输电线路的防雷保护措施与方法

王记昌，季　祥（河南工业职业技术学院，河南南阳473000）

输电线路的防雷保护措施与方法

王记昌，季祥
（河南工业职业技术学院，河南南阳473000）

输电线路是电网的重要组成部分，由于其暴露在野外，长期受到外界恶劣环境的影响，随时可能导致线路故障，影响安全供电，严重时将会导致大面积停电事故。分析了雷电的起因及危害，讨论了输电线路和电气设备的防雷措施及安全预防等。

输电线路；雷电；避雷器；安全

雷电不仅会使绝缘子发生闪络或击穿，有时还会引起导线断线等事故。

雷电电压高达数百万伏，瞬间电流可高达十万安培。电流高压效应会产生高达数万伏甚至数十万伏的冲击电压，如此巨大的电压瞬间冲击电气设备，足以击穿绝缘使设备发生短路，导致供电中断。雷击经常引起双回路同时停电，20%～30%的输电线路故障都发生在双输电线路上。

1　雷电的起因

雷电的种类可分为直击雷、感应雷（雷电感应）、雷电波侵入和球雷四种。

雷电是雷云之间或雷云对地面放电的一种自然现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷。积雨云顶部一般较高，可达20公里，云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空气对流等过程，使云中产生电荷。云中电荷的分布较复杂，但总体而言，云的上部以正电荷为主，下部以负电荷为主。因此，云的上、下部之间形成一个电位差。当电位差达到一定程度后，就会产生放电，这就是我们常见的闪电现象。在雷雨季节里，地面上的水分受热变成水蒸气，并随热空气上升，在空中与冷空气相遇，使上升气流中的水蒸气凝成水滴或冰晶，形成积云。云中的水滴受强烈气流的摩擦产生电荷，而微小的水滴带负电，小水滴容易被气流带走形成负电的云。较大的水滴留下来形成带正电的云。这种带电的云层称为雷云。雷云是产生雷电的基本因素，而雷云的形成必须具有以下三个条件：（1）空气中有足够的水蒸气；（2）有使潮湿的空气能够上升并凝结为水珠的气象或地形条件；（3）具有使气流强烈持久地上升的条件。

2　雷电的危害

雷电的危害主要表现为雷电在放电时所产生的各种物理效应和作用。雷电的危害一般分为两类：一是雷直接击在建筑物上发生热效应作用和电动力作用；二是雷电的二次作用，即雷电流产生的静电感应和电磁感应。雷电的具体危害表现如下：

2.1电效应

雷电流高压效应会产生高达数十万至数百万伏的冲击电压，可击毁电气设备的绝缘、烧断电线或劈裂电杆，造成大规模停电。绝缘设备损坏还可能引起短路，导致火灾或爆炸事故。巨大的雷电流流经防雷装置使电位升高，这样的高电位同样可以作用在电气线路、电气设备或其他金属管道上，在它们之间产生放电。由于雷电流的电磁效应，在它的周围空间里会产生强大的磁场，处于电磁场中间的导体就会感应出很高的电动势。这种强大的电动势可以使闭合的金属导体产生很大的感应电流，引起发热及其他破坏。当雷电流入地时，在地面上可引起跨步电压造成人身伤亡事故。

2.2热效应

雷电流高热效应会放出几十至上千安的强大电流，巨大的雷电流通过导体，在极短的时间内转换成大量的热能，在雷击点的热量会很高，雷击点的发热量为500～2000焦耳，可造成易爆物品燃烧或金属熔化、飞溅而引起火灾爆炸事故。

2.3机械效应

雷电流机械效应主要表现为被雷击的物体发生爆炸、扭曲、崩溃、撕裂等现象而导致财产损失和人员伤亡。当被击物遭受巨大的雷电流通过时，由于雷电流作用产生的温度很高，一般在6000～20000℃，甚至高达数万摄氏度，被击物缝隙中的气体剧烈膨胀，缝隙中的水分也急剧蒸发为大量气体，因而在被击物体内部产生强大的机械压力，致使被击物体遭受严重破坏或发生爆炸。

