輸電線路設計中線路防雷技術的運用

蔡德

中國電建集團福建省電力勘測設計院有限公司，福建福州，350001

0 引言

在實際的設計與運用中，雷電對于整體輸電線路的影響主要存在以下兩個方面：①在日常的電流運輸中，輸電線路主要是將生產和生活所需的電量運輸到各個區域，這個過程中就會經過桿塔和電力運輸設備，一旦桿塔和電線等電力設備受到雷電襲擊就很有可能引發電線和桿塔起火、設備燃爆等安全問題；②當輸電線路受到雷電影響時，被影響部位會出現電壓過大、電流分離等情況，而相關設備則會由于高壓而出現繼電保護裝置跳閘或是絕緣性材料受損等多種問題，從而引起電力系統的大面積癱瘓，引發諸多電力安全事故，因此，加強輸電線路設計中的防雷技術就顯得格外重要。

1 輸電線路設計中引發雷電發生的因素

1.1 線路桿塔的高度

通常輸電線路大多數采用懸掛的方式，尤其是高壓輸電線路。這些輸電線路的桿塔通常設置在環境較開闊、人員較稀疏且無高層建筑的區域。因此，當遇到雷雨天氣時，桿塔由于設計位置較高，周圍沒有可以遮蔽的物體，導致桿塔受雷擊的概率增大。尤其是近些年，隨著城市化建設速度的加快，電力企業已經擴大了輸電線路的運用范圍，桿塔的需求量開始增加，很多地區的桿塔高度也隨之提升，出現了較為頻繁的桿塔被雷擊等問題。

1.2 自然環境影響

為了減少電力系統的運輸損耗，很多的輸電線路會經過山區或是降水量較為豐富的地域，這樣一來輸電線路受雷電影響的概率就會隨之增大[1]，現階段，我國發生輸電線路雷擊最頻繁的地域就是山區和自然降雨較多的區域。因此，需要加強該地區的防雷技術設計與實施。

1.3 土壤電阻率減弱

輸電線路的桿塔一般都是根部埋于地下，桿塔周圍被土壤包裹。當前由于我國很多地區地勢較為復雜，這些地域有高山和巖石圍繞，遇到陰雨天氣就會誘發雷電襲擊，雷電再接觸到桿塔下面的土壤，電阻率就會減弱，這樣一來雷電就很容易與周邊土壤或巖石形成反射，從而加劇雷擊線路概率的發生。

2 輸電線路設計中防雷技術的應用原則

2.1 因地制宜原則

因地制宜主要是借助當地的地理優勢、環境特點進行防雷技術設計，這就要求設計者對線路和當地地形、環境有著非常深入的了解，這樣設計才更具有針對性、安全性和合理性，才更容易防御雷電的襲擊。

2.2 安全性原則

主要圍繞輸電線路的運輸狀態、運行路徑進行綜合評判，明確防雷技術上的諸多問題，從而在設計上制定最為符合標準的設計方案。

2.3 技術經濟原則

所有的輸電線路上的防雷技術設計原則都是以經濟效益最大化為目標，因此，在設計上要采用最新的設計技術，并在搭建與實施上采用防雷水平較高的絕緣材料，從而提升輸電線路的穩定與收益。

3 輸電線路中防雷技術設計要點

3.1 交流電路設計

輸電線路受到雷電影響最大、故障表現最為明顯的當屬交流電輸電線路。雷電的活躍程度也與當地的地形、桿塔的高度以及交流電量的大小有直接關系[1-2]。在實際運用中，當交流電量過大，雷電很容易在周遭出現，并且伴隨著桿塔受擊特征明顯，因此要注重交流電路的設計與運用。

3.2 直流電路設計

直流線路是連接設備兩端的直流輸電線路。對于直流線路而言，一般發生不同故障時線路設備終端的直流系統就會自動開啟保護功能，并將保護的線路整流觸發角移至160°。同時，逆變站將代替整流站進行電流輸送，這樣一來就可以將故障引發的電流疏導成游離狀態，從而化解高強電流對設備與線路的損害。但要注意的是，當故障點觸發或是設備再次啟動時，就必須重新啟動直流輸電系統，從而保證輸電線路的正常送電。一般情況下，當直流電路發生故障時，相關電路指令實施的時間和控制系統之間的時間有著直接的聯系。因此，在設計上要將直流線路的保護裝置和重啟時間限制控制在小于交流電路的時間范圍內，這樣做的目的一是降低電流游離時間，杜絕二次電流泄露安全事故發生概率。二是降低工作人員對雷電故障點的查找難度。

