架空铝合金输电线路防雷设计措施

左伟

（娄底星源电力勘测设计有限责任公司，湖南 娄底 417000）

0 引言

架空铝合金输电线路一般建设的长度较长，而且会穿过山岭、丘陵，跨越河流与湖泊，这些区域都会存在较为频繁的雷电活动，增加了架空输电线路受到雷击的概率。如果铝合金架空输电线路在运行过程中受到雷击，会产生雷害事故，其中最常见的是跳闸，这不仅会影响整个电力系统的正常运作，还会给线路和开关的维护工作带来一定的难度，而且，在输电线路受到雷击以后，如果线路上落雷，则雷电波会入侵变电站，如果变电站的保护设施不完善，会给变电站内部的绝缘设备造成损坏。

1 架空铝合金输电线路防雷设计的重要性

电力企业工作人员在设计架空铝合金输电线路防雷方案时，首先要深入分析雷电产生的原因，才能从根源上降低输电线路遭受雷击的可能性。雷电产生的过程较为复杂，主要原因是大气中的水汽和寒流相遇，会产生气流冲击力，一旦气流受到冲击，正负电荷便会吸附在一些水滴上，同时，拥有负电荷的水滴在气流作用下会逐渐形成雷暴，雷雨云在天空中彼此相撞便会产生电荷，产生了常见的雷电。闪电产生的电流非常高，而且发射出来的电压数值也较高，闪电产生过程中能够出现的最高温度为2000℃，但时间较短，仅有几微秒，在此过程中，闪电产生的高温度以及高电压会给周围的空气和云层造成剧烈的变化，并伴随着膨胀现象，同时也会产生非常强大的感应电压，这便造成输电线路电网的运行故障。一旦架空线路的绝缘设备受损，同时也受到雷击，便会给线路设备以及周围的建筑物造成巨大的毁坏，不仅会给周围人们的日常生活安全造成威胁，还会给电力企业带来严重的经济损失。因此，对架空铝合金输电线路采取针对性的防雷设计方案是非常有必要的，只有认真分析架空铝合金输电线路雷害事故产生原因，在此基础上采取针对性的防雷方案，才能提高输电线路的运行安全性和效率[1-2]。

2 雷害事故发生的原因

2.1 雷电绕击闪络

输电线路会通过架设避雷线来确保线路不会遭受雷击，然而，部分线路在遭受雷击以后，雷电会绕过避雷线并击中导线，使导线上产生巨大的过电压值，一旦过电压值超过线路绝缘性能的耐受电压水平，便会产生冲击闪络现象，从而引发跳闸。虽然绕击故障发生的概率较低，但导线上会产生巨大的过电压值，产生跳闸事故的概率便超过了60%以上。

2.2 雷电反击闪络

如果雷电击中避雷线档距中央，雷电流会快速向两侧运动，在流过塔杆和接地体以后，便会流入大地，在此过程中，中央雷击电压会击穿空气间隙，从而便会产生跳闸事故。在实际设计过程中，工作人员要重点关注档距中央，确保导线与避雷线之间的距离在S≥0.012L+1m（L为档距，单位：m；气温为+15℃，无风、无冰）范围内。

3 防雷设计原则

电力企业在设计输电线路的防雷方案时，要结合线路的电压、负荷性质和系统运行方式来进行，在此基础上结合行业内先进的防雷设计经验以及线路建设区域雷电活动的强弱和频率，同时还要关注当地的地形、地貌以及土壤电阻率，这才能选择最经济、最合适的防雷设计方案，保证输电线路能够稳定运行[3]。

4 具体防雷措施

4.1 选择合理的线路路径

在架空铝合金输电线路设计过程中，选择合理的线路路径能够降低线路遭受雷击的概率，能减小雷击事故发生的可能性。高耸的山脊、水域、金属矿藏、高雷暴日地区发生雷电的概率较大，在架设输电线路时，要尽量避开这些地区，然而在避开这些地区的同时，可能会增加线路建设的经济成本，需要电力企业进行综合考虑，选择最佳的架设方案[4]。

4.2 架设避雷线

架设避雷线这个防雷措施是最基本、最有效的防雷措施，能够直接避免雷电击打在导线上，降低雷电反击闪络的作用，其原理主要分为以下两方面：第一，雷电击倒在避雷线上会分流，从而减小流经杆塔的雷电流，降低了塔顶的电位。第二，促使导线产生耦合电压，能降低线路绝缘子串两侧的电位差[5]。

