电力输电线路防雷设计措施探议

摘要：雷电属于一种危害性极强的自然现象，特别对于电力输电线路，严重时甚至会导致线路的瘫痪。本文主要论述了输电线路的雷电放电机理，输电线路的一般防雷设计措施，并对重点线路的保护措施和线路的绝缘选择进行分析总结。

关键词：电力输电线路；防雷设计；设计措施

Abstract: lightning belongs to a kind of harm extremely strong natural phenomenon, especially for the electric power transmission lines, serious when can even lead to line paralyzed. This paper mainly discusses the transmission line lightning discharge mechanism, transmission line general lightning protection design measures, and to focus on the protection measures and line line of the insulation choose are analyzed and summarized.

Key words: electric power transmission lines; Lightning protection design; Measures designed

中图分类号：S611文献标识码：A 文章编号：

输电线路雷电放电机理概析

电力输电线路收到雷击以后，产生的冲击波能够沿着输电线路进行传输，从而在线路周围引发瞬变高电场。对于瓷瓶的击穿原理，可表述为：与气体电介质相类似，即在电场的作用下，电介质中一些带电质点的移动速度和积聚数量达在到一定程度的情况下，迫使电介质失去绝缘性能，从而导致导电通道的产生。

电介质的雷电击穿分为直接击穿、间接击穿。瓷瓶受到雷电流的影响后，产生导电通道，失去全部的绝缘性能，这就是直接击穿。而间接击穿是指电介质收到雷电流的影响后，瓷瓶中一些质点排列结构遭受一定的损坏，但最终没有产生导电通道。无论哪种击穿方式，其危害都是巨大的。例如：电介质受到直接击穿，会导致输电线路的跳闸、短路或者出现单相接地现象。虽然间接击穿没有完全击穿瓷瓶，导致线路跳闸，但已经影响到设备的绝缘性能，给输电线路留下安全隐患，容易引发水闪络和热闪络等事故。因此，间接击穿的事故应同样引起高度的重视。

一般性防雷设计措施

在选定线路的防雷设计措施时，应对线路重要程度；线路经过地区的雷电活动强弱；系统的运行方式；地貌、地形特征以及土壤电阻率等条件进行全面的考虑，并结合已有电力线路的运行方式，通过经济、技术等的全面比较，再确定合理、经济的保护措施。一般性防雷设计措施主要有以下几个方面。

2.1 合理选择线路路径与装设避雷器

通过许多线路运行经验表示，输电线路的遭雷击部位大都集中于线路中的某段区域。因此，在设计过程中若能够躲避这些易击区、或进行线路的加强、保护，就能有效的防止雷害事故的发生。易遭受雷击的地段主要有：①山区风口、顺风峡谷、河谷等。②潮湿盆地，如铁塔周围有水库、沼泽地、鱼塘、灌木等。③土壤电阻率突变地带，比如演示与土壤交界处，地质断层地带以及小河山谷等处。④地下水位较高或地下有导电性矿地面等。

安装避雷器后，能使由于雷击产生的电压高于一定幅值时产生动作，为雷电流提供低阻抗通路，把雷电泄放至大地，能够有效的抑制电压升高，确保线路和设备的安全。若输电线路受到雷击，一部分雷电流通过避雷线导入临近铁塔，经塔体传入地下。但当雷电流高于极限值时，会引起避雷器产生分流作用：大多数雷电流会通过避雷器传入导线，并传送至临近铁塔。同时，雷电流在经过导线和避雷线时，在电磁感应的作用下，会在避雷线、导线上出现耦合分量。而避雷器分流作用远大于避雷线的分流作用，耦合作用能够提高导线电位，导致塔顶和导线间电位差低于绝缘子闪络电压，阻止绝缘子的闪络现象发生。

2.2 架设避雷线

架设避雷线对输电线路的防雷保护有重要的作用。避雷线能够有效的防止雷电直击在导线上，避雷线的作用主要有：减小通过铁塔的雷电流，降低塔顶电位；通过耦合作用降低绝缘子电压；通过对导线的屏蔽能够降低导线的感应过电压。

一般而言，输电线路的电压越高，使用避雷线的作用效果越好。同时，避雷线的造价比重也越低。因此，我国相关规程规定，在220kv及以上的电压级输电线路中，避雷线应全线架设，66kv的线路中，也应架设避雷线。在超高压的输电线路中，应设置双避雷线，由于正常工作电流会在两根避雷线之间的闭合回路中产生感应电流，从而引起功率的损耗。为降低这种损耗，把避雷线兼作继电保护和通讯的通道，可以把避雷线通过小间隙与铁塔绝缘。雷击作用时，会击穿间隙，使避雷线与大地相接。

