架空输电线路的防雷设计的探讨

架空输电线路的防雷设计的探讨

曹水生

（天诚设计所512000）

摘要：伴随着社会经济的不断发展，人们对于电力的需求也越来越高，远距离输电技术的日渐成熟，输电线的长度也越来越长，如何在当前复杂多变的气候条件下处理好雷电对于输电的影响，有效的提高输电的安全与稳定在目前具有着十分重要的意义。本文针对架空线路的两种雷击方式，提出了架空输电线路的接地电阻和提高线路本身耐雷水平的设计方法。

关键词：架空输电线路；雷击；跳闸;防雷设计

架空输电线路，是我国输电的主要方式，架空输电线路的安全运行关系到千家万户，也关系到工业的发展，制约着国民经济发展。所以，架空输电线路的安全运行是保证人民群众正常生活，和工业生产正常运转的动力基础。自然界影响架空输电线路安全运行的因素有很多，比如大风会破坏电杆的牢固，倒树会砸断输电导线，冰冻会降低输电线路的绝缘等。而在自然界里对架空输电线路威胁最大的就是雷电的威胁。雷电对架空输电线路的破坏是自然界里最大的，也是最多的，而且是不可遇见的。文章探讨架空输电线路的防雷设计的方法，对保证架空输电线路的安全运行，保证人民群众正常的生活用电和工业生产用电，都具有十分重要的意义。

1、雷电的特点

我国雷电多发生于夏季，而春季以及秋冬两季少有雷电现象，并且在大陆区域雷电的发生频率明显高于海洋地区，并且南方区域的雷电发生频率也明显高于北方区域。雷电发生时其放电的时间极短，有时候仅仅只会放电0.01s左右，但是其却在这极短的时间内放出了高达数百万的电压，具有着极强的瞬间破坏力。

雷电给电力系统产生很大的影响和危害，而主要的危害有以下几种：

（1）雷电高压效应会在瞬间产生几万伏乃至几十万伏的高电压，在瞬间对于电力设备造成很大的冲击，其会在一瞬间将绝缘设备击坏，使其发生损坏，严重时甚至会发生爆炸。

（2）由于雷电的瞬间高压效应，其在放出高压的同时也产生了强大的电流，这些电流甚至可以达到上千安培，在电流的热效应作用下一瞬间产生大量的热，使得相关设备中的金属等设施融化，从而引发事故。

（3）雷电流具有机械效应，在发生雷击时有时会使被击中的物体发生扭曲、撕裂甚至爆炸。

（4）感应雷电流，此电流可使被击物导体感生出与雷电性质相反的大量电荷，当雷电来不及流散时，既会产生高电压放电现象从而导致火灾。

2、防雷设计

据统计，架空输电线路的雷害事故占有很大的比例。由于输电线路保“网”的重要地位，如何减少输电线路的雷害事故成为电力系统安全稳定运行的一项重要课题。所以加强架空输电线路的耐雷水平，减少输电线路雷害事故引起的跳闸是防雷设计的首要任务，然而，我国输电线路防雷设计主要有以下几个方面：①合理选择线路路径；②架设避雷线；③降低杆塔接地电阻；④在部分地段装设避雷器；⑤提高线路整体绝缘水平。从以上的几种防雷设计来看，按性质大致可分为两大类，即避开雷击和提高设备的耐雷水平。

2.1避开雷击

从以上的防雷方式看，架设避雷线、合理选择线路路径这两种属于避开雷击的方式，即减少雷击对架空输电线路的直击。

2.1.1架设避雷线

目前，装设避雷针是最为有效的防雷措施。避雷针因与大地连接，其电位为0同时其尖端位置较高，电阻小，当带电云层靠近地面时，大量的电荷将会通过避雷针进入大地，释放电荷，这样就避免了雷电对于输电线路的破坏作用。与此同时避雷针还具有着一些其他的功能：①分流作用；避雷针有效的减少了杆塔的通过电流，从而使得其塔顶的电位降低；②通过导线的耦合作用，可以减小线路绝缘子的电压；③通过导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。

2.1.2合理选择线路路

合理的路径可以避免不少的雷击，比如位于山区的线路，处于山顶的位置比处于半坡位置更易于被雷击，所以在选择线路路径时可以避免那些最高位置的走向，避开那些极易被雷击的位置。

2.2提高设备的耐雷水平

第二种则属于提高架空输电线路遭受雷击后的耐雷水平，以减少线路运行的跳闸率。

2.2.1降低杆塔接地电阻

降低杆塔接地电阻是最直接、最有效的防雷措施之一。接地电阻阻值的高低是影响杆（塔）顶电位高低的关键性因素。杆塔接地电阻如果过大，雷击时易使杆（塔）顶电位升高，对线路产生反击。雷电波侵入时，绝大多数雷电流将沿着杆塔导入大地，不致破坏线路绝缘，从而保证线路的安全运行。对于一些土壤电阻率较高的高山、岩石等地带，常采用换土、敷设射线、埋设连续伸长接地体等方法，一般都能起到较好的降阻效果，另外现在新提出一种针刺接地装置降阻方法，从实验中得到很好的效果。因此良好的接地是线路得以安全运行的根本保障，如果接地满足不了要求，雷电流就会泄导不畅，使杆（塔）顶电位升高，对线路造成反击。因此，防雷与接地密不可分，必须协同一致，相互配合，线路防雷工作才能卓有成效。

2.2.2改变线路的绝缘水平

提高线路耐雷水平，加强线路绝缘子的绝缘性能，进而提高线路的耐雷水平。加大对绝缘子的检测力度，严把质量检验关，防止劣质绝缘子挂网运行。通常情况下，110kV线路单串悬垂绝缘子串的绝缘子为7片，单串耐张绝缘子串的绝缘子为8片，正常情况下均能满足防雷要求。但为了进一步增强线路的耐雷水平，提高绝缘子串的U50%（50%冲击闪络电压值），每串绝缘子串可适当增加1片。根据近两年新建线路的实践证明，增加了1片绝缘子的线路投入运行后，耐雷水平大大增强，很少发生雷击跳闸事故。

2.2.3加装线路避雷器

避雷器应用在线路上作为防止直击雷防护，在国内已有十余年的运行经验，目前架空输电线路上装设的避雷器，运行情况良好。虽然应用避雷器对架线线路进行防雷保护的机理和理论还有疑问和争论，但它确实能消除或减少架空线路受雷击。

除了以上的防雷措施以外，装设耦合地线、安装避雷针、应用雷电定位系统进行分析等也是架空线路防雷设计的一些方式。

3、实例说明

采用以上的设计原则，对贵州省毕节地区的110kV雨明变电站至110kV八步变电站之间的110kV架空输电线路工程进行设计，该线路于2011年5月开始投运，该线路运行至今没有出现线路雷击跳闸的记录。

该线路参数：线路总长36.5km；全线采用铁塔架设；铁塔防雷保护角为10°；架设双地线；地区的雷暴日达为62d/年；接地体采用准10镀锌圆钢水平射线敷设；直线采用的绝缘子数为8片，耐张或转角为9片的LXHY4-70玻璃绝缘子；沿线地质主要为石灰岩。

4、结语

从以上的设计原则及实例可以看出，加强架空输电线路防雷的设计，可以大大减少架空线路的雷击跳闸率，避免雷击事故损失的扩大化，为电力系统的安全运行提供更可靠的保障。

参考文献：

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