4 輸電線路設計中線路防雷技術運用

4.1 輸電線路的合理應用

雷電活動和產生存在較大的特殊性和必要性，因此，相關電力企業在進行線路設計和安裝時，根本無法完全規避雷電風險。通常情況下，最常見的雷擊區域主要有以下幾個：第一，高層建筑頂端或是桿塔上面；第二，高山、叢林、湖泊、水庫、水塘等水資源較為豐富的盆地區域；第三，地下水位較高或是地下水資源中含有大量的金屬礦物質區域；第四，高山和平原的交界處（地貌變化、起伏較大的區域）；第五，植被生長旺盛的山丘頂部；第六，桿塔區域內土壤的電阻率較小或是本區域內出現巖石斷層的地帶。因此，設計者在進行輸電線路設計時，就必須參考這些因素對防雷技術進行合理設計。

4.2 架空避雷線

現階段，整個電力行業使用最為廣泛的避雷裝置就是避雷線，避雷線的使用可以很好地幫助電線實現分流、耦合和故障屏蔽[2]，輸電線路遭受雷電襲擊的概率就會大大降低，從而實現防雷設計要求。架空避雷線對于輸電線路的保護而言是非常有利的，其設計與應用可以起到分流雷電流的作用，這樣桿塔就會拉開地表和塔頂的電位差。同時，避雷線的耦合功能也可以對電線中的導線進行耦合，并對雷電導電因子進行屏蔽，從而有效地降低和分解電流和電壓。

4.3 鐵塔接地電阻的運用

在實際運用中，防雷保護裝置的作用主要是通過分流來影響輸電線路的接地電阻。通常最為常見的接電電阻方式有以下幾種：第一種主要是針對輸電線路架設面積小、線路鋪設規模小的情況，如果接地網的接觸面積集中，那工作人員就可以將降阻劑涂抹于接地電阻表面，起到降低接地電阻值大小的作用。該方法由于操作簡單、使用效果良好，因此被廣泛地運用到實際的防雷設計中。第二種爆破接地技術是在第一種方式的基礎上開展的一種防雷技術，首先它需要提前降低接地電阻的區域范圍，并在該區域上采用一定的地面爆破，之后再利用壓力機將電阻率較低的材質壓入周邊的裂縫中，從而起到降低周邊土壤的導電作用。第三種主要針對水平接地電阻，水平接地電阻的長度和周邊的環境之間的電感效益為正比關系，因此，設計者可以采用延長接地電阻水平長度來影響電阻值，經過長時間嘗試，工作人員發現水平接地電阻長度增加，它的電阻率就會增大，通過增加水平接地電阻長度來降低雷電對輸電線路的沖擊系數，可以很好地對鐵塔進行保護。

4.4 安裝自動重合閘

自動跳閘是電力系統保護線路裝置和電網系統安全的重要方式之一。在實際的供電環節，一旦輸電裝置發生故障，自動跳閘裝置就可以在接收信號的第一時間跳閘，線路系統上的其他設備開關隨之切斷。而輸電線路在運行中一旦遭受雷電襲擊，那自動跳閘裝置就會通過信號傳輸及時切斷電流，如果雷電的放電在其控制范圍內，它將進行自動消除，重新開閘連接線路，避免長時間跳閘對輸電線路的影響[3-4]。因此，設計者在運用自動重合閘時，一定要多次考量選擇一個較為合適的位置安裝自動重合閘，并將自動重合閘裝置和供電系統的繼電保護裝置進行連接，這樣設計的目的在于降低線路雷擊發生時長，提升電力整體系統的恢復速度。