2.4其他危害

雷电流静电感应可使被击物导体感生出与雷电性质相反的大量电荷，当雷电消失来不及流散时，即会产生很高电压发生放电现象从而导致火灾。雷电流电磁感应会在雷击点周围产生强大的交变电磁场，其感生出的电流可引起变电器局部过热而导致火灾。雷电波的侵入和防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用也会引起配电装置或电气线路短路燃烧而导致火灾。

2.5雷电对人的危害

雷击电流迅速通过人体，可立即使呼吸中枢麻痹、心室纤颤或心跳骤停，致使脑组织及一些主要器官受到严重损害，出现休克或忽然死亡。雷击时产生的电火花，还可使人遭受到不同程度的烧伤。

3　防雷措施

避雷器主要用于限制由线路传来的雷电过电压或由操作引起的内部过电压，是保证电力系统安全运行的重要保护设备之一，它的正常运行对保证系统的安全供电起着重要作用。

防雷措施可简单地概括为“泄”和“抗”两种方式。抗的方式主要适用于防雷的电气设备本身，使之具有一定的绝缘水平，或采用其他补救措施，以提高其抵抗雷电破坏的能力。泄的方式则使用在各种防雷装置上。如避雷针、避雷线、避雷网、避雷带和避雷器等，都是把雷电引向自身泄掉，以削弱其威力。

应当根据建筑物和构筑物、电力设备以及其它保护对象的类别和特征，分别对直击雷、感应雷和雷电侵入波等采取适当的防护措施。发生雷暴时，由于带电积云直接对人体放电，雷电流入地产生对地电压可能对人造成致命的电击，因此应掌握必要的人身防雷安全知识。

发生雷暴时，非工作必须，应尽量减少在户外或野外逗留的时间；在户外或野外最好穿塑料等不透水材料的雨衣。如有条件可进入有宽大金属构架或有防雷设施的建筑物、汽车或船只内。如在建筑屏蔽的街道或高大树木屏蔽的街道内躲避，要注意离开墙壁或树干8米以外。

发生雷暴时，应尽量离开小山、小丘和隆起的小道，离开海滨、湖滨、河边和池塘，避开铁丝网、金属晒衣绳以及旗杆、烟囱、宝塔、孤独的树木，还应尽量离开没有防雷保护的小建筑物或其他设施。

发生雷暴时，在户内应注意防止雷电侵入，应离开照明线、动力线、电话线、广播线、收音机和电视机的电源线、收音机和电视机的天线，以及与其相连的各种金属设备，以防止这些线路或设备对人体二次放电。

遇雷雨天气，还应注意关闭门窗，以防止球雷进入户内造成伤害。

4　电气设备的防雷

电气设备要防护来自直击雷、雷电反击和侵入雷电波的维护。变电所的直击雷保护通常采用独立的避雷针或避雷线。此外，为了防止发生反击事故，还应使变电所内全部接地装置成为一个整体，构成环状接地网，不要出现开口，使接地装置都能够充分发挥作用，降低跨步电压，以保证人身安全。

在线路遭受雷击时，由于线路绝缘水平往往较变电所内设备为高，因此沿着线路侵入到变电所的雷电行波的幅值往往是很高的，如无完善的保护措施，就有可能使变电所内的变压器和其他设备的绝缘损坏。如果是终端变电所，由于反射作用其电压还会升高，危险性更大，因此，对于沿进线侵入的雷电行波的危害更应给予高度重视。

对线路侵入的雷电波的保护，通常按不同的电压等级和容量采取相应级别的保护接线。变电所的保护接线规定了保护系统的构成以及各保护元件与被保护设备之间的关系。

5　输电线路的防雷措施

输电线路防雷设计的目的是提高线路的耐雷水平，降低线路的雷击跳闸率。在确定线路防雷方式时，应综合考虑系统的运行方式，线路的电压等级和重要程度、线路经过地区雷电活动的强弱、地形地貌的特点、土壤电阻率的高低等自然条件，并考虑当地原有的运行经验，根据技术经济比较的综合结果，采取合理的保护措施。

