线路防雷技术在架空输电线路设计中的应用分析

线路防雷技术在架空 输电线路设计中的应用分析

江兆涛

广州市电力工程设计院有限公司

广东广州 510220

摘要：线路防雷技术的有效应用对于提升我国架空输电线路的稳定性和安全性具有重要的意义。在架空输电线路的设计过程中，应当重视对容易受到雷电影响的区段线路进行防雷措施的分析并制定相应的对策。从多角度与多技术的相结合，排除雷电灾害对架空输电线路造成的影响，进而，保证架空输电线路供电质量和经济效益。本文将通过过往的一些设计案例实践和运维经验总结，对线路防雷技术提出一些优化性方案说明。

关键词：架空输电线路；防雷设计；防雷技术应用

1. 雷电对架空输电线路造成的危害影响

雷电灾害本身具有较高的能量。在雷电灾害发生时，雷电自身包含的高能量会在架空输电线路被击中的部位产生瞬时高热，对相关的线路和设备造成物理性损坏，在严重情况下还会产生燃烧和爆炸现象。

另外，雷电在击中架空输电线路时，也会产生极高的瞬时电压。据统计和科学实验结果显示，雷电带来的瞬时电压可高达10多万伏以上，而架空输电线路的工作电压是有限的。因此，瞬时高压不单会导致线路配套设备的故障损坏，而且由于架空输电线路会传导雷电波，也会致使变电站里的电气设备受到破坏。

所以，雷电灾害对架空输电线路造成无可挽回的破坏，并随之产生大量的输电、用电安全隐患。随着我国雷电防护技术水平的提升，有效采用防雷技术不但可以减轻雷电灾害对架空输电线路造成的影响，还可以提升架空输电线路的稳定度。从而，保证我国电网的供电质量和安全，为电力企业创造更大的经济效益。

二、雷击架空输电线路的情况分类

按照雷击架空输电线路部位不同的直击雷过电压分为两种情况：

一种是雷击线路杆塔或避雷线时，雷电流通过雷击点阻抗使该点对地电位大大升高，当雷击点与导线之间的电位差超过绝缘的冲击放电电压时，会对导线发生闪络，使导线出现过电压。因为杆塔或避雷线的电位（绝缘值）高于导线，故通常称为反击。

另一种是雷电直接击中导线（无避雷线时）或绕过避雷线（屏蔽失效）击于导线，直接在导线上引起过电压。后者通常称之为绕击。

3. 提高架空输电线路防雷水平的对策

就目前的架空输电线路现状作两点的概括说明。

其一，输电线路需要具有较高的覆盖率才能有效地服务社会，因此，在进行输电线路规划设计的过程中，应需对雷电灾害高发地区尽可能地绕开。但随着城镇化的日益发展，土地资源的越发紧张。架空线路走廊也显得格外珍贵。在利益和发展的权衡下，新设计的架空输电线路不得不往山区丘陵、人烟稀少的地方走线。而该区域是极易受到雷电灾害的影响，又同时由于区域较为偏僻，电力企业无法对雷电灾害造成的影响做出第一时间的处理。

其二，基于杆塔接地电阻降低以此来减少架空输电线路被雷电击中概率的思想。惯常的做法是在4个塔脚部位采用较长的辐射地线或打深井加降阻剂，来增加地线与土壤的接触面积降低电阻率。但这样也给线路带来不良影响：一是虽然在工频状态下接地电阻会有所下降，但是在遭受雷击时因接地线过长会有较大的附加电感值，雷电过电压的暂态分量会加在塔体电位上，致使塔顶电位大大提高，更容易造成塔体与绝缘子串的闪络，反而使线路的耐雷水平下降。二是地网的腐蚀问题，据相关的调查，采用降阻剂的装置在持续运行半年之后将发生腐蚀，在3-5年以后将产生锈断。当前所用的降阻材料都具有一定腐蚀性。对此，必须引起重视，在必要的情况下应予以停用。

面对上述的局限和困难，设想如何提高架空输电线路防雷水平的优化性方案就显得尤为必要了。所以，以下将通过过往的一些设计案例实践和运维经验总结，对线路防雷技术提出一些优化性方案

3.1 改善杆塔地线防雷配置

大部分直击雷都是打到铁塔上，经接地装置泄流保护了线路。但遇到暴力雷或接地电阻过高泄流能力不足就形成反击，当然有少数打到地线的暴力雷也会使铁塔电位升高造成反击。所以，遇到反击雷要特别小心，因为其能量巨大，地线断股经常跟随发生，或者在悬垂线夹内烧蚀地线留下隐患，一定得认真检查。

因此，多雷区的地线不管直线、耐张杆塔都应该加装引流线接地，因为金具接地的接触电阻高。同时，地线悬垂线夹最好采用预绞式护线条，已锈蚀地线采用护线条一定要安装工艺要求打磨取出锈层并上导电脂，不然接触电阻太高会起副作用烧蚀地线造成断线。

