停用重合閘幾個形態。自動重合閘能有效增強供電的穩定可靠性，減少輸電線路發生停電現象，為電力系統的安全穩定運行提供了保障。與此同時，自動重合閘的投入成本較低，在電力系統中運用得十分廣泛。輸電線路故障不嚴重，重合越快，達到的成效就越好，由于自動重合閘裝置在輸電線路中成功率很高，使它成為了防雷技術中最有效的防雷舉措。

6 結語

輸電線路設計時，相關工作人員要充分考慮線路所處的實際情況，包括地理位置、地形氣候、天氣趨勢等，將防雷技術的作用分揮到最大值，降低輸電線路遭遇雷擊的概率，有效減少雷擊對線路造成的損壞，這需要廣大電力工作者依靠先進的科學技術，不斷在實踐中總結分析，探索出更強的防雷技術，保障電力系統的安全穩定運行。