输电线路设计中线路防雷技术的运用

肖庆华

摘要：电力工程建设对保障工业生产、城市建设具有重要作用，为切实保证电网安全运行与电能传输质量，需在输电线路设计中做好线路防雷设计，选择合理的线路防雷技术应用，用以防范或降低输电线路因雷电所造成的线路短路、燃烧等问题影响，确保输电线路能够长期处于安全、稳定的运行状态。因此分析与研究输电线路设计中线路防雷技术的运用，以期为提高输电线路防雷保护效果提供参考与借鉴。

关键词：输电线路设计   线路防雷技术   配电线路   防雷治理   技术运用

中图分类号：TM863    文献标识码：A

Application of Line Lightning Protection Technology in Transmission Line Design

XIAO Qinghua

（Jingjian Branch，Hubei Jingneng Power Transmission and Transformation Engineering Co.， Ltd.， Jingmen，Hubei Province， 448000 China）

Abstract： The construction of power engineering plays an important role in ensuring industrial production and urban construction. In order to effectively ensure the safe operation of the power grid and the quality of power transmission， it is necessary to do a good job in line lightning protection design in transmission line design and select reasonable line lightning protection technology applications to prevent or reduce the impact of line short circuit， combustion and other problems caused by lightning in transmission lines， and ensure that transmission lines can operate safely and stably for a long time. Therefore， this article analyzes and studies the application of lightning protection technology in transmission line design， in order to provide reference and models for improving the lightning protection effect of transmission lines.

Key Words： Transmission line design; Line lightning protection technology; Distribution line; Lightning protection treatment; Technology application

當前，我国电力行业发展正面临经济高速增长转型高质量建设的关键阶段，如何进一步完善与优化输电线路设计，提升线路防雷保护效果对保证电网安全、高质及高效运行十分重要。输电线路在遭遇雷击时，会承受瞬间的高压，导致线路负载出现超负荷现象，进而造成输电线路出现损毁、短路等问题，对供电效率与质量造成不良影响。因此，必须有效提升输电线路防雷防护效果，强化线路防雷技术应用。鉴于此，本文主要展开对输电线路设计中线路防雷技术的运用探讨。

1雷电对输电线路的危害

1.1雷电对杆塔的危害

雷电击中杆塔后，会导致杆塔成为导体，进而对杆塔导线及输电设备等造成破坏，严重时会因雷电击中而发生导线自燃现象，不仅存在一定程度的火灾隐患，同时也会致使输配电系统瘫痪，形成大范围停电情况^[1]。当杆塔受到雷击后需要相关技术人员、维修人员等立刻千万现场查看，根据实际情况对其开展针对性维修工作或是更换相关电力设备，以此恢复供电。一般情况下，因雷击出现故障的导线、输电设备等损坏程度较高，不仅会提升实际维修难度与维修工作量，同时也会提高相关单位对输电线路的维修成本。

1.2雷电对线路的危害

雷电击中输电线路后可能出现过电压现象，进而造成设备、线路因电压超限而对绝缘性能造成影响，这不仅会形成大范围电力事故，对周边区域人们的日常生活与工作产生影响，同时也会在一定程度上增加安全隐患^[2]。因此，需要相关单位结合实际情况，提高对所管辖区域内输电线路防雷工作的重视，以此为整个电力系统的稳定、安全运行提供保障。

2输电线路设计中引发雷电的因素

2.1复杂地形

通常情况下，输电线路往往会架设在地形较为复杂的区域中，如沿海区域、山区等。在上述区域进行输电线里架设工作时，往往会因气候环境、地形地势等相关因素的影响而提升雷击输电线路的概率，同时此类复杂地形区域中雷电活动频率与强度与其他区域相比较高，因此会对输电线路及电力系统产生较高威胁。具体而言主要表现在以下三方面。第一，沿海地区。由于沿海地区附近空气湿度较高，且容易形成较强对流，导致该区域中雷击活动频率较高，进而在一定程度上增加了雷击输电线路的概率。第二，倾斜山坡。基于该地区的特殊性，导致上坡区域绕组较少、下坡区域导线较长。虽然此种做法会在一定程度上加强对输电线路的保护效果，但由于上坡区域的绕组在实际设置时可能并未对其进行针对性防雷设计，且由于上坡区域海拔较高，进而致使其雷击概率增加，为输电线路运行稳定性与安全性埋下隐患。第三，纵深山谷地带。此类地区中往往因温度的改变而导致气流运动混乱，进而提升形成雷云概率。除此之外，该区域内开放空间较大，导致暴露在外部环境的弧长较长，因此在气流运动混乱的条件下会提升雷击概率，加之并未结合实际需求为其设置行之有效的防雷措施，无法为输电线路的稳定运行提供切实保障，在一定程度上提升了雷击事故发生^[3]。

