线路防雷技术在输电线路设计中的应用

2015-11-04黄剑

建材与装饰 2015年38期

关键词：避雷线重合杆塔

黄剑

（湖南科鑫电力设计有限公司　湖南长沙　410000）

线路防雷技术在输电线路设计中的应用

黄剑

（湖南科鑫电力设计有限公司湖南长沙410000）

雷电是大自然中非常常见的一种现象，雷电具有很多自身独到的特点，它的电压非常高，同时它还存在着非常大的损坏能力，对长期暴露在室外的输电线路而言更是如此，一旦输电线路遭受了雷电的侵扰，就可能会产生非常严重的后果，主要分析了线路防雷技术在输电线路设计中的运用，以供参考和借鉴。

输电线路；线路设计；防雷技术

引言

由于电力建设的需要，很多输电线路和输电设备都是露天安装，导致自然条件对其影响较大。由于地形、气候、经济、环境等因素的限制，给防雷技术的开发和应用带来了不利条件，但通过多年的不断探索和学习，我国在防雷技术上也取得了显著进展。本文对输电线路设计中的线路防雷技术进行讨论。

1　输电线路频发雷击的原因

不同的地区发生雷击的原因都是不尽相同的，具体包括以下几方面：①雷电活动强烈；②山区、沿海地区的不利的地形条件；③设计时采用的参数不准确；④土壤电阻率的影响。

1.1雷电活动强烈

我国幅员辽阔，处于不同季风带的地区的气候条件也是不一样的，因而雷击活动的发生时间发生频率也都不尽相同。在一些山区，由于地形复杂，雷电活动尤为强烈。比如我国部分地区于山地地区，并且具有较高的森林覆盖率，雨水丰富，处于多雷区地带，雷电击中输电线路的频率较高，造成对输电线路的破坏。

1.2山区、沿海地区的不利的地形条件

在电路的铺设过程中会在不同程度上受到地形地貌的影响。对于山谷带来说，谷内的气流运动复杂，并且谷内缺少线路的保护屏障因而输电线路暴露的弧长较大，一旦谷内气压发生变化就可能会使输电线路造成雷击；对于山坡来说，由于上坡和下坡的不同，在下坡地段通常会增大保护角度，并且增加绕击频率，而这种增加会给山坡带来一定的压力，加深雷害程度；对于沿海地区来讲，由于沿海地区的空气中含有的盐分高于内陆地区，而空气中的盐分过高时会使提高输电线路遭到雷击的概率。

1.3设计时采用的参数不准确

在输电线路的设计过程中需要用到多种不同的参数，采用的设计参数的不准确会给线路的铺设以及线路的防雷带来不良影响。采用参数的不准确带来的问题主要包括线路杆塔高度设计的不合理、输电线路的分流作用降低以及线路的不均匀分布。

1.4土壤电阻率的影响

土壤的电阻率也会影响输电线路。土壤的成分不同决定了受到雷击闪烁的影响程度的不同。目前，在输电线路设计过程中，对土壤的影响考虑不够周全，因而影响了输电线路在雷雨天气的安全性和稳定性。

2　电路设计线路防雷技术的应用——以110kV输电线路为例

2.1架设藕合地线

根据雷击闪络的反击理论可知，增加藕合系数、减少电感、降低接地电阻等均可以提高线路综合耐雷水平。常规增加藕合系数的方法是采用布设架空地线和增设藕合地线的方式实现，但由于雷击存在暂态行波和稳态电磁感应过程；因此，可以通过加强型强化电磁感应型杆塔接地射线等技术手段来增加藕合系数。110kV架空线路的强化电磁感应型杆塔接地射线结构如图1所示。

图1　110kV架空线路的强化电磁感应型杆塔接地射线结构

110kV输电线路架设耦合地线即架空地线。如果在输电线路的正常运行过程中发现易击区域，采取的措施就是在易击区域的导线周围以外的区域架空地线，使输电线路遭受雷击时将雷电流进行耦合或者是分流，极大地减少对杆塔的耐压，进而提升对输电线路的防雷需求。

