輸電線路及變電站防雷保護措施研究

馮 剛

（國家電網隨州供電公司， 湖北 隨州 441300）

1 研究防雷措施的重要意義

1.1 保證區域電網的高質量互通

在建成區域電網項目之后，將便于許多地區開展輸電工作，可以將可靠的電能提供給廣大群眾，便于人們的生產和生活，并且可以保證越南和泰國等國家具有豐富的電能，可以促進區域經濟的進一步發展。

1.2 有效帶動相關產業

在建設項目期間，需要耗費許多的基礎材料，可以直接促進油料和水泥等當地產業的進一步發展，并且可以使人員就業和租賃等得到有效改善，可以有效地提升工業發展，并給民眾帶來更多收入。

1.3 強化電力行業技術

我國所建設和設計輸變電工程在國際上處于領先水平，而整個項目的設計是以我國標準和相關規范為基礎的，技術人員也大多是國內的，所以，在對該項目進行建設期間，也可以豐富當地人員的建設經驗和技能。

2 輸電線路防雷現狀問題

2.1 雷擊性質

雷擊類型主要有感應雷擊及直接雷擊這兩種。直接雷擊指的就是雷云放電對地面物體的直接影響；感應雷擊指的就是雷云向地面輸電線路附近物體的放電，但是電磁感應會導致輸電線路受到電動勢沖擊的影響；雷電侵入波指的就是當雷電直擊輸電線架空線路時，輸電線路中的雷電會快速向兩邊傳送。近幾年通過對農網的改造能夠得知，對防雷措施的強化，能夠使農網供電變得更加可靠[1]。

2.2 防雷問題

針對輸電線路雷害來說，世界范圍內都無法對其因素進行確定，并且，大部分輸電線路都處于露天的大自然中，其更容易受到雷擊；此外，由于輸電線路目前的觀測技術存在較大的局限性。因此，相關技術對輸電線路所受雷擊參數的捕捉及測量，其精度無法得到有效的保證，例如：造成輸電線路跳閘等故障的原因到底是繞擊還是反擊，以上問題是最為主要的導致防雷措施缺失針對性的原因之一。

2.3 設計方面問題

35～110 kV 輸電線路是于20 世紀80 年代所修建的，在對輸電線路進行設計時，技術人員沒有對土壤電阻率加以考慮，且在設計接地電阻時缺乏嚴謹的值。針對部分檔距和高差較大的地方，例如山區、高山等，過大的保護角會導致這些地方頻繁發生問題，以至于避雷線的導線效果差。

2.4 運行維護問題

由于輸電線路有著嚴重的老化現象，并且所有已建的輸電線路中都有著過高的接地電阻。由于輸電線路桿塔中所受到的嚴重的雷擊損壞，普遍存在著過高的電阻。通過對此類輸電線路桿塔的分析能夠得知，輸電線路桿塔之所以會受到雷害是由于歷史因素——高山土壤中過高的電阻率等；不合理的設計參數——輸電線路不合理的施工；電阻在運行過程中的逐漸升高——線路不合理的接地改造等[2]。

輸電線路桿塔缺乏高質量的接地施工，并且輸電線路缺乏數量充足的接地裝置，例如：降阻劑對接地體的嚴重腐蝕，逐年增加的接地電阻、殘缺不全的接地裝置等，接地裝置受到以上損壞后會導致輸電線路無法保持正常的防雷能力，甚至會加大雷擊跳閘的出現概率。

3 輸電電路保護措施

3.1 合理規劃輸電線路路徑

由于某些地區頻發雷電天氣，在規劃輸電線路期間，應當盡量選擇少雷區域，可以有效減少雷擊發生的可能。所以需要從天氣狀況方面，對路線區域進行研究，條件允許的話可以收集當地氣象資料，這可以為輸電線路提供良好的安全保障。

3.2 架設避雷線

由于戶外、空中的輸電線路經常會受到雷擊，如果缺乏相應的避雷措施，就會頻發電力供應中斷事件。在建設輸電線路的過程中，必定需要用到避雷線。按照電力建設規定，避雷線的布設必須科學，如此減少輸電線路被雷擊中的可能，并且還可以避免雷擊電流過大，降低其危害性。一般來說，應當在輸電線路上空布置避雷線，如此可以避免雷擊損害輸電線路。

