浅析架空输电线路防雷措施

2013-04-17张廷瑞

机电信息 2013年12期

张廷瑞

（内蒙古电力（集团）有限责任公司阿拉善电业局，内蒙古阿拉善盟750300）

0 引言

作为输变电过程中的一个重要环节，架空输电线路延绵分布在旷野之上，这使其极易遭到雷击。长期以来，架空输电线路的防雷一直是保证电力系统稳定供电，提高输电线路稳定性的重要工作内容。做好输电线路的防雷设计工作应该从输电线路自身的抗雷击性能方面着手，这样不但能够保证输电线路的正常工作，同时还有利于变电所和发电厂的正常安全运行。本文对当前架空输电线路的防雷方法进行了概述，分析了架空线路杆塔接地存在问题的主要原因，最后提出了针对架空输电线路的一些综合防雷措施，以期能够提高架空输电线路的防雷、抗雷击能力。

1 架空输电线路防雷措施概述

利用架空输电线路可以将电能分散输送到各个不同地区的电力需求用户。同时，架空输电线路还将各个不同区域的发电站、变电站以及电力用户连接起来，形成了一个能够实现电力输送和交换的多级电力网络。部分架空输电线路的长度有时可以达到数百公里甚至更长，因此一旦架空输电线路由于故障出现跳闸时将难以确定其具体位置。导致架空输电线路跳闸的原因有很多，而雷击则是其中的主要因素。所以，针对架空输电线路的雷击特征制定切实有效的防雷措施就显得尤为重要。

任何防雷措施都离不开接地系统，做好架空输电线路防雷工作的一个核心问题就是做好接地工作。输电线路杆塔良好的接地装置就是架空输电线路防雷的一个重要措施，通过良好的接地装置可以保证雷击电流能够被引入地下，确保线路设备不受雷击影响和损坏，进而确保输电线路不出现跳闸。此外，为架空线路设置避雷针、避雷线也是一种有效的防雷措施，通过避雷针、避雷线可以避免雷电直击电缆，防止过电压破坏电缆的绝缘性。在雷电击中避雷针、避雷线后，雷电流将沿着它们进入大地，这就保证了架空线路的安全。与此同时，雷电流在避雷针、避雷线中传导时，还会与线路导线通过耦合作用形成一个感应行波，同样会对线缆的绝缘性造成影响（虽然与雷电直击造成的影响相比很小）。

2 架空输电线路防雷工作存在的主要问题及原因

架空输电线路防雷工作存在的主要问题是设计不符合规定，导致防雷设备不能起到防雷击的作用。以杆塔接地装置为例，其存在的主要问题是接地电阻的系数与相关规定不合。而导致杆塔接地电阻问题的主要原因有：

2．1 杆塔环境因素

接地电阻受到土壤、地形以及地质等方面的影响。当杆塔设置在裸露的岩石处时，土壤的接地电阻率一般超过1 000Ω·m，从而给杆塔的接地电阻造成影响。部分地区地形、地质、土壤条件复杂，使得杆塔的设置区域土层很薄，甚至是完全没有土壤覆盖，导致土壤电阻率过高，对杆塔接地电阻的性能影也较大。

2．2 工程设计因素

近年来，随着我国电网基础设施建设的力度不断加大，线路的工程设计量也迅速增加，大部分电网工程设计过程中都存在着设计周期短、工作量大的问题。而当前建设的架空线路又大多是在地形复杂、勘察难度大、架设困难的山区，这进一步给勘察设计工作带来了难度。再加上一些工作人员实际设计经验不足，不能对土壤的实际电阻率进行估算，从而导致杆塔的设计接地形式不能适应架空输电线路正常使用的需求。

2．3 架设施工因素

由于架空输电线路的架设通常是在交通不便的山区，这些区域的电阻率较高，给线路的架设工作带来了困难。此外，杆塔的接地工程属于隐蔽工程，在施工过程中监督较为困难，容易出现接地体埋深不足、不按图纸施工、回填土不符合要求以及降阻措施不到位等问题，这些都对架空线路的施工质量有重要影响。

