线路防雷技术在输电线路设计中的应用

周振宇

摘 要：通过介绍输电线路的雷电危害，分析了输电线路引发雷电的主要原因，比如气候、线路杆塔高度等，在此基础上，探讨了线路防雷技术在输电线路设计中的应用方法。经过相关分析可知，安装避雷装置、改善接地电阻等能够有效提高输电线路的设计安全。

关键词：雷电危害；防雷技术；输电线路；杆塔

中图分类号：TM862+.1 文献标识码：A DOI：10.15913/j.cnki.kjycx.2015.17.143

近年来，随着我国经济的快速发展，社会各界对电力的需求也在不断增加，这促进了输电线路规模的扩大。然而，在建设电力系统的过程中，很多输电线路都是露天安装的，它们很容易受到自然环境的影响。其中，雷电危害就是重要的一种，它会严重威胁输电线路的运行安全。因此，在设计输电线路时，应用防雷技术有十分重要的现实意义。

1 输电线路的雷电危害

雷电危害大多发生在春夏两季，但是，它也会受不同地区地理环境差异的影响。雷电对输电线路的危害主要表现在以下几方面。

1.1 雷电自身的高热效应危害

当遇到输电线路时，雷电的高热效应会转变为电流，使被击中部位瞬间产生极高的热能，导致此段输电线路被融化，进而燃烧起来。

1.2 雷电所产生的电磁场危害

在雷电形成的过程中伴有电磁效应，当输电线路被雷击中时，这部分电磁效应会在雷击部位形成交变电磁场，使得电路中的电流量瞬间增大，导致线路高温燃烧。

1.3 雷电附带的高压效应危害

雷电形成的瞬间电压通常为高压，能够达到十几万伏以上。这种高压在雷击点会对输电线路上的电气设备造成极大的攻击，导致输电线路被烧坏、出现短路的情况，甚至还会引发更严重的事故。

1.4 雷电所发出的电波危害

电波也是雷电附带的一种现象，它经常会干扰防雷装置的正常工作，使其无法有效发挥防雷功能，变为放电器反击输电线路。

2 输电线路引发雷电的原因

2.1 地形环境因素

我国地理环境比较复杂，许多输电线路都设置在山区地带，但是，由于山区地势起伏比较大、气流活动较为频繁等，经常会引起雷击活动，比如山谷内气压变化就会增大输电线路被雷击的概率。同时，在沿海地区，输电线路周边空气中的盐分含量相对比较高，这也会增加输电线路遭到雷击的概率。

2.2 线路杆塔因素

雷击是土地和雷云中电荷互相感应而产生的。其中，线路杆塔起着建立雷云放电通道的作用，当雷云中过电压经过线路杆塔时，就会使输电线路被击穿，所以，如果线路杆塔设计不当，比如杆塔距离不均衡，就会导致线路间距差异较大，增大导线的闪烁程度，增加线路雷击危害发生的概率。杆塔设计不当还包括杆塔的高度不合理、杆塔对输电线路的分流能力较差等。

2.3 土壤电阻率因素

不同的土壤成分会使土壤的电阻率存在差异，对雷击闪烁程度造成不同的影响。当前的输电线路设计大多都没有考虑到这一点，给输电线路的防雷击埋下了潜在隐患。

3 防雷技术在输电线路设计中的应用

3.1 选择输电线路

综上所述，输电线路雷击现象有很大一部分是由于地理环境影响造成的。因此，在设计输电线路时，要尽量避开雷击多发区域，降低输电线路雷击发生的概率，具体选择原则包括以下4点：①尽量避免在潮湿洼陷的盆地地区设置输电线路，尤其是周边有水库、池塘或山脉的地方；②输电线路经过区域的土地电阻率没有发生突变或已经突变，比如有水流的溪谷、山丘和稻田交接地带等；③尽量不在山谷、峡谷、地下水位高或富含矿物质的地区布设输电线路；④如果必须经过山地时，可以选择向阳山坡或土壤较好的山地，以降低雷击概率。

