浅谈输电线路防雷设计

浅谈输电线路防雷设计

周永光

国网山西省电力公司临汾供电公司输电运检中心  山西 临汾 041000

摘要：近几年电网输电线中因雷击导致跳闸事故屡见不鲜，为了降低雷击对于输电线路的影响，提高电力系统运行的稳定和安全，要不断的探究和改进输电线路中的防雷设计措施。本文就输电线路中防雷措施进行探讨，提高输电线路的安全。

关键词：输电线路；雷击；防雷设计

1 输电线路防雷设计的意义
1.1输电线路的安全性是用电生活的基础保障
       输电线路是整个电力系统的主干部分，电线将巨大的电能输送到各个变电站及千家万户。输电线路能否安全运行，直接会影响到我国电网的稳定性，并保证向用户的输送可靠的电力。输电线路的安全运行是电力系统的中心任务所在，并在电网中占据着举足轻重的地位，是向各行各业的生产生活的基础所在，同时也是广大人民用电生活的需要。
1.2防雷设计是输电线路的安全课题之一
       我国幅员辽阔，雷电活动较为频繁，而我国电力系统的事故和障碍中，雷电事故在其中占有着很大的比例，这些事故不但影响了电力系统的日常供电，而且增加了输电线路及设备维修的工作量。如果电力系统的设备保护不够完善，则会引起其设备绝缘的损坏，影响安全供电。如何减少输电线路的雷害事故，较少电力损失，并保证生产和生活中的输电线路的安全性，是电力系统安全运行的一项重要课题之一。

2 雷电对输电线路的危害
       我国地域跨度大，各地的自然环境差异很大，输电线路往往会跨越不同的地区，因此受到了自然环境的影响也最为明显。雷电在夏季最为活跃，而在夏季我国大部分地区雷雨天气增加，这进一步提高了输电线路遭受雷击的几率。雷电发生后，往往会到达距离地面比较低的位置，地面上高耸建筑就会使雷电电场发生畸变，从而受到雷击。尤其是地面上高度比较高的铁塔，铁塔顶端具有很大的电场强度，更容易受到雷击。很多跨度大的输电线路尤其是高压输电线路的杆塔都是金属结构，而且具有很高的高度，这也是输电线路发生雷击现象几率较大的重要原因。
       2.1雷电的高热效应对输电线路的危害
       雷电具有高热效应，当输电线路受到雷电影响时，高热效应就通过输电线路转化为强大的电流，甚至达到了数十万安倍，输电线路杆塔就会受到高热能的影响，金具导线就可能因此融化甚至断线，这就会导致电力系统出现断电的情况，电力系统安全受到极大的威胁，也会造成严重的经济损失。
       2.2雷电的高压效应对输电线路的危害
       输电线路受到雷击后，在雷击点的电压瞬间提高，这时候输电线路上的金具导线或者电气设备就会受到高压的影响而损坏，严重的还会引起火灾，后果不堪设想。
       2.3雷电产生的电磁感应对输电线路的影响
       电磁效应也是雷电形成过程中很重要的一个现象，输电线路如果发生雷击情况，变电磁场就会在发生雷击的输电线路上产生，增加输电线路电流，线路就会出现瞬间过载的问题，进而烧毁。
       2.4雷电的机械效应对输电线路的危害
       雷电还具有机械效应，在输电线路受到雷击后，线路和变压器等输电设备就会因为雷电的机械效应发生变动，严重的还会引发爆炸，从而破坏整个输电线路系统，使电力系统的稳定和安全受到严重的威胁。

