输电线路设计中线路防雷技术的运用

卢迪 胡常鑫 郝斌 郑莹

摘要：高压输电线路是电力系统的重要组成部分，由于其所经之处的环境恶劣，大多为旷野、丘陵、水域或高山等，线路长期暴露在自然界中，故极易受到外界的影响或破坏。目前雷击仍然是危及输电线路安全可靠运行的主要因素，雷电击中输电线路是小概率事件，雷击瞬时产生的高压与强电流影响、破坏甚至摧毁输电线路及相关电力设施，严重时会造成大范围停电，因此防雷保护成为输电线路设计中需要重点关注的问题。

关键词：防雷技术;输电线路;设计

在输电线路的诸多危害中，雷击危害最为严重，无法预防。因此，加强配电线路的防雷已成为电力企业的一项重要工作。通过对避雷器和接地体的优化，可以方便地优化配电线路的防雷能力，保证我国电力的传输质量。

1雷击对电力系统的危害与作用机理

1.1对输配电设施的物理损坏

由于电气装置和电子元器件对电磁场、热效应以及强电流敏感性，输配电设施在遭受雷击时会受到多方面的损坏：（1）雷击瞬间释放的热量会造成线路断线、电力设施的金属材料熔断。（2）雷电的瞬时高压会击穿输电线路与电力设备的绝缘保护而引发电气火灾，同样会给输配电设施造成物理损坏。这些损坏对于输配电设施都是永久性损坏。

瞬时性故障主要是指由雷电引起的绝缘子表面闪络、线路对树枝放电、大风引起的短时碰线、通过鸟类身体的放电等原因引起的短路。瞬时性故障由继电保护动作断开电源后，故障点的电弧自行熄灭、绝缘强度重新恢复，故障自行消除，线路断路器自动重合闸恢复正常供电。

1.2影响电力系统运行稳定性

雷电产生的电磁场会干扰电气线路、电力设备的正常运行运行，雷击产生的感应过电压会造成电力设备、监测装置等的绝缘性能劣化，导致其运行稳定性下降。雷击引发的过电流也可能会触发电力系统的继电保护装置，发生停电跳闸事故，会给电力用户带来较为严重的损失。

因此，雷击事件对输配电网络的运行会产生多方面的不利影响，应在设计规划过程中合理的利用防雷设计技术，降低雷击事件发生的概率。

2输电线路防雷设计原理

在设计输电线路时，应分析线路所在区域气象条件、雷电流幅值密度，结合线路电压、设施安装分布等情况，研究雷击事件对电力系统的破坏机理，从而采取相应的对策。

2.1输电线路合理选择路径

雷电发生的频率与输电线路所处的地理位置、地貌、降水量、雨季雷暴日等环境特征有关。在进行输电线路设计时，通过对气象资料的搜集和分析，在线路规划时避开山谷、水域上方及周边以及盆地等雷电频发区域，能够有效降低被雷电击中的可能性。

2.2正确的防雷措施

目前输电线路的防雷保护措施主要通过架设避雷线，降低接地电阻，安装线路型避雷器，增设耦合地线以及提高绝缘等级等几种手段。架设避雷线和安装避雷器是输电线路防雷保护有效的措施。

输电线路合理选择路径后，为了减弱雷电带来的电磁场、强电流以及热效应造成的危害，在输电线路安装避雷器和避雷线，将雷击释放的电流引向接地保护系统，保护输电线路免遭损坏。不同的电压等级输电线路的避雷器和避雷线的选择与雷击放电强度、雷电流峰值及防雷保护装置整定电流有关，也和输电线路接地保护系统的接地电阻、避雷線接地电阻等参数有关。

2.3安装继电保护装置

采取各种措施虽能有效地降低雷击事件发生的频率，保护输配电设备免遭损坏，但雷电这一自然现象有着极大的偶然性。为了保证电力系统运行稳定可靠，还需安装继电保护装置，缩小雷击事件波及范围、降低断电可能性，提高电力系统故障自愈性。确保当雷击事故发生瞬时性故障时，输电线路能自动合闸供电。

