探究輸電線路設計中線路防雷技術運用

滁州市智宏工程咨詢有限責任公司 周鳳婷

輸電線路在電網運行中扮演著重要的角色，輸電線路的建設效果直接關系到輸電效果和最終運行中的供電服務質量。一旦輸電線路遭受雷擊，短時間內，線路中電流會劇增至遠超線路的可承受范圍，從而使線路出現短路現象，甚至可能燃燒起來，電網輸電質量必然會受到嚴重影響。而且，當輸電線路在短時間內承受如此大電流時，與線路連接的相關設備電壓也會持續增大，這些設備性能也會因此而受損，嚴重的話，甚至會爆炸，使電網無法繼續正常運行。故而，在對輸電線路進行電氣設計時，務必對防雷設計給予加強，以便讓輸電線路能夠安全運行[1]。

1 輸電線路中采用防雷技術的作用

在設計過程中，相關設計人員可以安裝避雷線，以防止電氣設備被雷電直接擊中。如果電線被閃電直接擊中，將導致線路電壓急劇上升，這在一定程度上增加了危險和故障的可能性。此外，隨著人們生活水平的不斷提高，用電需求持續增加，一些大型企業的生產活動更加離不開電。如果輸電線路中斷，將給人員和企業造成重大損失，因此需要盡可能避免輸電線路中斷。如果在實際設計過程中使用雙回路的環網，那么在主線中斷的情況下，可以通過備用線路恢復供電。

2 輸電線路遭受雷擊原因

輸電線路遭受雷擊的原因有以下三點。一是地理因素造成的雷擊。如果電線位于山區，其很容易受到雷擊的影響。雷擊嚴重可能擾亂電力線路的日常運行，很可能導致該地區停電。除了山區，由于每天的潮汐和海水蒸發，沿海地區也會受到強風或雷暴的影響。這些位于地區的輸電線路更容易受到不利影響，增加了雷擊輸電線路的可能性。二是由電線桿的高度引起的。輸電線路通常應配備電線桿和塔架，以便在高海拔地區進行維護。選擇這個位置使得輸電線路非常容易受到風暴云的影響。當風暴云正負電荷層之間的電場足夠強時，就會發生閃電。在這個階段，高海拔地區的輸電線路會受到影響。當閃電擊中輸電線路時，輸電線路塔通常充當媒介，會立即增加地球和風暴云之間的輸電線路的電壓，導致整條線路斷裂。因此，在輸電線路的設計中，應特別注意這一問題，并采取適當的預防措施來補償設計中的電流。三是土壤強度，同時也是影響雷擊危害程度的主要因素。接地電阻是一種重要的防雷手段，可以為雷電電流提供旁路，使其能夠被有效接地引流。如果不能合理利用接地電阻器，閃電帶來的巨大電流會損壞塔架并導致故障。如果人員安裝的接地電阻器不科學，在巖石和山脈等更復雜的地形條件下，一定會影響防雷效果。在此基礎上，如果避雷塔頂部出現問題，可能會受到接地電阻的影響，從而產生反射現象和不良影響[2]。

3 輸電線路設計中防雷技術應用原則

在輸電線路的設計過程中，應用防雷技術時需要遵循三條基本原則。

原則一，因地制宜。工作人員需要按照所在地區的具體地理、環境特點，遵循與防雷技術有關的具體規范條例，選擇適用的防雷技術，使防雷措施更具可靠性。

原則二，安全性。工作人員需要了解與使用防雷行動保護技術有關的關鍵問題，并編制切實可行的改造計劃。

原則三，技術性、經濟性。在為電力線路做防雷設計時，工作人員需要在技術手段的指導下，設定一個合理的目標，并對新材料、新技術加以合理利用，將防雷技術的實用價值充分發揮出來，使電網運行更具穩定性和安全性[3]。

4 防雷技術在輸電線路設計中的應用

4.1 做好線路管理

在實踐中，可以發現雷電災害頻繁的地區主要包括湖泊、沼澤、灌木和森林。因此，在進行設計工作時，設計師必須優先考慮這些區域因素，并采取防雷措施。為了防止雷電災害給輸電線路帶來嚴重影響，使線路能夠保持穩定運行，設計人員需要進行初步的實地調查，科學編制布線方案，結合具體環境特征對線路走向進行深入研究，對線路位置加以明確，合理利用防雷技術，盡量將雷電災害帶來的不利影響降到最低。

同時，對高壓輸電線路的重要性也要有充分認識，并嚴格開展防雷設計工作，以降低發生雷電災害的可能性。對當前高壓輸電線路防雷設計工作的分析表明，部分工作人員對防雷管理認識不足，導致高壓輸電線路無法保證安全運行。因此，高壓輸電線路設計者需要考慮新的輸電要求，提高線路管理水平，在線路脆弱的區域安裝避雷針，并實施絕緣和接地措施，以確保高壓輸電線路的安全[4]。

4.2 設置自動重合閘

利用自動重合閘能在電壓或電流出現異常時，及時實現停電保護，這樣一來，就能讓其他線路、設備免受雷電災害影響，能有效改善輸電線路安全性，是相當常見的一種防雷保護方法。目前，我國使用率較高的自動重合閘主要包括失活裝置、單相裝置及綜合裝置。科學地安裝自動重合閘，當輸電線路遇到雷電災害時，設備將立即啟動繼電保護，關閉線路的雷電端，通過停電確保線路運行質量。在使用自動重合閘時，如果員工選擇安裝雙重自動重合閘，必須充分考慮以下兩點。第一，必須研究設備的類型和規格，以確保一致性。安裝自動重合閘時，必須使用兩個獨立的保護裝置，保護裝置中安裝雙自動重合閘，以確保其正常運行。在運行過程中，操作員只需重新啟動一次，即可達到充分實現保護設備性能的目的。第二，在調試網關重合閘設備時，工作人員不僅要統一要求完成輸電線路的安裝，還要以此展開各種操作，嚴格按照要求完成各種設備的線路連接，確保設備處于良好的工作狀態[5]。

