输电线路防雷技术探讨

罗明

摘要：输电线路是电力系统防雷的重要保护对象，如果发生雷击事故，将造成大面积的停电，严重影响社会和人民生活。加强输电线路的防雷不仅可以减少雷击输电线路引起的雷击跳闸次数，还有利于变电站内电气设备的安全运行，是保证电力系统 供电可靠性的重要环节。由此可见，输电线路的防雷措施在目前气候不稳定的情况下应得到不断的加强。 中国论文

关键词：雷电 输电线路 接地网 防雷措施

中图分类号：TM726文献标识码： A

1.雷击的来源与危害形式

雷电是一种常见的自然现象，当雷云聚集到一定的电荷后，就会在带异种电荷的雷云之间或在雷云与带异种电荷的大地之间发生强烈的电荷中和放电，并伴生闪光、霹雳，人们称其为雷电。

1.1雷击来源

一是雷直击于变电所的设备上；二是架空线路的雷电感应过电压和直击雷过电压形成的雷电波沿线路侵入变电所。

1.2雷击危害的几种方式

1.2.1 雷的直击和绕击

雷云单体浮在大地上空，其所带电荷拖着地表相反电荷犹如一个影子随风移动。如果途经地表其它突出物，地电荷会导致突出物顶端电场畸变集中，当距地面50～100m时，由地表突出物电场畸变集中的地方产生垂直向上的迎面先导。两者相接，进入直击或绕击的主放电阶段。

1.2.2 雷电反击

直击雷电流通过地表突出物的电阻入地散流。假如地电阻为10Ω，一个30kA的雷电流将会使地网电位上升至300kV。如果受雷击变电所输电线路来自另一个不同地网的变电所，那么上升的地电位与输电线上的电位将形成巨大反差，导致与输电线路相连的电气设备的损坏。不仅仅是输电线路、动力电缆，凡是引进变电所的金属管线都会引起雷电反击。另一种雷电反击，对变电所的电子设备危害也不容忽视。

1.2.3感应雷

直击雷放电的能量通过电磁感应和静电感应方式向四周辐射，导致设备过电压放电，则为感应雷。显然，感应雷危害是大面积的，是电子设备的克星。有资料计算表明，当雷击电流为30kA斜角波，雷云高度为3公里，导线高度为10m，击中距末端匹配的500m长架空线路中点100m处地面时，线路上感应电压为150kV幅值的振荡波。此波为电磁感应和静电感应共同作用的结果。

1.2.4 雷电侵入波

远方落雷，通过直击或电磁感应和静电感应方式从高压输电线路、配电线路、低压电源线路、通信线、电缆线、金属管道等途径侵入变电所，由于管线相对较长，且存在着分布电感和电容，使雷电传播速度减慢，这样一种现象用波传输理论来说明的概念称作雷电波。雷电波在传输过程中通过不同参数的连接线段或线路端点时，波阻抗发生变化会产生反射、折射，可导致波阻抗突变处的电压升高许多，加大了对设备的危害。

2、输电线路的接地系统

要防止雷电危害，就必须严格防雷装置。输电线路中一个完整的防雷装置由三部分组成：接闪器（避雷针或避雷线）、引下线和接地体。

2.1接闪器是直接接受雷击的金属导体，它安装在被保护物顶端或独立避雷器上。接闪器的本质作用，就是把雷电引到自身上来，并安全地将雷电流引入大地。接地是避雷技术最重要的环节，不管是直击雷，感应雷或其它形式的雷，都将通过接地装置导入大地。因此，没有合理而良好的接地装置，就不能有效地防雷。

2.2引下线是连接接闪器和接地装置的金属导体，它的作用是把接闪器上的雷电流传递到接地体上，引下线一般采用圆钢或扁钢组成，如有腐蚀性场所应当适当增大截面积，引下线一般沿建筑物的外墙敷设，敷设路线应尽量短而直，应固定牢固，固定支点不应大于1.5至2米。在地面连接处应用钢管穿管的办法，以防止外物对引下线的机械损伤和防腐蚀。为了检查测量的方便，在离地面1.5-1.8米处须设置断接卡。

