电力系统防雷工程设计研究

郭仲恺 杨国岭

摘 要： 随着经济改革的不断深入，加速了电力改革的发展进程，输电线路管网有了较明显的改善。随着人们生活水平的日益提高，电能已成为人们生产生活的重要能源之一。经济的快速发展，对电能有了更高的需求，在不断开发电力能源的同时，建设者对于电力超系统防雷工作的重视力度也逐年提高，由于科技的进步，防雷设计上得到了有效的发展和创新，但雷电做为一种自然现象，对电力系统的危害将长期存在，所以为了保证人民群众的用电安全，电力系统还应重点加强防雷工程设计工作，及采取相关的技术措施，保证电网的正常运行。本文从雷电的危害进行分析，提出了防雷的重要性及在电力系统弱电装置中对防雷措施的具体运用。

关键词： 电力系统；防雷工程；设计

一、雷击的危害

自然界每年都有几百万次闪电。雷电灾害是“联合国国际减灾十年”公布的最严重的十种自然灾害之一。最新统计资料表明，雷电造成的损失已经上升到自然灾害的第三位。全球每年因雷击造成人员伤亡、财产损失不计其数。据不完全统计，中国每年因雷击以及雷击负效应造成的人员伤亡达3000～4000人，财产损失在50亿元到100亿元人民币。 雷电灾害所涉及的范围几乎遍布各行各业。雷击是指打雷时电流通过人、畜、树木、建筑物等而造成杀伤或破坏。云层之间的放电对飞行器有危害，对地面上的建筑物和人、畜影响不大，但云层对大地的放电，则对建筑物、电子电气设备和人、畜危害甚大。一但对万物造成危害都可以称为被雷击。其危害主要有四种：

1、直击雷。带电的云层对大地上的某一点发生猛烈的放电现象，称为直击雷。它的破坏力十分巨大，若不能迅速将其泻放入大地，将导致放电通道内的物体、建筑物、设施、人畜遭受严重的破坏或损害——火灾、建筑物损坏、电子电气系统摧毁，甚至危及人畜的生命安全。

2、雷电波侵入。雷电不直接放电在建筑和设备本身，而是对布放在建筑物外部的线缆放电。线缆上的雷电波或过电压几乎以光速沿着电缆线路扩散，侵入并危及室内电子设备和自动化控制等各个系统。因此，往往在听到雷声之前，我们的电子设备、控制系统等可能已经损坏。

3、感应过电压。雷击在设备设施或线路的附近发生，或闪电不直接对地放电，只在云层与云层之间发生放电现象。闪电释放电荷，并在电源和数据传输线路及金属管道金属支架上感应生成过电压。 雷击放电于具有避雷设施的建筑物时，雷电波沿着建筑物顶部接闪器（避雷带、避雷线、避雷网或避雷针）、引下线泄放到大地的过程中，会在引下线周围形成强大的瞬变磁场，轻则造成电子设备受到干扰，数据丢失，产生误动作或暂时瘫痪；严重时可引起元器件击穿及电路板烧毁，使整个系统陷于瘫痪。

4、系统内部操作过电压。因断路器的操作、电力重负荷以及感性负荷的投入和切除、系统短路故障等系统内部状态的变化而使系统参数发生改变，引起的电力系统内部电磁能量转化，从而产生内部过电压，即操作过电压。操作过电压的幅值虽小，但发生的概率却远远大于雷电感应过电压。实验证明，无论是感应过电压还是内部操作过电压，均为暂态过电压（或称瞬时过电压），最终以电气浪涌的方式危及电子设备，包括破坏印刷电路印制线、元件和绝缘过早老化寿命缩短、破坏数据库或使软件误操作，使一些控制元件失控。

5、地电位反击。如果雷电直接击中具有避雷装置的建筑物或设施，接地网的地电位会在数微秒之内被抬高数万或数十万伏。高度破坏性的雷电流将从各种装置的接地部分，流向供电系统或各种网络信号系统，或者击穿大地绝缘而流向另一设施的供电系统或各种网络信号系统，从而反击破坏或损害电子设备。同时，在未实行等电位连接的导线回路中，可能诱发高电位而产生火花放电的危险。

二、电力系统防雷设计要点分析

1、选择合理的输电线路

雷击现象的发生一部分是受环境条件、地理条件、气候状况等的影响，某些地区在输电线路的设计上应该避开雷击多发区，如高山、纵深山谷地带、倾斜山坡等，来降低输电线路受到雷击的概率。

2、避雷装置的安装

（1）搭设避雷线。避雷线具有效率高、分流效果好、屏蔽作用明显等优点，被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，并能祸合导线降低输电线路、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）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。

（3）可控放电避雷针。该装置是通过动态环和储能装置来控制针头电场，使它能够在雷击发生前产生向上的先导，引发上行累闪，针尖出的电场强度较高，能迅速产生脉冲放电。该装置可有效降低雷电绕击的机率。该装置由四个部分组成，即针头、储能装置、金属支架、接地装置。可控放电装置可在塔顶地线支架上方安装，其安装个数和位置可根据杆塔的形状、地形进行调整，来确保可控针的保护范围满足安装要求。

（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。

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。被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。

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；钧换土法，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。

三、结束语

综上所述，随着社会的发展和科技水平的提高，我国的电力事业水平正在不断上升。为了提高电力系统的经济效益，电力系统防雷保护成为一项必不可少的工作。现今，电力系统的防雷设计变得越来越专业、准确和精细。为此，必须重视电力系统防雷设计，逐步完善现代电力系统的防雷体系，提高工程防雷能力。■

参考文献

[1]郭兆华.关于输电线路防雷措施的综合探讨[J]. 广东科技. 2010（10）

[2]張翠霞，葛栋，殷禹.直流输电系统的防雷保护[J].高电压技术，2008，34（1）：122-124.

[3]金莺.浅析电力系统的雷电保护[J].大科技·科技天地，2010（12）.

[4]庄文泰.高压输电线路的防雷保护[J].装备制造，2010，2（1）：199-200.