输电线路防雷技术研究

输电线路防雷技术研究

张慧忠

中国能源建设集团山西省电力勘测设计院有限公司， 山西省太原市 030001

摘要：输电线路运行过程中面临来自自然环境多方面侵扰，特别是雷击现象的存在，随着我国电力网络建设规模的不断扩大，输电线路的复杂程度在逐渐提高，其在运行过程中很容易出现故障雷击故障。下面文章以此为背景对输电线路防雷技术的应用展开探讨。

关键词：输电线路；线路防雷；防雷技术；输电防雷

引言

最近几年，雷击引起的高压线路跳闸的次数越来越多，这不仅导致供电设备不能正常运行，还危害到了供电的可靠性。架空输电线路的雷击跳闸一直是困扰安全输电的一个难题，为减少高压线路的雷击跳闸故障，相关工作人员也必须采取相关措施，从而保证供电线路的正常运行。

1输电线路防雷的重要性

电力系统是人民生活的关键保障,电力运输系统是保障电力系统稳定运行的重点。电力运输过程中最常见的就是因打雷而出现的系统跳闸或漏电现象,严重影响电力系统的安全稳定运行,更严重时甚至会带来一系列安全事故危害人身安全。因此,解决输电线路雷击跳闸工作已成为输电线路工程的重中之重。雷击对电力系统的影响主要分为直接接触和间接接触2种途径。直接接触是指电源系统直接被雷击中,那么雷电中的高压电流则会顺着电源系统流入电源线,电源线会因承受不了高压电流而被损坏;间接接触则是指雷电没有直接击中电源系统或者是击中的是输电线路附近的位置,被输电线路中的感应电弧感应到,然后推动高压电流向两侧转移直至流入变电站,从而损坏变电站里面的设备。通过对电力系统的故障检测结果发现,雷击给架空输电线路带来的供电故障不在少数,尤其是在那些雷电频繁发生的地区,只要发生电力系统故障,基本上都是由雷击造成的,人民日常生活也深受其害。另外,在山区地段,由于地理位置的原因,传输线会在大山上起伏架设,因此传输线会出现很大的垂直高度差,这就给冷热空气提供了很好的交替场所,空气对流现象频繁,传输线容易受到闪电的侵袭。因此,在线路的初步设计中,有必要考虑防雷结构的设计并阐明其合理性和重要性。

2我国高压输电线路防雷工作中的问题

首先，选用的绝缘子不合理。我国电力企业在高压输电线路防雷工作中，存在的主要问题是绝缘子的不合理选用。较为常见的是绝缘子结构高度不能满足正常运行时雷电过电压间隙，这类问题主要发生在建设时间较早的老旧输电线路中，由于老旧线路耐雷水平低，这类线路在平时运行时无故障，一旦发生雷击，线路将立刻发生停电事故，尤其在雷电高发区，这类事故发生更加频繁，存在较多的安全隐患，威胁着人们的生命财产安全。其次，接地装置的腐蚀问题。为了提高输电线路的安全性，我国电力企业通常会设置接地装置，但是，接地装置在实际使用过程中极易出现腐蚀问题。例如，地网的腐蚀问题以及地网降阻时造成的接地装置腐蚀问题。另外，地线的问题。随着雷害天气的增多以及电力建设标准的提高，老旧线路的防雷措施已经无法满足现行的运行要求，从而引发的雷击事故也逐渐增多。主要原因包括：第一，线路保护角不满足现行规范。地线的架设角度对架空导线的保护作用有较大的影响，如果架设的角度过大，会降低架空地线的防绕性。第二，对于雷害频繁发生的地区，可在该区段的线路杆塔上加装线路避雷器，尤其是对于单地线输电线路或没有地线的输电线路，可作为局部区域的防雷措施之一。第三，在重污秽地区，随着运行时间的增加，地线本身也易出现腐蚀现象，从而降低其防雷效用。