3.2 采用合理的避雷装置

避雷装置是提高输电线路防雷击能力的重要措施。因此，在设计输电线路时，要加强对避雷装置设计的重视度，根据实际情况选择合理的避雷装置，要注意的内容有以下几点。

3.2.1 避雷线的搭设

避雷线是输电线路最基础的防雷装置，它的主要作用有3点：①对输电线路有一定的屏蔽作用，可以有效降低导线电流；②经过铁塔，将雷击产生的电流分流，起到减小塔顶电压的作用；③对输电线路有耦合效果，降低了绝缘子的电压。

避雷线主要应用于高压线路当中，在小于等于20 kV的低压线路中，避雷线无法发挥其应有的作用。在搭设高压线路（110～750 kV）的避雷线时，要根据输电线路电压等级的不同严格执行相关的设计技术规定。在此过程中，要注意以下3点：①在110 kV输电线路中，避雷线要采取全线架设的方式，但是，如果线路中有轻微的雷电活动或者年平均暴雨日期短于半月的区域，就无需架设避雷线；如果输电线路采取无线的架设方式，则应该在变电站搭设1～2 km的避雷线。②对于220～330 kV的输电线路或者处于年平均暴雨日期超过半月地区的输电线路，避雷线要采用全程架设的方式。③对于500～750 kV的输电线路或者位于山区的输电线路，在架设避雷线时，要采用双线搭设的方法。

3.2.2 负角保护针的使用

负角保护针对输电线路有很好的屏蔽作用。将雷击放电作用于地面上，能够有效降低雷电绕击区出现的概率，同时，还能缩短临界击距，对输电线路起到良好的保护作用。

负角保护针是架设在杆塔顶部导线上方的，是侧向安装的，多用于山顶、山坡等地区的杆塔上。其材料多为钢针，长度为2.5 m或2.8 m。

3.2.3 安装可控放电避雷针

可控放电避雷针的工作原理是：在雷击前，通过向上的先导作用产生上行累闪，然后利用针尖形成的电场产生脉冲放电，从而降低雷电绕击形成的概率，有效地保护输电线路。

可控放电避雷针安装在塔顶地线支架的上方，具体位置和个数需要根据杆塔所处的地形和形状来选择。

3.3 改进接地电阻

接地电阻能够有效降低雷电对输电线路产生的过电压，提高输电线路的防雷击能力，具体改进措施主要有以下4点：①增加或延长接地射线。这种方法主要是针对老旧输电线路接地材料老化和新建、改造输电线路接地电阻降低等情况的。②采用垂直接地体的方法。这个法是在接地装置射线上添加多个垂直接地体，其材料多为角钢，长度控制在0.6 m左右，彼此间的距离3 m为宜，并与接电线焊接在一起。③采取集中接地的方式。这种方法是将杆塔的接地集中在一处，利用垂直接地体，按照2～3 m的间距将其布设在杆塔基础外围，然后用圆钢将杆塔接地引下线与这些垂直接地体连接成一个整体。④替换土壤。利用低电阻率的土壤替换高电阻的土壤，然后再接地，有效地降低接地电阻是一种最直接的方法。

3.4 科学、合理地设计杆塔

针对杆塔对输电线路雷击影响的因素，在设计杆塔时，要注意以下4点：①加大塔身的电感程度和电流，有效降低反击的电路和电压；②合理分布杆塔位置，保证杆塔间距的均衡性，有效控制导线闪烁程度；③在架设相邻的杆塔时，要避免发生分流问题，保证各自分流作用的独立性，提高对输电线路电流的分流能力；④提高杆塔的绝缘水平，合理增加绝缘子片的数量，进而提高输电线路的耐雷水平。

4 结束语

雷击是影响输电线路安全的重要因素，所以，提高输电线路的防雷能力是十分重要的。在设计输电线路时，要结合线路的实际情况，考虑地形环境、气候等多方面的因素，合理运用各种防雷技术，有效提高输电线路的防雷能力，避免发生雷击事故，以保证输电线路的运行安全。

参考文献

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〔编辑：白洁〕