4.3 增設桿塔絕緣

在桿塔的塔頭處安裝適當數量和尺寸的桿塔專用絕緣子，以加強電線的防雷保護。然而，這種方法需要對特定的建設項目進行大量投資，并需要很高的安全距離，其中通常包括其他排雷措施。這種方法更適用于雷電活動頻繁、地理位置優越的高山地區。在這種工作環境下，員工必須全面而嚴格地考慮這種方法。此外，根據電力設備規程條例，在建造總高度為40m 或以上的電線桿和電線塔時，工人必須嚴格按照標準，每10m 加裝一片絕緣子。同時，連接電線桿和電線塔時的電阻值應降低50%，以確保施工效率。

4.4 運用并聯間隙

過去提倡的傳統防雷方法，是從本質上強化輸電線路自身的防雷性能，也被叫做“堵塞型”防雷。不過，這種類型的防雷技術由于經濟效益比較差，且技術方面存在不少難點，也存在明顯不足。故而，學者們提出了一個比較新穎的防雷理念和策略，允許發生適當、無法避免的雷擊跳閘問題。這種理念認為，在遇到不可避免的雷擊時，適當斷開部分線路可以解決安全性問題。該理念的實現需要運用間隙裝置，通過并聯形式設置于絕緣體上。

并聯間隙設施自身結構簡單、成本低，優點較為突出，可使絕緣子避免電弧灼傷的需求得到滿足，輸電線路的整體匹配率也因此而得到提高。該保護措施的實施可有效消除雷電跳閘技術運用中的缺陷，在防雷方面凸顯出明顯的技術優勢，同時也能針對傳統防雷法的不足進行補充。

4.5 防雷接地設計

輸電線路若是處于高負荷狀態，或者是運行距離比較長，就會更容易受限于外界因素，例如大氣過電壓、公共電壓等，故而，在其運行中更容易發生“絕緣閃絡”等安全事故。在這方面，工作人員可以提供調節和改進等有效的技術措施，實施一系列應急條例以及緊急處理方案，以使輸電線路能具備較強的絕緣性能，并借助額定電壓改善線路的運行狀態。通過研究可以發現，應急輸電線路運行期間產生的“閃絡”問題，主因就是大氣過電壓。

4.6 利用鉗位保護器

目前，大多數輸電線路都安裝了鉗位型電壓保護器，這種鉗位保護器為輸電線路提供了強大的過電壓保護，但這種鉗位的缺點是其會引入信號誤差。此外，其長時間暴露在空氣中會快速老化，經常導致維護失效和防雷效果不穩定。為了避免上述缺點，在輸電線路的防雷設計中采用了鉗位保護器，從而獲得了更好、更穩定的防雷效果。鉗位保護器工作原理是實時檢測電線上的過電壓，并將檢測值與夾持保護器針環間隙的作用電壓進行比較。如果過電壓值高于動作電壓，則環針的間隙動作和鉗位保護器的脈沖電容的阻抗都很小，可以降低雷電電流的瞬時沖擊力，以確保絕緣子不閃，從而保護線路的正常運行。

4.7 絕緣子串保護方式

隨著輸電線路工作環境的不斷惡化，架空電力線路與絕緣子串之間的間隙逐漸增大，絕緣子之間的電壓也隨之增大，甚至超過了絕緣子線桿與瓷瓶之間的安全間隔。在這種情況下，正確識別和消除輸電線路中的各種故障非常重要。傳統的故障檢測方法主要包括以下幾點。

第一，線路絕緣子串中感應出短路過電壓，接地時會產生閃絡放電。

第二，由于絕緣體之間存在顯著的電壓差，接地會產生閃絡放電。

第三，由于絕緣體和電線之間的電場存在顯著差異，接地體中會發生閃絡放電。

這些方法有一些缺點：由于感應雷的電壓和電流與絕緣子串中的相位之間存在顯著差異，因此會在短時間內發生閃絡。因此，為了防止閃絡故障，有必要首先將閃絡過電流降至最低。一般情況下，避雷針保護不起作用。因此，有必要建立適當的第二道防線，以防止和消除絕緣子的連續接地故障。目前，最好的防護措施是安裝金屬鎧裝避雷器、雷電沖擊式避雷器和空氣間隙式避雷器及三道防線。

4.8 避雷線

避雷線是確保輸電線路安全、可靠和基本防雷的一種方法。合理增加避雷線，可以有效應對自然雷擊。雷電擊中桿塔頂部后，避雷器可以對電流起到一個分散作用，讓雷電不會直接流入桿塔，或者是少量流入，其防雷效果較為理想，除此之外，還可以做到導線現實性耦合，在桿塔遭受雷擊時，可以大幅度減小塔頂的空間間隙，弱化絕緣子串電壓，有效屏蔽導線，最終將負荷下導線內過電壓快速降下來。

表1 具體線路防雷措施

5 結語

對于輸電線路來說，雷擊問題與環境、地形以及輸電線路本身的結構和材料有關。因此，在設計輸電線路時，有必要充分考慮這一點，積極采取適當措施以減少雷電對輸電線路的影響，并充分利用適當的防雷技術。通過降低電阻，安裝防雷電線和裝置，相關人員可以更好地保護我們的輸電線路，避免雷電的影響，確保其正常運行。這也將使我們的電力系統能夠更加穩定地運行，并為人們的生活提供適當的幫助。