高壓輸電線路雷電繞擊影響因素及防護技術

鴻泰電力集團有限公司 李俊杰

1 引言

雷電繞擊是指高壓輸電線路在雷電天氣條件下，由于電磁感應作用而產生的高電壓脈沖，導致線路、設備、絕緣子等遭受電擊、擊穿或破壞的現象[1]。雷電繞擊是一種高能電磁波，其特點是脈沖幅度大、頻率寬、波形復雜、能量密度高等，能夠對高壓輸電線路和周圍環境產生不可忽視的影響。雷電繞擊的發生與天氣條件、地形條件、輸電線路結構等因素密切相關[2]。對高壓輸電線路雷電繞擊的影響因素進行研究，對有效防護和避免雷電繞擊的危害具有重要的意義。

2 高壓輸電線路雷電繞擊的影響因素

高壓輸電線路雷電繞擊的發生與多種因素有關，包括地形條件、氣象條件、輸電線路結構等。

2.1 地形條件

地形條件是影響高壓輸電線路雷電繞擊的重要因素之一。在雷電天氣下，地形的高低起伏、地形的起伏和斜度、地表覆蓋物等因素都會對雷電繞擊產生影響。地形的高低起伏會影響大氣電場的分布，進而影響雷電繞擊的位置和強度。地表覆蓋物也會影響大氣電場的分布，從而影響雷電繞擊的強度和頻率。

2.2 氣象條件

氣象條件是影響高壓輸電線路雷電繞擊的另一個重要因素。氣象條件包括天氣、溫度、濕度以及降雨等因素。在雷電天氣下，空氣中的氣體會發生電離，形成電離層，進而影響雷電繞擊的發生和強度。溫度、濕度等氣象因素也會影響空氣中的電離情況，從而影響雷電繞擊的發生和強度。

2.3 輸電線路結構

輸電線路結構是影響高壓輸電線路雷電繞擊的另一個重要因素[3]。輸電線路結構包括線路高度、線路形狀、導線材質等因素。在雷電天氣下，高度較高的輸電線路容易成為雷電繞擊的目標。線路的形狀和導線材質也會影響雷電繞擊的發生和強度。因此，對高壓輸電線路的結構進行合理的設計和改進，可以有效地降低雷電繞擊的危害。

3 高壓輸電線路雷電繞擊的危害

3.1 直接危害

3.1.1 設備損壞

高壓輸電線路是由許多電力設備和電氣線路組成，這些設備和線路都是極其敏感和脆弱的。雷電繞擊產生的電磁脈沖會對這些設備和線路造成直接的破壞和損壞，導致設備失靈或者癱瘓。如高壓變壓器、避雷器、電纜等設備都容易受到雷電繞擊的影響，從而發生故障，甚至損毀。

3.1.2 人員傷亡

雷電繞擊產生的強電場和強磁場會對人體造成傷害，從而導致人員傷亡。在高溫、潮濕的環境下，雷電繞擊更容易引起人員傷亡。在雷電天氣時，高壓輸電線路的工作人員必須采取嚴格的安全措施，避免接觸高壓電線。

3.2 間接危害

3.2.1 停電

高壓輸電線路是電力系統的重要組成部分，如果設備癱瘓或損壞，就會導致電網停電。停電不僅會影響社會生產和人民生活，還會對電力系統的穩定運行造成極大的影響，甚至引起連鎖反應，導致更大范圍的停電。

3.2.2 環境污染

高壓輸電線路設備損壞導致的事故，可能會造成環境污染，如電氣設備漏油、電纜燒損等。這些污染物可能會對周圍環境和人體健康造成影響，甚至影響生態平衡。

3.2.3 經濟損失

高壓輸電線路設備損壞導致的停電和事故，將給社會和企業帶來巨大的經濟損失。停電會導致企業生產停滯，商業活動減緩，給政府和企業帶來直接的經濟損失。事故處理和設備維修也需要耗費巨大的資金和人力，進一步增加了經濟負擔。

4 高壓輸電線路雷電繞擊的防護技術

4.1 接地保護技術

高壓輸電線路雷電繞擊的接地技術基于過電壓保護的原理[4]，即在遭受雷電沖擊時，通過合適的接地系統將雷電引入地面，以保護設備不受影響。其中負角接地和正角接地是常見的兩種接地技術。

負角接地是將支架通過接地桿與大地相連，在雷電沖擊時，雷電會沿著接地桿進入地面，由接地桿引起地面電流，從而形成一個低阻抗的回路，將過電壓導向地面，可有效降低過電壓的峰值。正角接地是通過電纜連接輸電線路支架與大地，形成一定的電阻，并通過金屬氧化物避雷器等裝置實現引雷保護。當線路遭受雷電沖擊時，電荷會順著接地系統回流到地面上，從而減少對設備的破壞。

4.1.1 適用性

高壓輸電線路雷電繞擊的接地技術適用于需要防雷的電力設施，如變電站、輸電線路、配電房等場所。在選擇接地技術時，需要考慮土質、土壤濕度、地埋深度等因素，充分了解地質條件和電力設備的特點，在此基礎上選用合適的接地方式。

4.1.2 技術特點

負角接地技術接地電阻小，空間占用少，適用于地質條件好的地區，具有良好的過電壓保護能力，在雷暴天氣中具有優越的防護效果。但需要挖開地面，施工難度較大。正角接地技術成本較低，安裝與維護也相對簡單，適宜用于土壤濕度較高、土壤電阻率較低的地質條件下。但正角接地技術對于過電壓的保護能力相對較弱。

