高压输电线路雷电绕击影响因素及防护技术

鸿泰电力集团有限公司 李俊杰

1 引言

雷电绕击是指高压输电线路在雷电天气条件下，由于电磁感应作用而产生的高电压脉冲，导致线路、设备、绝缘子等遭受电击、击穿或破坏的现象[1]。雷电绕击是一种高能电磁波，其特点是脉冲幅度大、频率宽、波形复杂、能量密度高等，能够对高压输电线路和周围环境产生不可忽视的影响。雷电绕击的发生与天气条件、地形条件、输电线路结构等因素密切相关[2]。对高压输电线路雷电绕击的影响因素进行研究，对有效防护和避免雷电绕击的危害具有重要的意义。

2 高压输电线路雷电绕击的影响因素

高压输电线路雷电绕击的发生与多种因素有关，包括地形条件、气象条件、输电线路结构等。

2.1 地形条件

地形条件是影响高压输电线路雷电绕击的重要因素之一。在雷电天气下，地形的高低起伏、地形的起伏和斜度、地表覆盖物等因素都会对雷电绕击产生影响。地形的高低起伏会影响大气电场的分布，进而影响雷电绕击的位置和强度。地表覆盖物也会影响大气电场的分布，从而影响雷电绕击的强度和频率。

2.2 气象条件

气象条件是影响高压输电线路雷电绕击的另一个重要因素。气象条件包括天气、温度、湿度以及降雨等因素。在雷电天气下，空气中的气体会发生电离，形成电离层，进而影响雷电绕击的发生和强度。温度、湿度等气象因素也会影响空气中的电离情况，从而影响雷电绕击的发生和强度。

2.3 输电线路结构

输电线路结构是影响高压输电线路雷电绕击的另一个重要因素[3]。输电线路结构包括线路高度、线路形状、导线材质等因素。在雷电天气下，高度较高的输电线路容易成为雷电绕击的目标。线路的形状和导线材质也会影响雷电绕击的发生和强度。因此，对高压输电线路的结构进行合理的设计和改进，可以有效地降低雷电绕击的危害。

3 高压输电线路雷电绕击的危害

3.1 直接危害

3.1.1 设备损坏

高压输电线路是由许多电力设备和电气线路组成，这些设备和线路都是极其敏感和脆弱的。雷电绕击产生的电磁脉冲会对这些设备和线路造成直接的破坏和损坏，导致设备失灵或者瘫痪。如高压变压器、避雷器、电缆等设备都容易受到雷电绕击的影响，从而发生故障，甚至损毁。

3.1.2 人员伤亡

雷电绕击产生的强电场和强磁场会对人体造成伤害，从而导致人员伤亡。在高温、潮湿的环境下，雷电绕击更容易引起人员伤亡。在雷电天气时，高压输电线路的工作人员必须采取严格的安全措施，避免接触高压电线。

3.2 间接危害

3.2.1 停电

高压输电线路是电力系统的重要组成部分，如果设备瘫痪或损坏，就会导致电网停电。停电不仅会影响社会生产和人民生活，还会对电力系统的稳定运行造成极大的影响，甚至引起连锁反应，导致更大范围的停电。

3.2.2 环境污染

高压输电线路设备损坏导致的事故，可能会造成环境污染，如电气设备漏油、电缆烧损等。这些污染物可能会对周围环境和人体健康造成影响，甚至影响生态平衡。

3.2.3 经济损失

高压输电线路设备损坏导致的停电和事故，将给社会和企业带来巨大的经济损失。停电会导致企业生产停滞，商业活动减缓，给政府和企业带来直接的经济损失。事故处理和设备维修也需要耗费巨大的资金和人力，进一步增加了经济负担。

4 高压输电线路雷电绕击的防护技术

4.1 接地保护技术

高压输电线路雷电绕击的接地技术基于过电压保护的原理[4]，即在遭受雷电冲击时，通过合适的接地系统将雷电引入地面，以保护设备不受影响。其中负角接地和正角接地是常见的两种接地技术。

负角接地是将支架通过接地杆与大地相连，在雷电冲击时，雷电会沿着接地杆进入地面，由接地杆引起地面电流，从而形成一个低阻抗的回路，将过电压导向地面，可有效降低过电压的峰值。正角接地是通过电缆连接输电线路支架与大地，形成一定的电阻，并通过金属氧化物避雷器等装置实现引雷保护。当线路遭受雷电冲击时，电荷会顺着接地系统回流到地面上，从而减少对设备的破坏。

4.1.1 适用性

高压输电线路雷电绕击的接地技术适用于需要防雷的电力设施，如变电站、输电线路、配电房等场所。在选择接地技术时，需要考虑土质、土壤湿度、地埋深度等因素，充分了解地质条件和电力设备的特点，在此基础上选用合适的接地方式。

4.1.2 技术特点

负角接地技术接地电阻小，空间占用少，适用于地质条件好的地区，具有良好的过电压保护能力，在雷暴天气中具有优越的防护效果。但需要挖开地面，施工难度较大。正角接地技术成本较低，安装与维护也相对简单，适宜用于土壤湿度较高、土壤电阻率较低的地质条件下。但正角接地技术对于过电压的保护能力相对较弱。