3.3 桿塔的有效接地

想要減少雷擊故障給輸電線路造成的影響，就應當有效地控制雷擊電流，將有效接地設置在桿塔，可以采用低阻通路應對雷擊電流，對雷擊電流進行疏導。在設置桿塔接地的過程中，想要減少接地回路中產生的電阻，就應當讓桿塔接地大面積的接觸打底，還可以將桿塔設置于特性優良的基礎土壤中，可以接地回路具有更強的導電能力，達到良好的避雷效果。

3.4 應用避雷器裝置

在輸電線路中應用避雷器，可以盡可能優化其防雷性能，并且在電網系統中十分常見。在頻發雷電地區，大多會同時應用避雷針和避雷器，可以使線路具有更強的防雷性能。雖然避雷器具有一定優勢的性能，但是存在著安裝限制，難以全面防護輸電線路，并且還需要從線路環境方面，對輸電線路加以考慮，如此，才可以盡可能地合理安裝避雷器。

3.5 線路自動重合閘

由于在發生雷擊時，電流會瞬間增大，在高于保護限值時就會出現跳閘，如果應用重合閘，輸電線路在發生問題時，需要停運較長的時間，進而造成一定的經濟損失，所以配置自動重合閘，可以在雷擊后，加快輸電線路的恢復時間[3]。

3.6 分流措施

分流就是并聯連接室外和地面的各電線，如此可以提升避雷效果。在這些導線向房間或相關設備中傳輸直接雷電或來自感應雷電的過電壓波時，避雷器就會降低自身的電阻，且保持在最低值，盡可能地達到短路狀況，目的是為了使雷電流處于分流狀態。分流是目前最重要的一項防雷技術，可以為不同類型的電氣電子設備提供更好的保護，是最重要的措施。雷電在經過分流后，相關設備中依然會接收到一小部分雷電，這會威脅到高壓性能較弱的微電子設備。所以，在外殼中進入電流前，應當對此類設備實施多級分流。

3.7 屏蔽措施

屏蔽就是在物體上圍繞一些導體起到保護作用，例如金屬網絡管等，如此可以有效阻止雷電脈沖，在空中對其進行攔截。對于雷電電磁脈沖來說，屏蔽輻射是最有效的方法之一，可以避免影響電子設備。

3.8 對線路絕緣水平的加強

針對有著強烈雷電活動的地段、跨域度較大的高桿塔以及進行段來說，需要做好對絕緣子片數量的增加。因此，此類地區有著更大的落雷幾率，由于塔頂有著較高的電位，較大的感應電壓，因此更易受到繞擊，通過對絕緣子片數量的增加，能夠使導線和避雷線之間具有更大的距離，以此來實現對絕緣目標的加強。根據相關規程規定能夠得知：地線桿塔全高需要大于40 m，其增加10 m 的高度會導致絕緣子的增加。

4 變電站防雷保護措施

4.1 站內避雷針

為避免雷擊損害站內露天電氣設備，大多會將避雷針設置在特定的變電站區域中，并連接站內接地網，目的是為了提升其防雷性能，可以在站內接地網中導入累計電流，避免雷電影響站內電氣設備。

4.2 雷電侵入波的防護

除了需要預防雷電直接擊中變電站外，還應當防護雷電侵入波，這主要是由于架空線是最主要的站內出線，當雷電擊中線路后，雷電可以通過沿線對站內設備造成損害，可以采用的防雷措施如下。

4.3 對避雷器的合理配置

想要減少雷電入侵波對線路的影響，最有效的措施就是配置避雷器，可以有效減少雷電對站內設備的影響，但是安裝環境具有一定的要求，應當以相關安裝規定為依據，合理地設置電力設施，如此可以避免雷電沖擊電流過于集中。目前，避雷器已經得到了顯著的改善，避雷器由最初的閥型發展為氧化物型，有效地提升了抗雷擊技能，目前氧化物避雷器得到了廣泛的應用，然而仍然需要合理規劃和安裝設計避雷器設備，保證其能夠配合站內電氣設備，盡量提升其避雷效果。