2.2土壤电阻率

为进一步增强输电线路的防雷性能，则需要结合实际情况利用接地电阻实现对雷击电流的可靠分流与消耗处理。通常情况下，雷电的主要击打目标往往是杆塔，若无法对接地电阻进行科学设置，则会提升雷电击穿杆塔的概率，进而导致杆塔出现故障。同时，部分地区土壤电阻率相对较高，进而使杆塔接地电阻偏高，此种情况下会提升输电线路出现跳闸现象的概率^[4]。另外，接地电阻的合理设置在岩石、高山等复杂地形区域尤为重要，通过接地电阻能够有效利用此种地形复杂区域中的土壤结构，从而提升输电线路的防雷性能。除此之外，若在土壤电阻率较小的前提下出现雷击塔顶情况，则存在反射概率。

2.3雷电活动频率高

一般情况下，在山地等地形地貌起伏较大的区域中容易发生雷击现象，究其原因是此类环境中的气流变动存在较强复杂性与不规律性且变动频率高。平原区域则相对较为平和，雷击现象与山地区域相比较少。除此之外，由于山区环境内地形地貌情况发杂，同时多数区域被河流、山林植被等覆盖，不仅会在一定程度上提升雷击概率，同时还会在雷击后因输电线路所产生的火花而出现火灾事故，对当地环境与输电线路造成巨大影响^[5]。

2.4杆塔因素

当雷电击中杆塔后，所产生的电流会流经杆塔导入大地，进而形成一个单向回路，从容造成杆塔击穿现象，对输电线路的稳定运行造成影响。为充分满足各个区域中个性化供电需求，杆塔在实际设置时的高度普遍较高，同时由于杆塔之间存在相互影响，可能会在同一次雷击现象中出现不同表现^[6]。例如：反击电流与杆塔电流之间为反比，若杆塔电流增加则反击电流减弱，进而导致输电线路的雷击电流抗性降低；杆塔间会对分流产生抑制作用，导致局部电流频率增加；因导线闪烁存在差异性，进而造成杆塔线路间电流出现不均匀分布，此时若遭受雷击，则会导致局部荷载提升，最终形成熔断或烧毁情况。

3输电线路设计中线路防雷技术的应用原则

3.1经济性原则

为确保电力系统的可持续发展与稳定运维，则需要相关单位结合实际情况，以经济效益为导向、以输电线路防雷技术为基础，形成具有较强可行性、科學性以及可靠性的输电线路防雷措施。同时，加强对新设备、新工艺、新材料以及新技术的应用，确保充分满足不同区域中不同输电线路对防雷性能的多样化、差异性需求，增强防雷技术的实际应用能效，以此为输电线路的稳定、安全运行提供有效保障^[7]。

3.2安全性原则

若想切实提升输电线路在实际运行期间的安全性与稳定性，则需要相关技术人员加强对输电线路设计的分析，基于目前输电线路运行情况与当地区域实际环境特点等相关因素，对输电线路开展针对性防雷设计工作，同时明确所应用的防雷技术在具体应用时的表现与不足，而后以多样化措施，如技术融合、更换技术、更换材料等形成可靠、完善的输电线路防雷设计方案。

3.3因地制宜原则

相关单位应当严格按照当地区域输电线路设计的相关要求与标准、防雷技术应用规范、地理环境特点等相关因素，选用合适的防雷技术进行输电线路设计工作，以此提升输电线路在防雷处理方面的有效性、针对性以及合理性。

