在输电线路设计中线路防雷技术的运用研究

在输电线路设计中线路防雷技术的运用研究

徐宏颖

（中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司福建省福州市350003）

摘要：由于电力建设的需要，很多输电线路和输电设备都是露天安装，导致自然条件对其影响较大。由于地形、气候、经济、环境等因素的限制，给防雷技术的开发和应用带来了不利条件，但通过多年的不断探索和学习，我国在防雷技术上也取得了显著进展。基于此，本文就输电线路设计中线路防雷技术的运用进行讨论。

关键词：输电线路；线路防雷技术；运用

1雷电对输电线路的危害

（1）雷电的高热效应对输电线路的危害。雷电在放电过程中打到输电线路上，雷电的高热效应就会瞬间转化成数十万安培的电流，此时雷电流在输电线路杆塔上产生非常高的热能，会达到金属的融化点，输电线路杆塔上的金具导线可能出现融化的现象，严重的将会出现断线或倒杆，对电力系统的稳定运行和工业的安全生产都造成了一定的威胁。（2）雷电的高压效应对输电线路的危害。雷电在放电过程中，雷击点瞬间达到10万伏以上的高压，如果雷击点在输电线路上，输电线路上的一些电气设备和金具导线瞬间受到非常大的破坏，可能会出现短路、跳闸、变压器烧毁等情况，破坏比较严重的将会引起火灾，使电力部门蒙受很大的经济损失。（3）雷电产生的电磁感应对输电线路的影响。雷电的形成过程会出现一定的电磁效应，当雷电在放电时打到输电线路上时，电磁效应在输电线路上会形成交变电磁场，使输电线路中的电流增大，从而将输电线路瞬间过载烧毁。第四，雷电的机械效应对输电线路的危害。雷电具有一定的机械效应，被雷电击中的物体出现变动和爆炸的情况，从而进入电力系统中，对输电线路、变压器以及发电机造成破坏，对人们的生活和电力系统的稳定运行有着消极的影响。

2输电线路引发雷电的原因

（1）地理环境。雷击活动多发生在山区地带，由于山区地形起伏，气流活动频繁，且森林覆盖面积广，雨水丰富，在输电线路设计时受到气候影响的较大，特别是一些纵深山谷地带、倾斜山坡、沿海地区，所以在山区和沿海线路的输电线设计时要注重当地地理环境，对于一些不良的因素要充分地进行考虑。（2）线路杆塔高度。雷击主要是使大地感应电荷和雷云中的电荷，雷云中的过电压是通过线路杆塔建立放电通道，导致线路击穿，因此要注重以下问题：塔身的电流和电感程度加大，反击的电压和电路就减少；导线闪烁程度的大小是由线路间距的不均衡造成；相邻杆塔的分流会导致分流作用的大幅度降低。（3）土壤电阻率。一般的杆塔和接地的电阻两者有着密切的关系，对于高山、岩石等地形结构比较复杂的地区，应当把工作重点放到岩石和土壤的分层上。如果遇到雷击塔顶现象，因为接地电阻很小，就有可能造成反射现象，与山区线路对比，平原和丘陵地区的线路可通过降低接地电阻来减少雷击的可能性。

3输电线路设计中线路防雷技术的运用

3.1选择优质的输电路径

输电线路特别容易受地理环境和天气变化的制约，从而造成对其日常运作的危害。所以，在输电线路的施工阶段，一定要尽量不让输电线路途径山谷、山坡等比较险峻的特殊地势地形，从而使其能降低输电线路遭雷击的概率。同时，在完成输电线路架设工作时，施工前还要严密勘探当地的地形和土壤特质，以避免因为地下水位高，或地表下面存在有十分丰富的导电矿物质，减少了杆塔在输电线路与地表之间的电阻，引发雷电电压短期内迅速提升的问题。