5.1架设避雷线

架设避雷线是高压特别是超高压线路防雷的基本措施，其作用主要是防止雷直击导线，同时还有分流作用，以减小流经杆塔入地的电流，从而降低塔顶电位。通过对导线的耦合作用可以减少线路绝缘承受的电压，它对导线还有屏蔽作用，可以降低感应过电压。

110kV及以上电压等级的线路一般都应全线架设避雷线，35kV及以下电压等级的线路则一般不全线架设或不架设避雷线。避雷线的保护角大多取20°～30°。

330kV及以上超高压、特高压线路都架设双避雷线，保护角在15°及以下，国外有许多超高压线路还根据电气几何模型确定保护角，要求绕击闪络区为零。

为了降低正常运行时避雷线中感应电流的附加损耗和利用避雷线兼作高频通道，超高压线路将避雷线通过一个小间隙接地。正常运行时避雷线对地绝缘，雷击时间隙被击穿，使避雷线接地。

5.2降低杆塔接地电阻

对于一般高度的杆塔，降低杆塔冲击接地电阻是提高线路耐雷水平、降低雷击跳闸率的有效措施。

在土壤电阻率低的地区，应充分利用铁塔、钢筋混凝土杆的自然接地电阻。在高土壤电阻率的地区，用一般方法难以降低接地电阻时，可采用很多放射形接地体，或连续伸长接地体或采用专用的接地模块降低接地电阻值。

5.3架设耦合地线

在降低杆塔接地电阻有困难时，可采用耦合地线的措施，即在导线下方加设一条接地线。它具有分流作用，又加强了避雷线与导线间的耦合，可使线路绝缘子的过电压降低。运行经验证明，耦合地线对降低线路的雷击跳闸率效果显著，大约可降低50%。

5.4采用消弧线圈接地方式

在雷电活动强烈而接地电阻又难以降低的地区，对于110kV及以下电压等级的电网可考虑采用系统中性点不接地或经消弧线圈接地方式。这样可使绝大多数雷击单相闪络接地故障被消弧线圈消除，不至于发展成为持续工频电弧。而当雷击引起两相或三相闪络故障时，第一相闪络并不会造成跳闸，先闪络的导线相当于一根避雷线，增加了分流和对未闪络相的耦合作用，使未闪络相的绝缘电压下降，从而提高了线路的耐雷水平。我国的消弧线圈接地方式运行效果很好，雷击跳闸率大约可以降低三分之一。据报道，我国重庆和温州的一些110kV架空线路已经采用中性点经消弧线圈接地方式。

5.5加强绝缘

对于输电线路的个别大跨越、高杆塔地段，落雷机会增多。塔高等值电感大，塔顶电位高，感应过电压也高。绕击的最大雷电流幅值大，绕击率高。这些都增高了线路的雷击跳闸率。为降低跳闸率，可在高杆塔上增加绝缘子串的片数，加大大跨越档相线与地线之间的距离，以加强线路绝缘。

5.6采用不平衡绝缘方式

在现代高压及超高压线路中，采用同杆并双回线路的日益增多。为了降低雷击时双回路同时跳闸的故障率，当用通常的防雷措施无法满足要求时，可考虑采用不平衡绝缘方式，也就是使两回线的绝缘子片数有差异。这样，雷击时绝缘子片数少的回路先闪络，闪络后的导线相当于地线，增加了对另一回路断线的耦合作用，使其耐雷水平提高，不再发生闪络，保证线路继续送电。一般认为两回路绝缘水平的差异宜为两倍相电压（峰值），差异过大将使线路的总跳闸率增加。

5.7装设自动重合闸装置

由于架空线路绝缘具有自恢复性能，大多数雷击造成的冲击闪络在线路跳闸后能够自行消除，因此安装自动重合闸装置对降低架空线路的雷击事故率效果较好。据统计，我国110kV及以上的高压架空线路一次重合闸成功率达75%～95%，35kV及以下的架空线路为50%～80%。因此各级电压的架空线路都应尽量装设自动重合闸装置。注意，电缆线路一般不宜装设自动重合闸装置。