2.4“疏导式”防雷保护

目前各种防雷措施的核心思想是尽可能提高线路的耐雷水平，减少雷击跳闸率。我国把线路雷击跳闸率作为考核电网安全运行的重要指标，也即是“堵塞型”防雷保护方式，这种方式在电源点稀少，电网网架薄弱的情况下是合适的，但实际中投资巨大，且技术上难以实施。因此，一些防雷研究专家又提出间隙防雷这种“疏导型”防雷保护方式，其核心思想是允许运行线路有一定的雷击跳闸率，采用间隙装置并联于绝缘子上，以定位雷电闪络路径，疏导工频电弧，避免绝缘子损坏，虽有雷击闪落，但重合闸能够成功，就不必担心线路的雷击事故。因此，若将两种方式很好地结合起来，因地制宜地采用，输电线路防雷保护工作将更进一步。

3防雷技术的应用

避开落雷密度偏大的区域。杆塔处于复杂的野外环境中，导致输电设备运行出现故障的原因以及故障的部位和形式极其繁杂，据电力运行部门提供的台账数据表明输电线路50%以上的事故都由雷击造成的。因此应基于前文所述对输电线路所处区域气象数据的分析，避免架空线路路径穿越地表水域、峡谷等高危地段。当输电线路经由平原与丘陵地带时，雷电会以直击雷的方式击中输电线路或基础设施造成输电线路反击，因此应在满足系统运行需求的前提下，尽量降低输电线路的冲击接地电阻。而在雷雨多发的山区，在避开落雷密度较大区域的同时，应通过安装避雷线提高输电线路的绝缘性能以减小被雷电绕击引发故障的概率。

避雷保护系统设计。避雷线的主要作用是将因雷击放电产生的强电流引入地下，避免线路发生闪络和击穿绝缘子。为了保护输电线路免遭雷击，220～750kV线路应全线架设双避雷线。110kV线路可沿全线架设避雷线，在山区和强雷区应架设双避雷线。在中低压输电线路，在雷击事件发生概率较大的区间配备避雷线。同时，还需要在线塔顶部以及变电设施等处设置避雷针，将雷电过电流引向接地装置，泄放大地。对于雷害高发区，地闪密度较大，雷害情况严重等地区的高压架空输电线路还可采用单独设计引雷塔进行防雷，引雷塔塔头上的可控避雷针高出被保护物的突出地位，形成负保护角，将雷云放电通道引向自身，然后通过引下线和接地装置将雷电流泄入大地，引雷塔防雷效果好且保护范围大。

强化防雷装置和避雷线以及接地网的分流作用。防雷系统主要依靠分流雷电流保障输电线路的正常运行，而避雷线与避雷器能够在泄放雷电流大小，取决于系统接地电阻的大小，接地电阻越小，防雷性能越好。对于山地土壤电阻较高区域一般可将具有优良导电性能的降阻剂敷设于接地网络周边，改善接地网络的引流效果。对于杆塔接地装置，可根据土壤电阻率将接地装置加大一级使用或采用新型的石墨接地材料代替常规圆钢接地，以降低接地电阻保证接地装置可靠性。

降低雷击所引发的故障的影响。雷击输电线路造成大面积停电的后果很严重，为了降低雷击失压的可能性在环境条件不允许采用降低接地电阻的技术方法时，可在线路下架设耦合地线代替，利用其起到分流作用。其次在设计输电线路的二次回路时，根据防雷需要设置继电保护装置，在系统因感应过电压瞬时性故障等引发继电保护装置误动时，能够准确识别故障原因并自动重合闸，避免因雷击导致长时间断电。

在电源点多，电网网架强大的区域，并联间隙并联于绝缘子两侧，当雷击到线路上时，雷电过电压通过间隙放电，工频持续电流在间隙间燃烧受到电弧电动力和风的作用逐渐熄灭，使得绝缘子串得到保护而免于损坏。由于空气绝缘可在短时间内自行恢复，间隙放电属于瞬时性事故，从而提高了重合闸的成功率。

4结语

输电线路雷击事件发生的因素与所在区域气象特点、地形地貌以及岩土导电性等不可控因素有关，也与输电线路设施、设备自身构造、材质以及物理性质的可控因素有关。在设计线路时，为防范雷击输电线路造成的影响和损失，可从可控因素的方面进行研究。综上所述，降低接地电阻与安装防雷措施是保护输电线路免遭雷击的有效方法。

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