探究输电线路设计中线路防雷技术运用

滁州市智宏工程咨询有限责任公司 周凤婷

输电线路在电网运行中扮演着重要的角色，输电线路的建设效果直接关系到输电效果和最终运行中的供电服务质量。一旦输电线路遭受雷击，短时间内，线路中电流会剧增至远超线路的可承受范围，从而使线路出现短路现象，甚至可能燃烧起来，电网输电质量必然会受到严重影响。而且，当输电线路在短时间内承受如此大电流时，与线路连接的相关设备电压也会持续增大，这些设备性能也会因此而受损，严重的话，甚至会爆炸，使电网无法继续正常运行。故而，在对输电线路进行电气设计时，务必对防雷设计给予加强，以便让输电线路能够安全运行[1]。

1 输电线路中采用防雷技术的作用

在设计过程中，相关设计人员可以安装避雷线，以防止电气设备被雷电直接击中。如果电线被闪电直接击中，将导致线路电压急剧上升，这在一定程度上增加了危险和故障的可能性。此外，随着人们生活水平的不断提高，用电需求持续增加，一些大型企业的生产活动更加离不开电。如果输电线路中断，将给人员和企业造成重大损失，因此需要尽可能避免输电线路中断。如果在实际设计过程中使用双回路的环网，那么在主线中断的情况下，可以通过备用线路恢复供电。

2 输电线路遭受雷击原因

输电线路遭受雷击的原因有以下三点。一是地理因素造成的雷击。如果电线位于山区，其很容易受到雷击的影响。雷击严重可能扰乱电力线路的日常运行，很可能导致该地区停电。除了山区，由于每天的潮汐和海水蒸发，沿海地区也会受到强风或雷暴的影响。这些位于地区的输电线路更容易受到不利影响，增加了雷击输电线路的可能性。二是由电线杆的高度引起的。输电线路通常应配备电线杆和塔架，以便在高海拔地区进行维护。选择这个位置使得输电线路非常容易受到风暴云的影响。当风暴云正负电荷层之间的电场足够强时，就会发生闪电。在这个阶段，高海拔地区的输电线路会受到影响。当闪电击中输电线路时，输电线路塔通常充当媒介，会立即增加地球和风暴云之间的输电线路的电压，导致整条线路断裂。因此，在输电线路的设计中，应特别注意这一问题，并采取适当的预防措施来补偿设计中的电流。三是土壤强度，同时也是影响雷击危害程度的主要因素。接地电阻是一种重要的防雷手段，可以为雷电电流提供旁路，使其能够被有效接地引流。如果不能合理利用接地电阻器，闪电带来的巨大电流会损坏塔架并导致故障。如果人员安装的接地电阻器不科学，在岩石和山脉等更复杂的地形条件下，一定会影响防雷效果。在此基础上，如果避雷塔顶部出现问题，可能会受到接地电阻的影响，从而产生反射现象和不良影响[2]。

3 输电线路设计中防雷技术应用原则

在输电线路的设计过程中，应用防雷技术时需要遵循三条基本原则。

原则一，因地制宜。工作人员需要按照所在地区的具体地理、环境特点，遵循与防雷技术有关的具体规范条例，选择适用的防雷技术，使防雷措施更具可靠性。

原则二，安全性。工作人员需要了解与使用防雷行动保护技术有关的关键问题，并编制切实可行的改造计划。

原则三，技术性、经济性。在为电力线路做防雷设计时，工作人员需要在技术手段的指导下，设定一个合理的目标，并对新材料、新技术加以合理利用，将防雷技术的实用价值充分发挥出来，使电网运行更具稳定性和安全性[3]。

4 防雷技术在输电线路设计中的应用

4.1 做好线路管理

在实践中，可以发现雷电灾害频繁的地区主要包括湖泊、沼泽、灌木和森林。因此，在进行设计工作时，设计师必须优先考虑这些区域因素，并采取防雷措施。为了防止雷电灾害给输电线路带来严重影响，使线路能够保持稳定运行，设计人员需要进行初步的实地调查，科学编制布线方案，结合具体环境特征对线路走向进行深入研究，对线路位置加以明确，合理利用防雷技术，尽量将雷电灾害带来的不利影响降到最低。

同时，对高压输电线路的重要性也要有充分认识，并严格开展防雷设计工作，以降低发生雷电灾害的可能性。对当前高压输电线路防雷设计工作的分析表明，部分工作人员对防雷管理认识不足，导致高压输电线路无法保证安全运行。因此，高压输电线路设计者需要考虑新的输电要求，提高线路管理水平，在线路脆弱的区域安装避雷针，并实施绝缘和接地措施，以确保高压输电线路的安全[4]。

4.2 设置自动重合闸

利用自动重合闸能在电压或电流出现异常时，及时实现停电保护，这样一来，就能让其他线路、设备免受雷电灾害影响，能有效改善输电线路安全性，是相当常见的一种防雷保护方法。目前，我国使用率较高的自动重合闸主要包括失活装置、单相装置及综合装置。科学地安装自动重合闸，当输电线路遇到雷电灾害时，设备将立即启动继电保护，关闭线路的雷电端，通过停电确保线路运行质量。在使用自动重合闸时，如果员工选择安装双重自动重合闸，必须充分考虑以下两点。第一，必须研究设备的类型和规格，以确保一致性。安装自动重合闸时，必须使用两个独立的保护装置，保护装置中安装双自动重合闸，以确保其正常运行。在运行过程中，操作员只需重新启动一次，即可达到充分实现保护设备性能的目的。第二，在调试网关重合闸设备时，工作人员不仅要统一要求完成输电线路的安装，还要以此展开各种操作，严格按照要求完成各种设备的线路连接，确保设备处于良好的工作状态[5]。