3输电线路防雷技术措施

3.1合理规划线路周边区域

首先就是要将高压输电线路40m范围内体积相对较大的物体，包括大型树木、山丘和高层建筑等，都要统一在防雷工程设计中进行合理规划，适当改变容易造成绕击现象的物体，避免发生雷击现象；其次还要在设计雷击避雷线过程中，设计人员要考虑到雷电冲击作用会存在沿着垂线方向直接击穿高压导线和避雷线间空气间隙的问题，因此在实际的高压输电线路避雷设计期间，要将避雷线和高压导线和垂线方向保持水平。

3.2加强线路绝缘水平，降低杆塔接地电阻

输电线进行防雷建设或改造时，可以通过增加绝缘子片数的方式来加强线路绝缘水平。对于已处于输电状态的线路，如果绝缘水平不符合要求，必须在接地端加装一片绝缘子。在加装一片绝缘子有困难时，可以将旧绝缘子更换为新型绝缘性能高的绝缘子，也可以达到提高线路绝缘水平的目的。另外，雷电击中杆塔或杆塔避雷针时，接地电阻的大小对杆塔塔顶电位的影响非常大。接地电阻过大，会导致杆塔电位太高，从而影响输电线的输电安全。所以必须应用一些使得杆塔接地电阻尽量低，目前常用的方法包括深埋接地极、使用接地体和对土壤使用降阻材料等。这种防雷措施所需费用较少，且防雷效果显著。

3.3接地射线

在对的高压电传输线路进行维护时,最应该考虑的是接地设备的改进问题。由于改进后的接地装置不仅可以达到降低线路塔遭遇雷击后的跳闸概率的目的,甚至降低的程度可以达到20%～30%,如果一开始电力公司安装的线杆接地设备效果不好,通过对接地装置进行改良后所能降低雷电击中而发生线路跳闸的概率可以高达一半左右。在改进接地装置时,可以使用减小接地塔电阻的方法。具体方法是将接地电极埋至深处,然后填充低电阻物质。将地线布置在水泥式杆塔线上时,与杆塔之间的距离应该为3～5m。布置塔架线路的垂直接地极时,与杆塔之间的距离应该控制在5～8m。另外,接地装置也可以通过增加耦合清洗来进行改进。不过值得技术人员考虑的是,雷电在击中高压线路的过程中会存在瞬态行波和稳态电磁感应现象,因此可以考虑通过加强电磁感应式塔架接地线来改善接地装置。另外在检测到土壤中的电阻率超过1000Ω·m,可以考虑引入的高压电线来增强电磁感应塔接地梁结构的搭设。

3.4新防雷方式无源电晕场驱雷器的应用

无源电晕场无源驱雷器是利用金属多短针形成的“似尖端效应”，使电晕场驱雷器周围的环境电场远高于被保护目标物，但低于传统避雷针，从而使被保护物体处于相对安全的状态。这种驱雷器的结构是有许多放电极短针尖端组成的球面，下面是一个支撑座，当雷暴云来时雷云电场达到空气击穿阈值时，驱雷器电晕舱及尖端产生高达30mc/s电晕离子，在驱雷器及其被保护物体上方形成电晕离子层。覆盖在被保护目标上的电晕离子层抑制上行正先导的始发，从而大大减少接闪的可能性，更大程度地保护目标物不被雷击。同时电晕离子层离子在雷云电场作用下不断向上扩散，与雷云电荷相互作用，使云-地极板等效为漏电坏电容，有效抑制雷云充电至放电击穿水平，削弱了雷云下行先导的发展速度及强度，阻碍雷云放电通道建立。我们都知道雷暴的形成到泄放消失大约30min到60min的时间，半个小时后雷暴云就随着大风消散远去，实现“非引雷入地”防雷。这种防雷方式是近两年的新产品，拥有了国家发明专利及相应的实验室的认可。最重要的是在国网输电线路上已经得到应用，而且在关键线路起到了相当好的效果，经常跳闸的线路不跳闸了或减少了很多。

结语

综上所述，高压输电线路是电力系统的重要组成部分，其运行稳定性和安全性直接影响着整个电网的运行稳定性。对此电力企业应该重视输电线路防雷技术的应用，能够结合现场实际情况采取一种或多种防雷技术并行的方式，更好的满足输电线路运行需求，降低雷击状态下对输电线路造成的不良影响，提高输电线路的可靠性，切实提高输电线路运行下供电服务质量。

参考文献

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