输电线路差异化防雷技术应用研究

■王 强

（国网浙江省电力有限公司检修分公司）

引 言

近年来，输电线路途径区域雷电事件频繁出现，如果防雷工作不到位，那么极易威胁人身安全，并且会为电力企业带来严重的经济损失。为促进电力企业稳健发展，应从输电线路运行风险防控工作入手，通过应用差异化防雷技术来降低线路故障发生率，使输电线路工作性能最优化，促进电力系统稳定运行。当前，分析输电线路差异化防雷技术实践应用具有必要性和迫切性。

1 差异化防雷技术基本介绍

差异化防雷技术指的是基于地区自然条件以及输电线路特征，针对性制定非同防雷方案的防雷方法[1]。由于电网供电要求逐渐提高，所以做好线路防雷工作十分关键，一般来说，防雷方法包括安装避雷器（避雷针）、增置配套绝缘设备、安装并联间隙等。应用差异化防雷技术，能够弥补单一防雷技术高成本、低效率等缺陷。现今，多数地区输电线路防雷工作多凭经验开展，区段地形、气象等条件仅被片面考虑，意味着防雷措施大体一致，最终会影响防雷效果，难以为输电线路提供安全运行环境[2]。从实用性角度来看，应遵循一切从实际情况出发原则，实施因地防雷策略，经多种防雷技术联用来优化防雷效果，使输电线路正常工作。

2 雷击跳闸影响因素分析

雷击跳闸现象较为常见，一旦跳闸问题产生，人们生产生活会因停电而受到影响。为有效降低雷击跳闸几率，应客观分析影响因素，大致了解雷击跳闸现象发生原因，进而创意设计防雷方案。

2.1 耐雷水平

输电线路跳闸现象出现，反映出线路自身耐雷击性能较差，所以会放大雷电危害，并产生系列化危险。雷雨天气出现后，线路耐雷性高低显得尤为重要，一般来说，影响耐雷性因素包括杆塔高度、杆塔接地电阻、避雷线类型及布设方式、绝缘子位置及数量等。换言之，输电线路耐雷性受多种因素影响，因雷击范围、雷击强度、雷击次数不尽相同，所以线路对雷电反击力相应增强，这是降低雷击危害的有效措施。深层次分析可知，杆塔越高，雷击范围随之扩大，并且雷击次数相应增多，这一因素与引雷成正比；接地电阻值增大，则耐雷水平减弱，主要是因为电阻值与杆塔顶部点位差成正比；绝缘子数量多少与闪络电压有直接联系，因为工作电压对线路耐雷水平影响较大，所以要合理调整绝缘子数量，保证各项参数设计的合理性[3]。

2.2 建弧率

雷电现象出现后，输电线路与雨水接触后，雷击电流会对雷电防御力产生重要影响。正常情况下，闪络现象不一定会诱发线路跳闸问题，但闪络会为工频电弧建立提供条件，一旦工频短路环节通过电流，那么必定出现短路故障，进而产生跳闸问题。总结来说，线路因雷击出现跳闸问题，这与建弧率有直接联系。

3 输电线路差异化防雷技术应用阻力

3.1 线路路径选择不当

差异化防雷技术防雷效果之所以片面发挥，这与线路路径选择工作有直接联系。当前，多数电力企业为快速完成输电线路建设任务，往往忽视区域实际情况，并且前期准备工作不到位，致使差异化防雷技术的实践应用流于形式[4]。这既会降低技术利用率，又会增加经济成本，使输电线路运行风险大大增加。

3.2 避雷线与避雷器低效应用

避雷线与避雷器是防控输电线路受雷电冲击的专项设备，但很多防雷技术人员凭借已有经验来运用避雷设备，这既影响避雷效果，又会错失线路雷击防控的最佳机会，进而影响电能输送效率及质量，最终降低电能用户满意度。长此以往，避雷线、避雷器设计工作将缺乏新意，并且输电线路因避雷设备功能减少而增加安全风险，导致差异化防雷技术应用水平居低不高。

3.3 杆塔接地电阻控制不当

从输电线路耐雷性影响因素分析中得知，杆塔接地电阻值大小对防雷性能有重要影响，实际上，接地电阻调节工作低效开展。分析原因可知，防雷技术人员片面认知地线杆塔高度与电阻大小间的关系，再加上接地电阻受环境影响较大，如果从业人员照搬理论知识于差异化防雷技术实践环节，会加剧雷击问题的负面影响，进而延长电能供应时间，并且电能质量难以得到可靠保证。