5.8综合防雷击闪络的治理措施

在设计阶段宜考虑地形地貌影响，在运行阶段结合运行经验专项治理，加大防雷新技术研究与应用推广。

雷电是自然界的一种复杂的自然现象，对其机理与特性仍未能充分认知，相关防范措施仍有待进一步创新。因此，加大防雷新技术研究与应用推广仍是必要的。例如：开展直流线路避雷器应用研究；针对山顶及边坡对架空地线保护角的运行及相关防雷措施研究；利用相间间隔棒减小保护角的研究；接地装置测试与改造研究；线路避雷器等新型辅助防雷设施的安装与运行维护管理研究；开展兼具防冰防雷功能的杆塔塔型研究等。

6　输电线路雷击故障预防措施

每年3月底前应完成防雷实施检查及缺陷处理。

认真查阅气象资料，在规划设计前期尽量避开雷电活动较为频繁的区域，合理选择线路走径。

根据线路的自身特点和环境因素，有针对性地开展差异化防雷改造。

积极采用新的防雷装置，为输电线路的综合防雷工作积累实际经验。

认真搜集微地区、微气象资料，在规划设计前期尽量避免雷电活动较为频繁的区域。

提高输电线路架空地线的分流能力，以减少因过电流发生断线故障。

重点检查有无去年甩掉而未投入运行的避雷器、避雷器引线及接地装置连接是否完好，新架设线路及临时用电设备拆除的线路末端有无防雷空白点，中压架空绝缘线路安装放电钳位绝缘子或防雷放电线夹是否齐全，防雷接地电阻值是否合适，多雷区的防雷改进措施是否落实等。

雷雨季节后做好防雷总结，以指导防雷工作。

综上所述，我们分析了雷电的形成和危害，输电线路的防雷措施。为了使电力更好地为人类服务，我们应该尽可能预防和减小雷电造成的危害。

［1］卢明.输电线路运行典型故障分析［M］.北京：中国电力出版社，2014.

［2］曾昭桂.输配电线路运行和检修（第四版）［M］.北京：中国电力出版社，2013.

［3］宁歧.架空配电线路及设备典型故障［M］.北京：中国水利水电出版社，2011.

［4］张逸群，李海星.输电线路典型故障案例分析及预防［M］.北京：中国电力出版社，2012.

［5］道客巴巴.输电线路雷击原因与防雷措施.

［6］百度知道.

［7］高庆敏.电气防火技术［M］.北京：机械工业出版社，2012.

［8］戴绍基.安全用电［M］.北京：高等教育出版社，2012.

［9］孙熙，蒋永清.电气安全［M］.北京：机械工业出版社，2011.

［10］张逸群，李海星.输电线路典型故障案例分析及预防［M］.北京：中国电力出版社，2012.

［11］杨斌，章立军，郭云，等.电气设备诊断现场实用技术［M］.北京：机械工业出版社，2012.

王记昌（1983－），河南省周口市人，硕士研究生，河南工业职业技术学院机电自动化学院教师，主要从事电气教学和电气工程研究工作。

季祥（1981－），河南省南阳市人，河南工业职业技术学院机电自动化学院教师，主要从事电气教学和电气工程研究工作。

Measures and methods of anti－thunder and anti－lightning of power transmission lines

WANG Ji－chang，JI Xiang
（Henan Polytechnic Institute，Nanyang 473000，China）

The transmission line is the important constituent part of the grid，because it is exposed in the wild area under influence of the external heavy weather and bad environment for a long time，and it may lead to the line faults at any time，also may affect the safety of the power supply，and seriously may lead to large area power outage.The anti－lightning protection measures of the transmission line，the causes and harms of the thunder and lightning，the anti－lightning protection measures of the electric equipments and the lightning accident preventions of the transmission line are presented.，

transmission line；thunder and lightning；lightning arrester；safety

TM726

A

1005—7277（2016）01—0058—05

2015－09－22