需要結合現場的實際情況，可以應用具有避雷功能的針，帶以及網等措施對其進行保護，可以將引下線大量平均的布置在地下，以此來將雷電引入到地下。通過大量地下引線對雷電的分流作用，可以使引線壓降得以減少降低射擊造成的危害，并且能夠減少影響現在泄流過程中所產生的磁場強度。在對避雷針進行設置的過程中，在太陽電池方陣組件上，不得出現避雷陣的投影。

逐級對防雷器件進行安裝，按照多級對其進行保護。使多級防雷器件能夠對雷擊產生的電壓，或者開關中存在的浪涌進行泄流，通常會將直流電源避雷器應用于光伏發電系統的直流線路中，將交流電源避雷器應用于交流線路中存在逆變的部分。

4.4 進線段防護措施

進線段一般指的是變電站周邊2 km 以內的線路。將避雷器設置到進線段，可以有效抑制雷電波產生峰值電流，為站內設備和線路提供安全的保障。如果存在過大的雷電入侵波，避雷器無法承受，就會損壞站內設備。所以，還應當在變電站合理地將避雷器布置到進線段。一般來說，輸電線路類型不同，其絕緣性能和耐雷性能也各不相同，所需的避雷器設備也不相同。不僅需要合理地設置避雷器，還需要限制雷電侵入波。在布置線路桿塔的過程中，應當將接地電阻加入到考慮要素中，通過與土壤的大面積接觸，可以有效減少雷擊電流回路中所產生的電阻。在規劃避雷器的過程中，還應當做好對其類型的考慮，通過對避雷器材料的優化，可以使其更好地適應雷電環境。地雷最重要的就是降低電阻數值，避雷器特性會受到天氣和土壤等因素的影響，所以在設計避雷器的過程中，應當做好對各類因素的重點考慮，科學的規劃如何為進線段提供有效的避雷保護，充分利用其保護站內電氣設備。

4.5 GPS 天線防雷

在對GPS 接收天線進行安裝的過程中，需要注意如下內容：將其設置在能夠接收衛星信號的位置，以此為基礎，可以便于其日后的運行和維護；在完成安裝后，可以采用金屬支架固定GPS 接收天線，并采用接地連接；除了需要做好對累積影響因素的充分考慮外，還應當確定在哪一位置安裝GPS 接收天線。將GPS 接收天線安裝到防雷帶內時，防雷帶應當高于GPS 接收天線兩米；原則規定，防雷帶內不得有GPS接收天線橫穿，并且需要應用金屬套管，套管兩地采用接地連接[4]。

4.6 防雷接地方式

如果用劣質的接地電阻，或沒有規范接地，那么在遭受雷擊的過程中，各接地點的電位差可能會較高，也會有電磁干擾形成，進而嚴重影響遠動設備運行。再加上雷電會加大電位，并由設備接地線向遠動裝置傳輸，進而損壞該裝置的模板。變電站的大多數自動化設備都應用了外殼接地法，目的是為了保障保護接地的安全性，實現對靜電放電和電機危害的預防。接地網大多屬于一次設備，在采用可靠接地線的同時，應當縮短其里程，如此可以減少瞬時過電壓。在打印機和計算機等自動化設備中應用接地防雷保護措施時，應當保證金屬外殼接地的可靠性；同時在交流接地和安全保護接地中不得出現信號接地，并保證信號接地的絕緣性，在接地母排中匯集后，再連接接地網；自動化設備切勿采用單獨接地，并且接地電阻不得超過2 000 ΩA；此外，還可以進行等電位連接，采用該措施可以在遇到雷電等過電壓時，避免電子插件出現較大的電位差，起到保護電子插件的作用。

5 結語

隨著人們生產生活的水平不斷提高，電氣設備對人們的日常生活具有十分重要的作用，主要體現在快速增加的私人用戶電子設備和不斷增多的現代工業廠房的電氣設備，同時用電系統的工作負荷量也在不斷上升。在運行電網的過程中，最主要的電網故障誘因就是雷電，再加上輸電線路的里程較長，負責在空中運輸電力，因此更有可能受到雷擊而引發跳閘，甚至無法保持可靠供電，再加上，雷電還有可能損害變電站設備。所以，供電企業需要了解防雷防護的作用，采用可靠的雷電防護措施可以避免輸變電設備出現異常運行。