3 架空输电线路的防雷措施

针对架空输电线路遭受雷击这一问题，本文将架空输电线路的防雷击工作分为这样4个步骤：（1）防雷直击，通过在输电线路沿线设置避雷针、避雷线的方式避免其遭到雷击破坏；（2）防闪络，通过强化线路绝缘、降低线路接地电阻等方式达到避免闪络的目的；（3）避免建弧，通过采取相应措施避免线路在闪络之后建成稳定的工频电弧；（4）避免停电，采取必要措施确保输电线路在建立工频电弧之后不致影响线路的正常供电。

导致架空输电线路受雷击影响的原因是多方面的，因此在防雷设计过程中也应该采取综合的防雷措施，这样才能最终达到防雷目的，降低输电线路的跳闸率。

3．1 合理规划输电线路路径

根据实际运行经验，供电线路遭受雷击较为集中的区域往往是某些特定的区段（选择性雷击区）。通常情况下，如下几种地形容易形成雷击：（1）雷暴走廊，该类地区主要是顺风的峡谷、河口以及山口等；（2）盆地，尤其是地处湿润地区的山区盆地，杆塔周围有水库、水塘以及沼泽地等，这些地区容易发生雷击；（3）土壤电阻率出现突变的地带，例如地质断层区域，土壤和岩石、岩石与农田之间的交接地带，这些都是雷击频繁发生的区域；（4）地下土壤存在导电性矿藏、地下水位较高的地区；（5）虽然土壤电阻率变化不大，但是处于山顶或向阳的坡地，也容易发生雷击作用。所以，在输电线路规划过程中，首先要采取相应的技术措施，尽量避开上述5种地形，这样可以为后续输电线路防雷击工作创造良好的条件。

3．2 提高输电线路的绝缘水平

在选择供电线路的绝缘子时，要重点考虑采用新技术设计制造成的绝缘子，尤其要注重后期绝缘子的检修、维护以及更换工作，保证其高可靠性。通常而言，输电线路目前主要采用有机合成的绝缘子。虽然从理论上讲，有机合成绝缘子在绝缘性能方面比陶瓷、玻璃绝缘子的性能差，但是由于其采用了不击穿的结构，当出现雷击放电作用时，可以有效地防止不可逆现象的发生，使得线路具有明显的绝缘优势。所以，在大部分雷击频繁区域，甚至雷击很强烈的区域，都可以采用普通型的有机合成绝缘子。但是，要注意使用的前提条件是保证绝缘子的耐雷击水平满足其使用区域的雷击水平要求。与此同时，还应适当增加绝缘子的设置高度，这样可以确保绝缘子有足够的有效干弧距离，进一步提高其耐雷击水平。

3．3 设置线路自动重合闸设备

作为架空输电线路的一种常用保护，自动重合闸设备在线路遭受雷击后能够迅速在线路跳闸后自动重合闸，并恢复供电线路的绝缘性能。所以，在供电线路中设置自动重合闸设备可以有效地消除雷击造成的故障，提高线路供电可靠性。

3．4 采用新型的绝缘方式

近年来，大量的新型绝缘方式在供电线路中得到使用，如不平衡绝缘技术等。根据供电线路调度的数据，通过强化供电线路的绝缘配合、改善绝缘子性能，可以提高线路的耐雷击水平。在实际运行过程中，通过在高杆塔上适当增加绝缘子串的片数，可以有效提高线路的耐雷击水平，降低供电线路的故障率。例如，在供电线路中采用不平衡绝缘方式时，利用线路双回路之间绝缘子串片数的差异性，使得雷击后的闪络发生在绝缘子串片数较少的回路，而将该回路设置成地线就可以起到防雷击的作用。同时，这种方式还有效地降低了双回路同时跳闸的概率，保证了绝缘子串片数较多的回路的稳定供电。