4.5 增加桿塔的絕緣性

首先，設計人員在進行桿塔設計時要根據桿塔頂部的尺寸進行針對性防雷設計，要在桿塔承受的范圍內合理添加桿塔專項絕緣性裝置，從而提升輸電線路的防雷屬性。但要注意的是，這種方式比較考驗施工企業的專業能力和成本投入，同時還必須注重對安全距離的把控，其原理在于這種防護技術與雷電活動的頻發性、地理高度有著密切的關系，因此在施工作業中的難度比較大，工作人員要非常謹慎地考量施工工藝和技術水平。另外，據電力設備相關規程規定，電力工作人員要在總高程超出40米的范圍且具有避雷線裝置的桿塔上進行絕緣裝置安裝，這樣防雷電阻值才能滿足設計與施工要求[5]，因此，該技術對人員和環境都有著非常嚴格的要求。

5 防雷技術的優化路徑

當前，我國已經采用多種防雷技術進行電力系統保護，輸電線路作為主要的安全關注點常年受到雷擊的概率較大[5]。而一旦線路受到雷擊，那由此產生的諸多安全事故就會直接影響電力系統的穩定運行，因此，電力企業要在原有技術的基礎進行新技術開發，這樣才可以創造出更為優質的防雷措施，從而提升電力系統的安全系數。

5.1 強化大直徑絕緣材料的應用力度

受到雷擊的線路絕緣子串中，損壞較為嚴重的為裝置兩端，其中兩端的裝置片上第一片燒毀程度最為嚴重，而周邊的絕緣子串相對較弱[6]。根據高電壓定理知識點可知，我們可將絕緣子串比作一節，且這些小節均勻地分布在輸電線內部，其中兩端安裝直徑較大的絕緣子材料，并將絕緣子串放置在電流穩定的電場環境中加強其雷擊抵御能力。與此同時，我們將絕緣子串的兩端用大直徑規模絕緣材質固定，當電壓出現雷電襲擊之后，一般的絕緣材質是無法抵御雷電壓力而出現損壞，而大直徑絕緣子串在受到高負荷雷擊之后仍舊可以保持輸送線路不被損壞，且中間部位會被高品質的大直徑絕緣子材料保護[6]。在實際中，我們常見的外直徑較小且采用一體化合成工藝的絕緣子串，其防御功能就會得到保護，而玻璃材質的絕緣子串將增設在大直徑絕緣子的兩端，一旦線路裝置受到雷擊或是電壓過高而引發弧燒、自燃等問題時，其設備可進行自動爆破動作，這樣就可以為后續人員檢查提供便捷，實現精準故障檢修。

5.2 預防片面化管理

傳統的輸電線路在進行防雷設計時過程存在較大的片面性，并且部分的防雷裝置安裝位置不當，容易造成預防與實際雷擊存在較大區域誤差。但近年來，隨著我國用電量和關注度的提高，電力企業加強了對輸電線路防雷技術的重視，之前的片面化管理也得到整改，且很多電力企業也針對性做了防雷技術的優化管理，尤其是對于一些比較重要的防護部位，做了全面、綜合的設計與考量，減少了之前片面管理引發的雷擊問題頻發現象。

5.3 強化源頭控制

輸電線路受到雷擊的概率較大，對此電力企業要優化防雷技術、提升整體防雷整改措施，從源頭上對設計技術和防雷設計方案進行改造升級。同時，還要不斷地進行防雷測試，要真正從源頭降低線路的雷擊、跳閘及爆裂等問題發生。

5.4 改進、優化防雷技術

電力企業要認真吸取之前的經驗和教訓，借助先進的科學技術、設備、絕緣材料等對傳統的防雷技術進行改進和設備升級。要明確內部整改方針，要建立有效的防雷技術管理制度。最后，還要加強防雷方面的技術資金投入，從研發和優化升級方面入手，真正意義上確保輸電線路的安全穩定運行。

6 結語

綜上所述，輸電線路作為電力運輸過程中的重要組成部分，其安全不僅關乎整個電網系統的穩定，同時還關乎我國社會的經濟增長。因此，電力企業在進行輸電線路防雷技術設計時，要全方位考量，保證輸電線路的合理布局，同時還要加強避雷裝置的優化和升級，減少雷擊現象的發生，推動我國電力行業的有效發展。