2.3 降低铁塔接地电阻

降低铁塔接地电阻是输电线路的防雷设计措施的重要组成。其主要方法有： 采用电阻降阻剂、爆破接地以及使用多支外引式接地装置等。采用电阻降阻剂是指在接地极四周敷设降阻剂，能够增大接地极的外形尺寸，减小和大地介质间的电阻作用，从而降低接地极接地电阻。此种方法主要用于小型接地网，其效果较为显著。爆破接地是新型的降低接地装置电阻的技术，其作用原理为：由于爆破制裂，用压力机把低电阻材料挤入裂隙中，改善土壤的导电性能。使用多支外引式接地装置多用于接地装置四周有不冻的或者导电良好的湖泊河流。在安装和设计过程中，应考虑干线本身具有的电阻所引起的影响。一般外引式接地极的长度要小于100m。

降低铁塔接地电阻还包括深埋接地极、更换土壤、深井接地以及土壤的化学处理等方法。在采用接地电阻措施时，要依据当地的气候状况、原有线路的运行经验、地貌特点以及土壤电阻率等条件进行综合、前面的分析，并通过有关经济、技术的比较，制定合理的方法。只有这样，才能确保设备、线路的正常运行，避免接地装置投资过高的情况发生。

针对性保护与线路绝缘选择

3.1 重点线路的保护措施

重点线路的保护措施应注意以下事项，35~66kv送电线路中，若没有全线架设避雷线，需在变电所附近进线段架设，并在发电厂、架空线和电缆的连接处装设避雷器。在10kv以上电压线路中，若出现电路交叉或和通讯线路、低压线路交叉时，应采取以下保护措施：①若铁塔与交叉点距离在40m内，可以不在此线路搭设保护用接地装置。②交叉档两端铁塔或钢筋混凝土杆均应采取接地措施。③10kv以上电力线路中，若交叉档两端无避雷线且采用钢筋混凝土杆时，应装设保护间隙或避雷器。

对于大跨越档的保护，其绝缘水平应高于同一线路中的其它铁塔。若铁塔高度在40m以上且装有避雷线，每增高10m需增加绝缘子。铁塔高度在100m以上时，绝缘子的数量应由线路的运行经验和经过雷电的过电压来确定。对于整个线路都没有架设避雷线的10kv以上的新建线路大跨越段，应及时的架设避雷线。若大跨越档没有避雷线，需架设保护间隙或管型避雷器。新建的线路应额外增加一层绝缘子。

3.2 输电线路绝缘配合的合理选择

在输电线路中，绝缘配合应对电气设备在系统中能够承受的电压、设备绝缘的耐受特性以及保护装置特性进行综合的考虑，正确、合理的确定设备绝缘水平，使设备的造价和维修费用以及由于绝缘引起事故的损失，能够在运行上和经济上达到总体效益的最高目的。

对绝缘子串的片数选择：要有足够的机电破坏强度；要有一定电气绝缘强度；因为在正常电压的作用下，绝缘子表面会出现一定的污秽，可能会导致绝缘子表面发生闪络。同时，绝缘子串要能够经受过电压的作用；在防污闪的要求外，选择绝缘子时应取决于绝缘子的损坏率；在满足铁特设计要求前提下，0~2级的污秽区域应采用玻璃绝缘子或优质瓷质绝缘子，而3~4级污秽地区需采用复合绝缘子。而塔头绝缘的选择，应取决于绝缘子串和空气间隙的放电电压，并和大气状态有密切的关系。这主要是因为空气湿度、密度对电压的影响所产生的，外绝缘放电电压会随着空气的湿度、密度增加而升高。当湿度在80%以上时，绝缘表面会发生闪络现象。

结语

做好电力输电线路的防雷设计，不仅能够提高线路本身供电的可靠性，还能确保发电厂、变电所的安全运行。提高线路防雷水平，减少雷击跳闸，防止电力设备受雷击而损坏，对电力系统的可靠、稳定供电有重要的意义。因此，对电力输电线路的防雷设计措施进行探讨，确保线路防雷水平的提升对电力系统而言是必不可少的。

参考文献

[1]吴维韩，张芳榴.电力系统过电压数值计算.北京:科学出版社，2009.

[2]张殿生.电力工程高压送电线路设计手册.北京:水利电力出版社，2008.

[3]水利电力部东北电力设计院.高压送电线路设计手册.吉林人民出版社，2010.