2.3接地体包括接地装置和装置周围的土壤或混凝土，它的作用是把雷击电流有效地泄入大地，现在常用的接地装置有水平接地极、垂直接地极、延长接地极和基础接地极。易燃易爆化学物品的接地装置一般采用垂直接地极，即用一根2.5米以上的角钢、圆钢、钢管或铜质柱型材制成垂直打入土壤中，当接地不能满足要求时，可采用环形接地极组和放射形接地极组的办法，为了防止被腐蚀，可在埋前先涂上防腐剂。有些地区土壤电阻较高，一般接地方式达不到接地设计要求的，可采用人工办法来减少接地土壤的电阻率，即用换土法或化学处理法。

3、输电线路常用防雷措施

架空输电线路是电力网及电力系统的重要组成部分，所经之处大都为旷野或丘陵、高山，输电线路长，遭遇雷击的机率较大。

3.1架设避雷线

架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线，同时还具有以下作用：

1）分流作用，以减小流经杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位；

2）通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压；

3）对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。

通常来说，线路电压愈高，采用避雷线的效果愈好，而且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低。因此，110kV及以上电压等级的输电线路都应全线架设避雷线。

同时，为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，减小绕击率，避雷线对边导线的保护角应做得小一些，一般采用0°～25°。对于单回路，330kV及以下线路都架设双避雷线，保护角在15°以下，500kV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线，保护角在10°左右。对于同塔双回及多回路，110kV的线路保护角在10°左右，220kV及以上的线路保护角不大于0°。对于单避雷线线路，保护角应做到25°。

3.2 安装避雷针、避雷器

安装避雷针也是架空输电线路常用的一种防雷措施。

国内外不少防雷专家，对避雷针能向被保护物有多大的保护距离做了系统的研究得出的结论是：“对一根垂直避雷针无法获得十分肯定的保护区域”。英国的BS6551法规曾指出：“经验显示不能依赖避雷针提供任何保护区内的完整保护”。而德国防雷法规则有意识地不引入避雷针保护范围的概念。但在实际应用中，在没有架空避雷线的情况下，在雷电活动频繁地区的杆塔加装避雷针或避雷器也能够起到一定的作用。

3.3、加强线路绝缘

由于输电线路个别地段需采用大跨越高杆塔(如：跨河杆塔)，这就增加了杆塔落雷的机会。高塔落雷时塔顶电位高，感应过电压大，而且受绕击的概率也较大。为降低线路跳闸率，可在高杆塔上增加绝缘子串片数，加大大跨越档导线与地线之间的距离，以加强线路绝缘。在35kV及以下的线路可采用瓷横担等冲击闪络电压较高的绝缘子来降低雷击跳闸率。

3.4、使用防雷绝缘子

近几年，随着技术的发展，防雷绝缘子有了长足的发展。在某些地区，雷电的活动难于捕捉，就在此区域安装防雷绝缘子，能够取得不错的防雷效果。

3.5、采用不平衡绝缘方式

在现代高压及超高压线路上，同杆架设的双回路线路日益增多，对此类线路在采用通常的防雷措施尚不能满足要求时，可考虑采用不平衡绝缘方式来降低双回路雷击同时跳闸率，以保障线路的连续供电。不平衡绝缘的原则是使双回路的绝缘子串片数有差异，这样，雷击时绝缘子串片数少的回路先闪络，闪络后的导线相当于地线，增加了对另一回路导线的耦合作用，提高了线路的耐雷水平使之不发生闪络，保障了另一回路的连续供电。

4结语

综上所述，防雷与接地是统一的，二者缺一不可。只有防雷措施而无接地，无法迅速泄流放电，反之，设备将直接遭受强大电流的冲击，无论哪种情况系统都将受到破坏甚至瘫痪。只要通过合理配置，使之溶为一体，就能有效确保系统的稳定工作，从而发挥出系统防护工作的最佳效果。

参考文献

薛东华. 《导体消雷器》. 能源部武汉高压研究所电力技术开发公司. 1992.9

武汉水院. 何平、文习山等. 《关于架空线路感应过电压的计算问题》. 高电压技术. 1999.2