2.2避雷装置的安装

2.2.1搭设避雷线

避雷线具有效率高、分流效果好、耦合和屏蔽作用明显等优点，被广泛应用在电网建设当中，取得了不错的避雷效果。避雷线能减少杆塔的雷击电流，使得塔顶的电位降低，并能耦合导线降低输电线路中绝缘子的电压，减轻雷击的破坏。实际建设中，一般20kV的输电线路不需要装设避雷线，200kV以上的需要全程搭设避雷线，在500kV以上的高压线则需要两条避雷线才能确保其屏蔽功能。

2.2.2安装负角保护针

负角保护针是架装在杆塔的顶部的导线上方的一种侧向避雷针，主要是为了改善屏蔽和减少临界击距。负角保护针的屏蔽作用在导线的上方，所以雷电只能对地面放电，以此来避免雷电绕击区的形成。负角保护针多用于山坡和山顶的杆塔上，其多采用长度为2.5m或2.8m的钢针，针头做成尖锥状。

2.2.3可控放电避雷针

以110kV输电线路为例进行分析，在110kV输电线路中针对反击雷，应该减少杆塔接地电阻以便提升输电线路的耐压能力，减少输电线路跳闸事故的发生。通过水平外延接地体、深埋式接地极、填允低阻物质以及加装导电接地模块等来降低杆塔接地电阻，提高110kV架空线路防雷水平。在高土壤电阻率地区，采用布设垂直接地极的方法，可以较好地改善表面干燥土壤线路杆塔存在的接地不良问题。110kV线路杆塔垂直接地极的长度宜选择1.5m左右，间距宜控制于在4～6m内，并采用圆钢或角钢进行加工，施工过程中应注意防腐处理。图2为垂直接地体施加降阻剂技术。

2.2.4雷电接闪器

雷电接闪器有避雷的作用，但其本体是一个感抗，其在雷击发生时能够对杆塔过电压进行消减，其对雷电流波峰消减幅度可达到30%以上。该装置能记录杆塔落雷的数据，为对雷电研究提供了数据支持。

图2　垂直接地体施加降阻剂技术

2.3自动重合闸装置的安装

自动重合闸是当线路当线路出现故障，继电保护使断路器跳闸后，自动重合闸装置经短时间间隔后使断路器重新合上。广泛应用于架空线输电和架空线供电线路上，该类装置可分为四种状态：单相重合闸、综合重合闸、三相重合闸、停用重合闸。该装置可以提高供电的可靠性，减少线路停电的次数，还能保持电力系统的运行的稳定性，该装置本身投资很低，工作可靠，在电力系统中得到了广泛的应用。一般的，线路故障跳闸后重合闸越快，效果越好。资料表明，输电线路中重合闸成功率较高，使得它已经成为一种行之有效的防雷措施。

2.4改善接地电阻

当合理匹配接地地阻和避雷线可有效地实现降低过电压的功能，常规设计采取的延长或增加接地射线的方式降低杆塔接地电阻，对于土质不良的地区效果有限。目前应用在实际中的降低输电线电路接地电阻的方法有：①延长或增加接地射线，针对接地材料腐蚀的老旧线路，往往采取增加接地线的方式，是新建和改造线路中常用的降阻方法；②垂直接地体法，该方法是在接地装置的射线上，每隔3m增设长度0.6m左右的垂直接地体，一般用角钢，并与接地线进行焊接；③集中接地法，是指在杆塔的基础外挖一圈直径为10～20m、深为60cm的沟，在沟内每隔2～3m打一根垂直接地体，用圆钢将所有垂直接地体相连再与杆塔的接地引下线相连；④换土法，对低处土壤电阻率较高的杆塔或石头山，采用换土的方式来降低土壤的电阻，即在杆塔附近周围挖出原有土壤，并回填一层电阻率低的土壤，再进行接地设置。