4输电线路设计中线路防雷技术的应用路径分析

4.1增加杆塔绝缘性

相关技术人员在开展杆塔设计工作时，需要结合实际情况，如当地气候特点、杆塔顶部尺寸等相关因素对其开展针对性的防雷设计工作，确保在杆塔可承受范围内针对性安装科学合理的绝缘装置，以此有效加强输电线路在实际运行期间的防雷效果。需要注意的是，为确保杆塔绝缘装置安装的科学性、有效性以及合理性，则需要相关单位具有丰富的输电线路防雷设计经验、专业的安装能力等，同时还需要提高对安全距离的重视与把控，究其原因是增加杆塔绝缘性技术在实际应用期间的防雷效果与杆塔地理高度、当地区域雷电活动频率等之间具有密切关系，因此在实际施工期间存在一定程度的难度。除此之外，基于电力设备的相关要求与规范，相关技术人员需要结合实际情况，在安装避雷线且高度大于40m的杆塔中开展绝缘装置的安装工作，以此确保防雷效果有效满足输电线路的设计需求。

4.2降低杆塔接地电阻

通过合理布置杆塔的接地电阻，能够有效提升输电线路的防雷击效果。若在线路接地电阻较高的情况下，塔顶或避雷线被雷电击中，则会导致塔顶电位在短时间内上升至较高程度，此时需要结合实际情况对杆塔接地电阻进行有效控制。通过在合理范围内延长水平接地电极能够有效降低杆塔接地电阻，从而达到提升输电线路防雷击性能的目的^[8]。

4.3可控放电避雷针

通常情况下，雷云在放电过程中往往会以下行雷闪或上行雷闪的方式对地表物体进行放电。以山西捷力通防雷科技有限公司的可控放电避雷针为例，当放电方式为下行雷闪时，其电流幅值较高，平均值往往会大于40KA，同时陡度大于30kA/μs；当放电方式为上行雷闪时，与下行雷闪相比起电流幅值相对较小，即平均值小于7kA，同时陡度小于5kA/μs，因此上行雷闪通常情况下不会导致绕击跳闸事故的出现^[9]。而可控放电避雷针的应用原理便是利用上行雷闪，即上行雷闪所形成的上行先导能够在一定程度上对地面物体形成屏蔽，以此达到减少地面物体在雷云放电过程中的感应过电压。可控放电避雷针在特定条件下运行时，避雷针顶端的电场强度较高，进而高频率形成放电脉冲，以此达到引发上行雷闪的效果，而基于上行雷闪特性，达到避免绕极跳闸事故出现的效果。可控放电避雷针在实际应用期间具有以下两方面优势：第一，由于可控放电避雷针的接地电阻较低，因此可以直接利用杆塔接地装置进行安装，无需为其安装新的接地装置，在一定程度上降低了防雷技术的成本支出，在有效确保输电线路防雷性能的前提下，提升相关单位在输电线路设计中的经济效益；第二，基于宏观角度分析，在输电线路系统中应用可控放电避雷针技术能够形成一个范围较大的保护区，大幅降低线路绕击跳闸事故出现的概率。

4.4安装避雷器

在目前的输电线路防雷设计中，基于避雷器设备的防雷技术较为常用的防雷技术之一，避雷器能够有效抵抗因雷击而产生的高电压，基于此特性，避雷器在实际应用期间能够对输电线路起到良好的防雷保护效果。避雷器具体防雷原理如下，当杆塔被雷电击中后，部分雷击电流会通过杆塔直接流向大地，从而在一定程度上达到分流效果，同时避雷器会主动将未流经大地的雷电流进行二次分流，多数雷击电流会通过避雷器进入导线，而后经导线向相邻的杆塔传输。未进一步提升输电线路的防雷性能，则可以结合实际情况，将绝缘子与线路避雷器进行并联，当避雷器在分流雷击电时，若其残压小于绝缘子串的50％放电电压，则尽管雷击电流持续增加，避雷器的残压也仅是小幅度提升，从而有效降低绝缘子在雷击时出现闪络现象的概率。为避免出现绝缘子串的反击情况，则需要相关技术人员在输电线路的实际设计中，根据具体情况在合理范围内优化避雷线的接地方式，如将避雷器安装至钢塔中。