4.3 增设杆塔绝缘

在杆塔的塔头处安装适当数量和尺寸的杆塔专用绝缘子，以加强电线的防雷保护。然而，这种方法需要对特定的建设项目进行大量投资，并需要很高的安全距离，其中通常包括其他排雷措施。这种方法更适用于雷电活动频繁、地理位置优越的高山地区。在这种工作环境下，员工必须全面而严格地考虑这种方法。此外，根据电力设备规程条例，在建造总高度为40m 或以上的电线杆和电线塔时，工人必须严格按照标准，每10m 加装一片绝缘子。同时，连接电线杆和电线塔时的电阻值应降低50%，以确保施工效率。

4.4 运用并联间隙

过去提倡的传统防雷方法，是从本质上强化输电线路自身的防雷性能，也被叫做“堵塞型”防雷。不过，这种类型的防雷技术由于经济效益比较差，且技术方面存在不少难点，也存在明显不足。故而，学者们提出了一个比较新颖的防雷理念和策略，允许发生适当、无法避免的雷击跳闸问题。这种理念认为，在遇到不可避免的雷击时，适当断开部分线路可以解决安全性问题。该理念的实现需要运用间隙装置，通过并联形式设置于绝缘体上。

并联间隙设施自身结构简单、成本低，优点较为突出，可使绝缘子避免电弧灼伤的需求得到满足，输电线路的整体匹配率也因此而得到提高。该保护措施的实施可有效消除雷电跳闸技术运用中的缺陷，在防雷方面凸显出明显的技术优势，同时也能针对传统防雷法的不足进行补充。

4.5 防雷接地设计

输电线路若是处于高负荷状态，或者是运行距离比较长，就会更容易受限于外界因素，例如大气过电压、公共电压等，故而，在其运行中更容易发生“绝缘闪络”等安全事故。在这方面，工作人员可以提供调节和改进等有效的技术措施，实施一系列应急条例以及紧急处理方案，以使输电线路能具备较强的绝缘性能，并借助额定电压改善线路的运行状态。通过研究可以发现，应急输电线路运行期间产生的“闪络”问题，主因就是大气过电压。

4.6 利用钳位保护器

目前，大多数输电线路都安装了钳位型电压保护器，这种钳位保护器为输电线路提供了强大的过电压保护，但这种钳位的缺点是其会引入信号误差。此外，其长时间暴露在空气中会快速老化，经常导致维护失效和防雷效果不稳定。为了避免上述缺点，在输电线路的防雷设计中采用了钳位保护器，从而获得了更好、更稳定的防雷效果。钳位保护器工作原理是实时检测电线上的过电压，并将检测值与夹持保护器针环间隙的作用电压进行比较。如果过电压值高于动作电压，则环针的间隙动作和钳位保护器的脉冲电容的阻抗都很小，可以降低雷电电流的瞬时冲击力，以确保绝缘子不闪，从而保护线路的正常运行。

4.7 绝缘子串保护方式

随着输电线路工作环境的不断恶化，架空电力线路与绝缘子串之间的间隙逐渐增大，绝缘子之间的电压也随之增大，甚至超过了绝缘子线杆与瓷瓶之间的安全间隔。在这种情况下，正确识别和消除输电线路中的各种故障非常重要。传统的故障检测方法主要包括以下几点。

第一，线路绝缘子串中感应出短路过电压，接地时会产生闪络放电。

第二，由于绝缘体之间存在显著的电压差，接地会产生闪络放电。

第三，由于绝缘体和电线之间的电场存在显著差异，接地体中会发生闪络放电。

这些方法有一些缺点：由于感应雷的电压和电流与绝缘子串中的相位之间存在显著差异，因此会在短时间内发生闪络。因此，为了防止闪络故障，有必要首先将闪络过电流降至最低。一般情况下，避雷针保护不起作用。因此，有必要建立适当的第二道防线，以防止和消除绝缘子的连续接地故障。目前，最好的防护措施是安装金属铠装避雷器、雷电冲击式避雷器和空气间隙式避雷器及三道防线。

4.8 避雷线

避雷线是确保输电线路安全、可靠和基本防雷的一种方法。合理增加避雷线，可以有效应对自然雷击。雷电击中杆塔顶部后，避雷器可以对电流起到一个分散作用，让雷电不会直接流入杆塔，或者是少量流入，其防雷效果较为理想，除此之外，还可以做到导线现实性耦合，在杆塔遭受雷击时，可以大幅度减小塔顶的空间间隙，弱化绝缘子串电压，有效屏蔽导线，最终将负荷下导线内过电压快速降下来。

表1 具体线路防雷措施

5 结语

对于输电线路来说，雷击问题与环境、地形以及输电线路本身的结构和材料有关。因此，在设计输电线路时，有必要充分考虑这一点，积极采取适当措施以减少雷电对输电线路的影响，并充分利用适当的防雷技术。通过降低电阻，安装防雷电线和装置，相关人员可以更好地保护我们的输电线路，避免雷电的影响，确保其正常运行。这也将使我们的电力系统能够更加稳定地运行，并为人们的生活提供适当的帮助。