4.3 加强线路绝缘

提高输电线路绝缘水平能够提高反击闪络的塔顶允许电位，能降低雷电反击闪络方的概率。由于线路在架设过程中对绝缘子的片数有着严格的限制要求，过多增加绝缘子片数会降低直线塔杆的水平档距，从而便会产生侧跳线到塔身安全距离不足的现象，虽然可以通过加大塔头设计尺寸来解决，但需要增加资金成本投入。

4.4 降低杆塔接地电阻

杆塔接地电阻与塔顶电位之间存在直接联系，假设雷电流为三角波，即i=αt，其中α取为雷电流平均陡度值，kV/μs。当雷击杆塔顶部时，一部分i通过杆塔流入大地，即ig；另一部分经避雷线分流，即iT。如杆塔的分流系数用β表示，则通过杆塔的电流为：

雷击杆塔时通过线路耦合在架空线上感应的电压即为雷电通道对导线的总影响[6]。

电力企业工作人员在提高输电线路的耐雷水平时，其能够通过降低杆塔接地电阻来完成，以此降低雷电反击闪络的概率。此外，降低杆塔接地电阻的措施，还能够提高架空铝合金输电线路上安装的避雷器自身的泄流速度，能够更好地发挥线路避雷器的防雷作用功能。防雷在于接地，降低杆塔接地电阻是电力企业在输电线路防雷工作中的重点。传统的杆塔接地方案主要采用水平敷设热镀锌圆钢或结合垂直接地角钢的方式来完成。如果土壤的电阻率较高，便需要通过换土、使用化学降阻剂等措施来降低杆塔位的接地电阻，如果化学降阻剂使用过量，会给地网造成腐蚀，同时也会给周围的环境造成一定污染，而且降阻的效果也不稳定。近年来，随着科学技术的不断发展，非金属接地模块和石墨接地体等新型接地材料在降低杆塔接地电阻过程中得到了广泛的应用，新开发的接地材料具有抗腐蚀、免维护、施工简单、快捷、降阻稳定性好等优点，在行业内逐渐得到推广。

4.5 装设线路避雷器

电力企业常用的线路避雷器主要为金属氧化锌避雷器，包括串联间隙型和无间隙型两种类型。在建设架空铝合金输电线路时，其安装线路避雷器主要与导线绝缘子串并联安装，然后在工频电压下会产生较高的电阻，如果输电线路遭受雷击，雷电波便会传导至避雷器中，一旦雷击产生的过电压超过避雷器自身的启动电压，避雷器会开启自动泄流功能，导线上雷击产生的过电压值迅速疏导并降低，当过电压值下降到规定范围内以后，避雷器便会关闭泄流功能，从而保持高电阻的状态[7]。避雷器的启动电压和雷击放电后的残留电压，都小于绝缘子串的闪络电压。对避雷器的要求是必须拥有足够快的泄流速度，而且泄流持续的时间要短，这样才能保证绝缘子串不会产生闪络的现象，降低雷电绕击闪络现象产生的概率。如果在架空铝合金输电线路上安装避雷器，而避雷器本身的价格较为高昂，同时，在输电线路后期运行过程中，对避雷器进行维护也需要投入一定的资金成本费用，才能保证避雷器能够良好地发挥其应有功能，降低输电线路受到雷击的概率。电力企业要结合架空铝合金输电线路实际的建设方案要求和建设范围，在适当的位置安装一定数量的线路避雷器，这样才能保证输电线路的正常安全稳定运行。

4.6 减小线路的保护角

架空铝合金输电线路防雷维护方法，主要通过降低110kV输电线路的耐雷水平来完成。已经建设完成且投入运营的输电线路无法对线路的保护角进行改变，而且，针对地势环境较为复杂、杆塔较高的线路，也很难改变线路的保护角。如果需要对输电线路的保护角进行适当的减小，需要从多个方面进行综合考虑，并安排专业人员进行充分研究，在研究结果的基础上，选择正确、合理、适宜的线路改良方案。

5 结论

综上所述，架空铝合金输电线路防雷设计错失存在一定的多样性和针对性。对于电力企业，其在对输电线路进行防雷设计时，要安排专业人员做好充分的调查，充分了解线路的建设规模和大小以及建设区域的地质情况，在此基础上明确输电线路防雷设计方案，并划分完善的区段防护等级，结合等级的差异化配置完善防雷措施，才能保证输电线路在实际运行过程中处于安全稳定的状态。