4.5负角保护针

一般情况下，负角保护针主要安装于电线顶部或塔架等相关位置中，其通过负角保护方式降低雷击，在雷电击中输电线路后，第一时间将超出电力系统可承受范围外的多余雷击电流传输至避雷线上，以此为输电线路的稳定、安全运行提供切实保障。另外，若输电系统具有较强的智能化、数字化表现且当地网络环境良好，则可以结合实际情况基于相关智能设备实现对负角保护针的动态化智能控制，在智能终端设备中配置开关设置量以及单元系统模拟量，如断路器、微电网系统等。

4.6合理控制线路档距

当杆塔被雷电集中后，所形成的雷击电流需要一定时间方可基于导线从杆塔传播至塔基处。因此，当雷击时输电线路的实际雷电抗性会根据所设置的线路档距不同，而表现出不同能效。当所设置的线路档距较小时，避雷针会将大量雷电流导向相邻杆塔，从而达到良好的分流效果，相邻杆塔中的绝缘子串作用电压会与线路避雷器残留电压形成制约效果，进而达到增强输电线路的实际抗雷性能；若提升线路档距，则会在一定程度上降低避雷针对雷击电流的分流效果，且线路档距越高、避雷针分流效果越弱。因此，当线路档距达到已经数值时，会出现雷电流无法被及时分流现象，从而降低制约效果，导致输电线路的实际抗雷性能受到影响。基于此，相关技术人员在进行输电线路设计作业时，可以结合实际情况，根据当地地区特点合理设置线路档距，以此提升输电线路在运行期间的抗雷性与稳定性。

4.7安装自动重合闸

现阶段在电力系统保护电网系统安全及线路装置的方式中，自动跳闸是较为常用且重要的方式之一。现阶段国内较为常用的自动重合闸主要有四种，分别是失活装置、综合装置、三相装置以及单相装置。电力系统在实际供电过程中，自动跳闸设备能够对输电线路的实际运行数据进行采集与分析，当所采集的数据出现异常时，自动跳闸设备便可以第一时间执行跳闸操作，同时断开输电线路系统中其他设备。若输电线路在实际运行过程中被雷电击中，则自动跳闸设备便可以通过传输断开信号，及时切断电流，若雷击时所形成的放电强度处于输电系统的可控范围内，则当雷电流被有效导入大地或其他防雷设备后，自动跳闸设备会重新开闸并闭合相关开关与线路，避免部分线路或设备因长时间断开而出现问题或是对周边用电单位产生影响。需要注意的是，相关技术人员在基于自动重合闸技术进行输电线路设计时，首先需要以宏观角度对整体输电系统进行分析，在输电系统合理位置安装自动重合闸并确保其与供电系统的继电保护器有效连接，这样不仅能够切实降低输电线路因雷击后所产生的故障时长，同时也能够在一定程度上提升整个电力系统的恢复效率^[10]。

4.8提高对接地工作的重视

合理进行接地设计是提升输电线路抗雷性能的另一重要手段之一，需要相关技术人员在实际设计期间做好以下几方面工作：第一，需要相关技术人员结合实际情况，严格按照相应的规章制度、输电线路设计标准以及相关规程中接地阻值的要求等因素，合理完成接地装置的设计工作，若土壤电阻率较高，则可以在合理范围内通过设置降阻模块或使用降阻剂等方式降低接地电阻；第二，相关技术人员可以结合输电线路实际情况，在允许条件下设置双地线，并选择外层单丝直径较大的光纤复合架空地线；第三，首先对整体输电线路进行调查与分析，而后结合实际运行情况与当地气候条件特点，分析其中容易出现雷击现象的位置并进行明确标注，最后利用旁路底线、耦合地线等相关措施提升易受雷击位置的防雷接地效果。

5结语

综上所述，对于雷电现象而言，其本质上为自然现象，属于不可抗力因素。因此，在输电线路防雷设计工作中，相关技术人员应用基于宏觀角度对输电线路防雷设计方案进行考虑与分析，以实际情况与具体需求为基础实现对输电线路的科学优化与设计，以此促进输电线路的实际输电质量、防雷性能等得到切实改善与增强。

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