4.2 负角保护针技术

负角保护针技术是一种用于防止高压输电线路雷电绕击的技术。其原理是通过在输电线路的负角上安装一些特殊的针状避雷器，使得雷电在针状避雷器上形成电晕放电，将雷电电荷引入地下，避免雷电绕击对输电线路和设备的损坏。增加负角保护针如图1所示。

图1 增加负角保护针

负角保护针技术的设备主要包括：

一是针状避雷器。针状避雷器是负角保护针技术的核心部件，其形状类似于针头，通常由导电材料制成。针状避雷器通过与空气中的电荷形成电场，将雷电电荷引向地下，从而保护输电线路和设备免受雷电绕击的危害。

图2 线路安装负角保护针后的情景

二是接地装置。接地装置是负角保护针技术的重要组成部分，其作用是将针状避雷器引入的雷电电荷引入地下。接地装置需要考虑接地电阻的大小和接地点的选择等因素，以确保接地的有效性。

三是支撑装置。支撑装置是负角保护针技术的辅助装置，其作用是将针状避雷器安装在输电线路的负角上，并保持其稳定。支撑装置需要考虑强度、稳定性等因素，以确保针状避雷器的安全性和有效性。

4.3 绝缘保护技术

绝缘保护技术的是通过采用绝缘材料或绝缘结构来隔离输电线路和设备与大气之间的电荷，避免了雷电绕击对输电线路和设备的损坏。当雷电电荷接近输电线路和设备时，会在表面产生电位分布，因此可采用绝缘的方法来隔离电荷，从而降低雷击产生的危害。

绝缘保护系统主要由绝缘材料、绝缘子以及绝缘子串等组成。绝缘材料能够有效地隔离电荷。绝缘子是一种特殊的电气器件，用于支持和固定输电线路，起到绝缘保护的作用。绝缘子串是由若干个绝缘子组成的串联结构，用于支撑和绝缘输电线路。绝缘保护技术适用于高压输电线路和设备的防雷防静电保护。适用范围包括输电塔、变电站以及电缆隧道等环境。绝缘保护技术能够有效地隔离电荷，提高设备的抗雷电能力和可靠性。

绝缘保护系统的设计和施工必须符合相关的国家标准和规定；绝缘材料、绝缘子和绝缘子串的选择和使用要科学合理，以确保绝缘效果良好；绝缘保护系统的运行和维护必须由专业技术人员操作；定期检查和测试绝缘保护系统的运行情况，及时发现和处理问题；在使用绝缘保护技术时，应注意其对周围环境和人员的影响，避免引发其他安全事故和环境污染。

4.4 常用的避雷装置

避雷装置是一种常用的高压输电线路雷电绕击的防护技术。其原理是利用避雷针、避雷网等装置，将雷电电荷通过导线或接地体引流到地下，从而避免了雷电绕击对输电线路和设备的损坏。避雷装置的安装和维护需要专业技术人员进行操作，以确保其安全有效。

常用保护高压输电线路雷电绕击的避雷装置主要包括：

一是避雷针。避雷针是一种传统的避雷装置，通常由双针、单针和多针组成。在雷电天气下，避雷针可以将大气中的电场集中到针尖，形成电晕放电，从而达到消除雷电势的目的。避雷针的优点是结构简单、安装方便、价格低廉，但其避雷半径较小，只适用于小规模的避雷保护。

二是金属氧化物避雷器。金属氧化物避雷器是一种新型的避雷装置，主要由氧化锌元件和金属外壳组成。在雷电天气下，金属氧化物避雷器可以吸收大气中的雷电电荷，通过氧化锌元件将其消散，起到保护高压输电线路的作用。金属氧化物避雷器的优点是避雷半径大、灵敏度高、可靠性强，但价格较高，维护保养也较为复杂。

三是避雷网。避雷网是将整个高压输电线路覆盖在网状的金属结构中，从而形成一个大型的避雷系统。在雷电天气下，避雷网可以将大气中的雷电电荷分散到地面，保护高压输电线路的安全。避雷网的优点是避雷半径大、可靠性强、适用范围广，但其建设和维护成本较高，需要占用较多的土地资源。

四是绝缘子串。绝缘子串是一种特殊的避雷装置，主要由若干个绝缘子组成。在雷电天气下，绝缘子串可以将大气中的雷电电荷分散到地面，从而保护高压输电线路的安全。绝缘子串的优点是适用范围广、可靠性高、不占用土地资源，但其建设成本较高，需要考虑绝缘子的材料、数量、安装等问题。

不同的避雷装置在保护高压输电线路雷电绕击方面各具优缺点，需要根据实际情况进行选择。在选择避雷装置时，需要考虑其避雷半径、灵敏度、可靠性、建设和维护成本等因素，并进行全面评估。还需要根据不同的地理环境、气候条件、电力设备等因素进行调整和改进，以保证高压输电线路的安全运行。

5 结语

高压输电线路雷电绕击是一种常见的自然灾害，会对人们的生命和财产带来巨大威胁。为了确保高压输电线路的安全运行，需要采用一些有效的防护屏蔽技术，在实际应用中，选择合适的防护屏蔽技术需要根据实际情况综合考虑和选择。应该严格按照国家标准和规定进行操作，确保防护屏蔽技术的有效性和可靠性。同时，也需要加强监测和维护，及时处理线路及设备的安全隐患，确保高压输电线路的安全运行。