3.4 技术人员专业素质有待提高

输电线路差异化防雷技术应用期间，技术人员专业素质和技术能力对防雷效果有较大影响。现今，多数防雷技术人员实践经验较少，一旦输电线路防雷要求多样化提出，或者防雷技术联用要求动态变化，这对技术人员灵活应对能力提出挑战，如果技术人员难以全面地掌握差异化防雷技术的实施要点，那么防雷技术效用将片面发挥[5]。长此以往，技术人员会在本职工作中失去自信心，随着工作压力加大，多数防雷技术工作者会产生离职想法，意味着输电线路安全防护工作失去人才支持，这对电力企业发展、电网建设将带来负面影响。

3.5 绝缘方式创新速度缓慢

现今，多数供电企业在实际实施差异化防雷技术期间未有效采用现代化的不平衡绝缘方式，常用传统方法执行线路防雷任务，殊不知，传统绝缘法不能更好适应现代输电线路防雷需要，并且会带来系列化安全问题[6]。从另一个角度来看，不平衡绝缘方法在差异化防雷技术中具有较强实用性，如果不平衡绝缘法的作用低效现象，那么输电线路安全性和稳定性会大大降低。

4 输电线路差异化防雷技术应用过程及策略

4.1 应用过程

差异化防雷技术用于保护输电线路安全，技术应用过程包括数据库建立、技术方案修订、效果评估，结合具体案例逐项分析各环节的应用。

4.1.1 实际案例

某供电企业电网位于城市西南部，所处地域雷电活动相对较多。220千伏电压的输电线路数量共45条，线路长度为1600.21千米；110千伏电压的输电线路共110条，线路全长为1462.37千米。据数据统计可知，2014—2019年，该地区雷击跳闸现象共22次，雷电造成的经济损失十分严重，并不同程度影响当地人们生产生活。

4.1.2 应用步骤

第一，构建防雷数据库。为确保防雷工作有的放矢，事先了解雷区线路布设情况，经周密分析掌握线路运行状态、了解雷电发生规律，分类、汇总数据信息，为防雷决策制定提供依据。数据库内信息包括线路杆塔接地电阻值、杆塔接地引下线情况、绝缘子串结构及形式、杆塔受雷击频次及严重度、线路保护角等。

第二，修订技术方案。具体定位防雷治理区域，了解雷电频发区电闪密度，并对其进行等级划分，基于轻重缓急有效完成防雷装置配备任务，并稳步实施防雷策略。因为雷区内输电线路特点不相一致，所以要针对性制定防雷计划，尽可能提高防雷方案实用价值，为线路电能安全、稳定输送保驾护航。在此期间，借助防雷数据库获取价值信息，如雷击区段、防雷技术标准、以往雷击及防雷资料，在问题总结基础上，科学制定差异化防雷技术方案。

第三，差异化防雷技术应用效果评估。评估小组内部组织理论知识学习、防雷方案改进等活动，同时，组员之间互相交流防雷技术应用经验，通过取长补短来提高差异化防雷技术实践效用。此外，结合输电线路运行需要，以及风险维护要点来革新防雷技术，以此优化防雷效果。待人力资源、技术资源准备就绪后，全过程验收差异化防雷技术应用质量，针对不足之处及时弥补，最终得出具有参考价值的验收结果，为日后输电线路防雷工作奠定基础。评估过后，从多方面、多角度总结防雷经验，结合时代发展需要以及防雷要点来优化差异化防雷技术应用效果。

4.2 应用策略

4.2.1 选择线路路径

确定使用差异化防雷技术后，为确保防雷效果最大化，应优选线路路径，经防雷需求分析合理调整防雷方案。由于线路途经区段存在差异，不同区段地形地貌不尽相同，所以要具体分析区段内雷击现象，减少雷击区段内线路数量，并做好雷区内已有线路安全保护工作。一般来说，高地势、密集林密等区域易发生雷击事故，基于此，输电线路路径绕开高危区，并强化区段内防雷力度，减少不必要的经济损失[7]。