3.2科学合理设置避雷装置

3.2.1搭设避雷线

设置避雷线时一定要高度重视线路的规范合理化设计，尤其要充分掌握改线路的重点，能对输电线路与杆塔中所负荷的电流进行有效降低，避免出现输电线路被雷电击中的事故放生。此外，还一定要遵循成本投入和经济效益均衡的目标，只针对输电线路中所输送的电流电压在大于35kV的线路完成装置避雷线的施工，针对输送电流达到220kV的输电线路，还要为其安装两条甚至多条避雷线路，从而满足对线路中电流分支的需求。同时，还要依照输电线路所在的架设环境，对输电线路四周的边缘工作设备全面应用防雷技术，例如：变压器和变电站等。这些对输电线路存紧密相连的设备也要安设置避雷器，最大程度地加大其与地面之间的电阻额，使得整个输电系统的防雷功效得到全面实现。

3.2.2安装负角保护针及可控放电避雷针

运用负角保护针，完成对杆塔架设输电线路保护不仅要运用避雷线路外，还要根据被杆塔架设在空中的线路，还能在线路与杆塔接触的地方设置负角保护针，其主要是作用是确保能缩小线路被击穿的极限距离，从而有效发挥对整体线路的保护作用，最终使输电线路能完美的屏蔽外部电流的影响，尤其是山坡、山洞等复杂地质条件下，通常能选用的装置距离不超过3m，再安装在输电线路上。可控放电避雷针是通过动态环和储能装置来控制针头电场，使它能够在雷击发生前产生向上的先导，引发上行累闪，针尖出的电场强度较高，能迅速产生脉冲放电。该装置可有效降低雷电绕击的机率。该装置由四个部分组成，即针头、储能装置、金属支架、接地装置。可控放电装置可在塔顶地线支架上方安装，其安装个数和位置可根据杆塔的形状、地形进行调整，来确保可控针的保护范围满足安装要求。

3.3安装自动合闸装置

自动合闸技术在线路防雷技术中的有效应用，主要采用自动合闸系统，可以最大限度地减少雷击损失，为电力企业的健康持续发展创造良好的条件。自动重合闸装置可分为四种状态：单相重合闸、综合重合闸、三相重合闸、停用重合闸。该装置可以提高供电的可靠性，减少线路停电的次数，还能保持电力系统的运行的稳定性，该装置本身投资很低，工作可靠，在电力系统中得到了广泛的应用。在雷电过程中，实现设定的合闸系统，线路可以自动关闭保护，以避免雷电对线路位置的有害影响。随着我国防雷技术的飞速发展，自动合闸技术的防雷效果逐渐增强，可以充分发挥输电线路的保护作用。因此，有必要加强防雷技术在自动合闸系统中的应用研究，以促进输电线路安全设计的进一步发展。

3.4改善接地电阻

当合理匹配接地地阻和避雷线可有效地实现降低过电压的功能，常规设计采取的延长或增加接地射线的方式降低杆塔接地电阻，对于土质不良的地区效果有限。目前应用在实际中的降低输电线电路接地电阻的方法有：（1）延长或增加接地射线，针对接地材料腐蚀的老旧线路，往往采取增加接地线的方式，是新建和改造线路中常用的降阻方法。（2）垂直接地体法，该方法是在接地装置的射线上，每隔3m增设长度0.6m左右的垂直接地体，一般用角钢，并与接地线进行焊接。（3）集中接地法，是指在杆塔的基础外挖一圈直径为10～20m、深为60cm的沟，在沟内每隔2～3m打一根垂直接地体，用圆钢将所有垂直接地体相连再与杆塔的接地引下线相连。（4）换土法，对低处土壤电阻率较高的杆塔或石头山，采用换土的方式来降低土壤的电阻，即在杆塔附近周围挖出原有土壤，并回填一层电阻率低的土壤，再进行接地设置。

4结束语

总的来说，输电线路的设计在整个国家电网的结构中占据非常重要的位置，因此，在进行线路铺设时一定要整体考虑各种细节问题，在铺设输电线路时一定要结合当地的地理环境，科学合理地运用领先的防雷技术，确保合理、科学、有效的输电线路设计。

参考文献：

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[2]500kV输电线路实际运行中的防雷技术分析[J].赵红云.低碳世界.2014（17）

[3]浅谈输电线路防雷改进措施，综合做好线路防雷工作[J].钟森淼.科技与企业.2012（18）

[4]简述防雷技术在输电线路设计中的应用及理论依据[J].杨岗，姚少荣.商业故事.2016（09）