3 输电线路防雷设计
3.1路径选择
       在输电线路防雷设计中，因受地形、土质、气候状况的影响，某些地区极易成为雷击的多发区，所以在输电线路设计时必须避开这些地区，以降低雷击概率。通常情况下，雷击区包括以下几种类型地段：（1）地下富含导电性矿藏的地区，以及地下水位较高的地区；（2）土质电阻率低的地区与土质电阻率发生骤变的地区，如田地、土壤、岩石等拥有不同类型地貌的地区和山坡断层带、交接地带、山谷地带等；（3）顺风的河谷地带和山区的风口等雷暴走廊区；（4）周围布满山丘的湿润盆地，如包围着湖、水塘、沼泽、水库、树林的地区；（5）土质条件较好、植被覆盖良好的山丘顶部区域以及向阳面区域。
       3.2避雷线的铺设
       在当前输电线路防雷设计中，避雷线使用频率较高，其不仅具有较高的防雷效率，而且具有分流、耦合及屏蔽等作用，因此利用避雷线不仅能够有效减少铁塔的雷电流，降低塔顶的电位，还可有效减轻雷击所带来的破坏性影响。首先在导线上部铺设避雷线时，应将避雷线直接接地，这样当雷击输电线路时，电流就可直接通过避雷线传播到地下，同时在进行避雷线铺设时，还应考虑到当地自然环境以及发生雷电的天数，如果雷电发生的概率较大，在该地区最好采用双避雷线的铺设手段，以有效隔离雷电。其次在进行设备的铺设时，还应控制好避雷角的大小，避雷角度越小越有利于线路的保护，同时避雷线在架设安装过程中，边导线位置相对应的避雷线保护角角度需当作出合理控制，一般情况下，宜将其控制在20°～30°范围之内，且还需做好避雷线的接地处理。
       3.3线路的绝缘设计

       对于35kV及以上输电线路来讲，其耐雷水平与绝缘水平之间为正比关系，因此为确保输电线路有合适的绝缘强度，需强化零值绝缘子检测，以提高线路耐雷水平。首先在进行输电线路的防雷设计时，应结合各类绝缘子的实际性能，对其防雷参数与特征进行分析，以保证输电线路有足够的绝缘强度。其次为降低线路跳闸率，可在高杆塔上增加绝缘子串片数，加大大跨越档导线与地线之间的距离，从而加强线路绝缘性，同时也可采用有较好的耐电弧和不易老化的玻璃绝缘子，因为玻璃绝缘子不易老化、耐电弧，零值自爆，自洁性能良好，再加上玻璃物质属于质地均匀的熔融体，表面仍是光滑的玻璃体，可及时被高温烧伤，从而继续发挥绝缘性能。
       3.4接地设计
       输电线路的防雷接地装置是输电线路的重要组成部分，也是接地体与接地引下线守望总称。对于穿越山区的输电线路来讲，很多高海拔的土壤电阻率均大于1000欧/米，因此需要设计人员将放射形接地装置作用于杆塔的接地电阻，以满足相关规定值，其射线的辐射范围往往在几十米；在坡度大、地形复杂的地区，也可使用降阻剂来使接地电阻下降，但此时射线的辐射范围可稍微降低，同时根据使用经验，降阻剂的效果较为显著。首先它可与金属接地体紧密接触，大幅度减少接触电阻；其次由于降阻剂可向周围土壤渗透，在接地体周围能形成一个低电阻区域，从而降低周围土壤电阻率。另外输电线路的接地电阻与耐雷水平成反比，根据各基杆塔的土壤电阻率的情况，应尽可能降低杆塔的接地电阻，这是提高输电线路耐雷水平的基础，也是最经济、有效的手段，而对于土壤电阻率较高与疑难地区的线路，则应强化降阻手段的应用，如增加埋设深度、延长接地极的使用、就近增加垂直接地极的运用。
       3.5耦合地线的架设
       在输电线路防雷设计过程中，如无法实施降低接地电阻措施时，可通过架设耦合地线的方式，减少发生雷击跳闸事故的次数，特别是对于一些架设在山区的输电线路而言，可根据实际情况，予以采用。同时通过架设耦合地线，不仅可增加各相导线之间的屏蔽耦合效果，降低绝缘子串的电压与等值波阻抗，还可增强输电线路的耐雷击性能，降低杆塔的电位。当然在架设耦合地线时，也存在着施工困难、约束条件多、电能损耗大等缺点，并且还要求对周边树木进行砍伐，破坏了一定的生态环境。因此在防雷设计时，一定要进行全面、综合的考虑，进而确保输电线路防雷工作的效益。

4 结束语
总而言之，输电线路在电力系统中承载着电能分配与输送的重要使命，其运行的稳定与安全对保障整个电力系统运行的稳定与安全至关重要。因此，相关部门及工作人员应在明确认识防雷技术应用重要性的基础上，结合雷电故障形成原因，根据输电线路工程实际情况，对输电线路进行科学的设计，实现防雷措施在输电线路中的科学应用，从而降低雷电故障发生概率，减小雷电故障对电力系统运行质量的影响。

参考文献：
[1] 虞建武.输电线路设计中线路防雷技术的运用分析[J].科技与创新，2018(12)：148-149.

[2] 徐宗升.输电线路设计中线路防雷技术的运用解析[J].山东工业技术，2018(12)：176.