4.2.2 适当架设避雷线

安装避雷线是防控雷击的有效措施之一，要想充分发挥避雷线效用，应客观分析影响因素，如雷电强弱程度、线路电压安全范围、地势及气象条件等，视情况联用防雷方法，尽最大可能彰显差异化防雷技术的应用效果。举例来说，如果线路额定电压不超过45千伏，那么雷击后线路故障电流值较小，多数情况下出现短路、单相接地故障等现象。面对这种情况，防雷工作者制定中性点不接地方案，同时，制定备选方案，即消弧线圈接地方案。雷击事件发生后，接地故障不仅局限于单相，还可能是多相，启动相应的防雷预案，能够减少跳闸现象。避雷线大多与变电站进入端线路匹配，避雷线长度约1.5千米，其防雷效果最大化。与此同时，在雷电活跃区段安装长短不等的避雷线，以便为线路安全提供双重保障，大大减少线路运行风险。本文介绍的案例项目中，保护电压为110千伏输电线路时，需架设1462.37千米的避雷线，视情况增设双避雷线；保护电压为220千伏输电线路时，同样坚持全线避雷原则，并架设1600.21千米的双避雷线，合理调节边导线保护角度，做好接地操作[8]。

4.2.3 合理安装避雷器

输电线路运行过程中，视情况安装避雷器，虽然避雷器与上述避雷线作用相同，均起到防雷效果，但二者适用条件存在显著差异，意味着工作人员要根据具体需求以及避雷装置应用条件来选择适宜的避雷设备。对于避雷器，该设备适用于高电压输电线路保护工作。避雷器应用原理总结为：实际电压值变化幅度超过安全范围时，相关动作接连出现，这时避雷器会在通路阻挡方面发挥作用，实现电流向大地导入，避免电压持续升高，确保线路电能稳定、安全输送。启动差异化防雷技术后，应做好输电线路杆塔改造准备，如塔头安装210个避雷针，杆塔数量为105个，线路安装23个避雷器，杆塔数量为10个；塔头安装187个避雷针，杆塔数量为93个，线路安装40个避雷器，杆塔数量为24个；塔头安装181个避雷针，杆塔数量为91个，线路安装47个避雷器，杆塔数量为27个[9]。

4.2.4 减小杆塔接地电阻

之所以要将杆塔接地电阻值趋小化，因为这能强化输电线路耐雷强度，大大减少雷击现象，即便出现雷击事故，也能减轻雷击损失。对于防雷工作人员来说，要熟练应用多种降阻方法，掌握不同降阻方法操作要点，进而杆塔对雷电的抵御力会逐渐增强。常用降阻方法即利用降阻剂来调整土壤电阻值，尽可能扩大地网覆盖范围，进而提高防雷效率。正常情况下，杆塔接地电阻降低操作与地线科学架设操作联用，110千伏输电线路采用单线架设法；220千伏输电线路常用全线型双底线架设法。

4.2.5 提高技术人员专业素质

输电线路防雷活动如火如荼得开展，要想充分彰显差异化防雷技术应用效果，需要技术人员强化责任意识，在线路防雷实践中出色表现，进而为电力企业顺利转型、电网事业繁荣发展而助力。对此，电力企业管理者应面向技术人员组织培训活动，并外聘线路防雷经验丰富、差异化防雷技术实践能力较强的讲师，结合当前输电线路防雷现状以及具体需求进行理论知识传递，让从业人员掌握技术应用技巧，将多种防雷技术联用优势全面突显，进而提高防雷效率，保护输电线路安全。与此同时，组织多样化培训活动，如岗前培训、在职培训，让技术从业人员尽快适应输电线路防雷的区段环境，使其在防雷技术实践中良好表现，为差异化防雷技术应用提供人才支持。随着电力企业不断发展，差异化防雷技术应用要点相应变化，这要求防雷技术人员适时强化业务能力、提高综合素质，确保差异化防雷技术能够更好地服务于输电线路运行及维护，将线路质控水平大幅提升。

4.2.6 实施不平衡绝缘防雷法

随着用电量逐年增多，高压及特高压输电线路建设工作大范围开展，确保电能供需达到平衡状态。其中，双回路架线方式高效应用，既提高了空间利用率，又减少电线架设成本，但双回路架线方式存在电能中断输送这一不足，导致用户用电满意度大幅降低。基于此，利用不平衡绝缘防雷法减少因雷电冲击带来的停电问题，在这一过程中要掌握不平衡绝缘防雷法应用原理，以便优化防雷效果，真正保证输电线路安全。因为线路回路间增加绝缘子，雷击现象出现后，在绝缘子作用下产生不同程度闪络现象，一定程度上强化电线耦合性，进而起到防雷效果。需注意的是，工作人员动态监测绝缘层状态，以及绝缘子数量减少情况，如果绝缘防雷装置年限过久，或者设备外观受损，应及时换新，以此增强抗雷击性能，使输电线路稳定运行。在此期间，定期维护不平衡绝缘防雷系统，确保输电线路正常运行。