3.2 绝缘子差异化设计

架空输电线路的外绝缘设计不能全线统一按最少片数配置，应按线路途经气象环境的特点进行差异化配置外绝缘。

首先，从绝缘子的数量配置就可以作出优化，如山区丘陵段架空输电线路，应按塔头间隙的最大允许值配足片数（比平地段多布置1-3片），来提高山区丘陵段的杆塔耐雷水平。而变电站基本处在交通方便的区域，其出线段架空输电线路可按规程要求的最少片数设计。

其次，也可以通过绝缘子的种类型号选择达到增强耐雷水平的目的，如平地段架空输电线路，可采用防污性能好的复合绝缘子。但结合相关的设计案例和运行经验分析得，架空输电线路全线段更宜采用盘型绝缘子串来替代复合绝缘子串，特别是直线杆塔的悬垂串。

通过案例可以知道，如常规标准型220kV电压等级铁塔，按最少片数配置外绝缘时，其塔头间隙均有裕度。13片/串155mm高度盘型绝缘子，其串长为2015mm，而FXBW4-220/100复合绝缘子，其结构高度为2240±30mm，比13片盘型绝缘子串增长225mm左右。据在运行的线路调查显示，复合绝缘子悬垂串运行多年以来，从未发生因串长而风偏不足对塔头放电的事故。因此，就结构高度而言，盘型绝缘子串比复合绝缘子串更短，更符合风偏距离要求。另外，如果按常规直线塔配置13片/串盘型绝缘子，其外绝缘就已经优于复合绝缘子的外绝缘（最小爬电距离6300mm）。加之，盘型绝缘子串重量比复合绝缘子串重，抗绝缘子串风偏放电比复合绝缘子串更强。最后，根据雷击架空导线产生的直接雷电压公式，常规复合绝缘子的 =1000kV，则耐绕击雷约10kA。若以塔头间隙的最大允许值配足盘型16片/串的 ≈13.8kV,耐绕击雷约13.8kA，即增挂3片绝缘子后，杆塔的耐绕击水平比采用常规复合绝缘子串的杆塔提高38%左右。

所以，架空输电线路设计，可以通过从绝缘子的数量配置上优化和绝缘子种类型号选择这两个方面来增加线路的绝缘性能，从而达到耐雷水平的增强，提高防雷保护。

3.3 安装侧向避雷针

在对输电线路遭受雷电影响的实验中发现，雷雨云中的电荷会受到杆塔线路高度的影响，在达到一定高度和大地感应电荷的影响下，雷云和杆塔之间形成放电通道，进而对输电线造成雷电击穿。因此，在架空输电线路的设计过程中，可以利用这一特性。

在两侧架空地线顶架上安装侧向避雷针（伸出3m左右），利用自身的高度，使临近杆塔的雷云电场强度增加到极限值发生畸变从而吸收至本塔塔身并开始电离下行先导放电。再利用杆塔耐雷水平高的优势，在强电场作用下产生尖端放电，形成向上先导放电。两者会合形成雷电通路泻入大地，以达到避雷效果。将原绕击雷转化为直接击中杆塔雷。

3.4 安装线路避雷器

目前，国内已逐渐将线路避雷器应用于架空输电线路的防雷保护设计之中。从实践证明，上述的做法更加有效地提高架空输电线路的防雷能力。

其工作原理特性是当线路遭受雷击时，一部分雷电流经避雷线传入相邻杆塔，一部分经塔体入地，当雷电流超过一定值后，避雷器动作加入分流。大部分的雷电流从避雷器流入导线，传播到相邻杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时，由于电磁感应作用，将分别在导线和避雷线上产生耦合分量。由于避雷器的分流远大于从避雷线中分流的雷电流，这种分流的耦合作用将使导线电位升高，使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压，绝缘子不会发生闪络。

线路避雷器，既能够把雷击所产生的过电压释放到大地，又能制约电压的升高，保障了线路和设备的安全。由于线路型避雷器具有钳电位的作用，对接地电阻要求不太严格，对于降低接地电阻有困难的杆塔（如山区丘陵）防雷比较容易实现，加装线路避雷器前后线路的耐雷水平发生的变化明显。

结语：

雷电灾害是影响输电线路稳定、安全的主要因素，造成雷电事故的原因主要由地区、土壤电阻率等自然因素相关。因此，就目前的输电线路设计规划过程中，更应结合实际情况和受限制的难点作出科学合理规划，因地制宜地使用多种形式的防雷保护措施，来避免雷击造成的输电线路故障、损失。

参考文献：

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[2] 宋江艳. 线路防雷技术在输电线路设计中的应用[J]. 环球市场，2020(6):148.

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