4.2 負角保護針技術

負角保護針技術是一種用于防止高壓輸電線路雷電繞擊的技術。其原理是通過在輸電線路的負角上安裝一些特殊的針狀避雷器，使得雷電在針狀避雷器上形成電暈放電，將雷電電荷引入地下，避免雷電繞擊對輸電線路和設備的損壞。增加負角保護針如圖1所示。

圖1 增加負角保護針

負角保護針技術的設備主要包括：

一是針狀避雷器。針狀避雷器是負角保護針技術的核心部件，其形狀類似于針頭，通常由導電材料制成。針狀避雷器通過與空氣中的電荷形成電場，將雷電電荷引向地下，從而保護輸電線路和設備免受雷電繞擊的危害。

圖2 線路安裝負角保護針后的情景

二是接地裝置。接地裝置是負角保護針技術的重要組成部分，其作用是將針狀避雷器引入的雷電電荷引入地下。接地裝置需要考慮接地電阻的大小和接地點的選擇等因素，以確保接地的有效性。

三是支撐裝置。支撐裝置是負角保護針技術的輔助裝置，其作用是將針狀避雷器安裝在輸電線路的負角上，并保持其穩定。支撐裝置需要考慮強度、穩定性等因素，以確保針狀避雷器的安全性和有效性。

4.3 絕緣保護技術

絕緣保護技術的是通過采用絕緣材料或絕緣結構來隔離輸電線路和設備與大氣之間的電荷，避免了雷電繞擊對輸電線路和設備的損壞。當雷電電荷接近輸電線路和設備時，會在表面產生電位分布，因此可采用絕緣的方法來隔離電荷，從而降低雷擊產生的危害。

絕緣保護系統主要由絕緣材料、絕緣子以及絕緣子串等組成。絕緣材料能夠有效地隔離電荷。絕緣子是一種特殊的電氣器件，用于支持和固定輸電線路，起到絕緣保護的作用。絕緣子串是由若干個絕緣子組成的串聯結構，用于支撐和絕緣輸電線路。絕緣保護技術適用于高壓輸電線路和設備的防雷防靜電保護。適用范圍包括輸電塔、變電站以及電纜隧道等環境。絕緣保護技術能夠有效地隔離電荷，提高設備的抗雷電能力和可靠性。

絕緣保護系統的設計和施工必須符合相關的國家標準和規定；絕緣材料、絕緣子和絕緣子串的選擇和使用要科學合理，以確保絕緣效果良好；絕緣保護系統的運行和維護必須由專業技術人員操作；定期檢查和測試絕緣保護系統的運行情況，及時發現和處理問題；在使用絕緣保護技術時，應注意其對周圍環境和人員的影響，避免引發其他安全事故和環境污染。

4.4 常用的避雷裝置

避雷裝置是一種常用的高壓輸電線路雷電繞擊的防護技術。其原理是利用避雷針、避雷網等裝置，將雷電電荷通過導線或接地體引流到地下，從而避免了雷電繞擊對輸電線路和設備的損壞。避雷裝置的安裝和維護需要專業技術人員進行操作，以確保其安全有效。

常用保護高壓輸電線路雷電繞擊的避雷裝置主要包括：

一是避雷針。避雷針是一種傳統的避雷裝置，通常由雙針、單針和多針組成。在雷電天氣下，避雷針可以將大氣中的電場集中到針尖，形成電暈放電，從而達到消除雷電勢的目的。避雷針的優點是結構簡單、安裝方便、價格低廉，但其避雷半徑較小，只適用于小規模的避雷保護。

二是金屬氧化物避雷器。金屬氧化物避雷器是一種新型的避雷裝置，主要由氧化鋅元件和金屬外殼組成。在雷電天氣下，金屬氧化物避雷器可以吸收大氣中的雷電電荷，通過氧化鋅元件將其消散，起到保護高壓輸電線路的作用。金屬氧化物避雷器的優點是避雷半徑大、靈敏度高、可靠性強，但價格較高，維護保養也較為復雜。

三是避雷網。避雷網是將整個高壓輸電線路覆蓋在網狀的金屬結構中，從而形成一個大型的避雷系統。在雷電天氣下，避雷網可以將大氣中的雷電電荷分散到地面，保護高壓輸電線路的安全。避雷網的優點是避雷半徑大、可靠性強、適用范圍廣，但其建設和維護成本較高，需要占用較多的土地資源。

四是絕緣子串。絕緣子串是一種特殊的避雷裝置，主要由若干個絕緣子組成。在雷電天氣下，絕緣子串可以將大氣中的雷電電荷分散到地面，從而保護高壓輸電線路的安全。絕緣子串的優點是適用范圍廣、可靠性高、不占用土地資源，但其建設成本較高，需要考慮絕緣子的材料、數量、安裝等問題。

不同的避雷裝置在保護高壓輸電線路雷電繞擊方面各具優缺點，需要根據實際情況進行選擇。在選擇避雷裝置時，需要考慮其避雷半徑、靈敏度、可靠性、建設和維護成本等因素，并進行全面評估。還需要根據不同的地理環境、氣候條件、電力設備等因素進行調整和改進，以保證高壓輸電線路的安全運行。

5 結語

高壓輸電線路雷電繞擊是一種常見的自然災害，會對人們的生命和財產帶來巨大威脅。為了確保高壓輸電線路的安全運行，需要采用一些有效的防護屏蔽技術，在實際應用中，選擇合適的防護屏蔽技術需要根據實際情況綜合考慮和選擇。應該嚴格按照國家標準和規定進行操作，確保防護屏蔽技術的有效性和可靠性。同時，也需要加強監測和維護，及時處理線路及設備的安全隱患，確保高壓輸電線路的安全運行。