除上述介绍的几种措施外，还应运用创意思路进行差异化防雷设计，适当提高差异化防雷技术实用性，将输电线路运行风险有效防控，进而提升线路防雷性能。在此期间，参照电力企业防雷技术规范深入设计，在功能特性、耐雷效果、使用年限等方面入手，尽最大可能彰显防雷作用，并全面提升线路防雷水平。长此以往，电力企业输电线路建设工作能够良性推进。

4.3 应用分析

4.3.1 参数统计方面

线路是电能运输的重要载体，雷电作为时空外界因素，这种因素会不同程度影响电能质量及运输速度。影响因素之一即雷电流幅值概率分布情况，这种因素具有不变性，基于雷电定位系统来确定；另一种影响因素为地闪密度，该因素特征与雷电流幅值概率分布情况的特征相反，地闪密度属于可变性，导致变化的原因主要是地闪固定值和雷电日，主要依据气象部门工作人员对其进行全方面的观测和统计，以此完成防雷性能评估。

要想确保输电线路稳定运行，应有效掌握雷电活动规律，做到防雷及时性和有效性，减少雷电对电能造成的损失。实际上，上述两种因素还远远达不到预防效果，因此，需要构建完善的防雷评估体系，制定具体的评估策略，确保防雷性能准确分析、全面把握。

4.3.2 风险评估方面

首先，输入相关信息。输入线路地形特征、地理信息、地缘特征、地貌特征、结构特征等信息，势必要保证信息完整性和真实性，这能为防雷性能研究提供基础的信息支持，否则，差异性防雷技术在防雷性能评估中的意义无从显现。

其次，统计单位时间内跳闸次数。跳闸因素是分析防雷性能时空差异的主要影响因素，对于工作人员来说，应创新统计方法，在规定时间内完成数值统计任务，并将已得数值作为不同区段的加权平均值，以便为防雷性能有效性分析和时空差异对比提供依据。

再次，参数精确统计。差异化防雷系统自应用期间，为准确获取性能参数，应全面监控数据信息质量、适当掌控线路宽度、精确统计特定时间内地闪密度，据此得知输电线路价值信息，为差异化防雷技术有效应用提供参考，进而推动电力企业稳健发展。

最后，客观评估防雷性能。基于跳闸率数值评估差异化防雷技术的防雷效果，针对标准值、跳闸率对比分析，如果标准值不大于跳闸率，说明防雷效果能够达到预期要求，并且电网稳定性和安全性能够得到保证。除这种方法外，还能通过不同空间区域防雷效果对比来对其进行相关数值确定和等级划分，由于地区间电力企业在输电线路安全方面防控的要求存在差异性，所以要从地区实际出发，严格遵守当地电力部门的相关要求和规定[10]。除此之外，加强雷电预防力度，雷电预防性能分析阶段，应全面保证相关计算工作的合理性以及计算数值的准确性，以免因计算失准增加计算次数，进而会浪费人力资源，并增强工作强度。地理环境相对复杂的地区分析防雷性能时，为提高分析结果参考价值，应通过局部细分法来减轻工作压力，并利用加权算法减小计算误差，使输电线路防雷效果达到最佳。从中可以看出，评估差异化防雷技术应用效果，能为技术升级及创新提供有利条件，使输电线路平稳运行。

结 论

综上所述，电网建设工作方兴未艾，为优化输电线路建设效果、提升线路稳定性，应探索减少雷击频次以及雷击受损程度的有效方法。差异化防雷技术有效应用，能为线路电能输送活动创设良好环境，使电力服务效用最大限度彰显，其中，避雷线合理架设、避雷器有效安装、不平衡绝缘防雷法应用等方法能够起到防雷效果，并突破输电线路差异化防雷技术应用阻力。放眼长远，输电线路防雷要求会逐渐提高，所以要适时创新差异化防雷技术，为电力企业多元化建设提供优质服务。