高压输电线路综合防雷措施的研究与应用

芮云杰

常州三新供电服务有限公司溧阳分公司 江苏 溧阳 213300

摘 要：电网运行离不开高压输电线路，一旦该线路遭受雷击引发故障就可能出现整个地区的用电困难问题，造成严重的经济损失。防雷工作日渐成为电力系统工作开展的重点，高压输电线路是供电系统的重要组成部分，于是本文研究了高压输电线路综合防雷的措施及应用。
关键词：输电线路；综合防雷；措施；应用
前言：

高压输电线路在整个供电系统中占据重要地位，输电线路由于受到地形环境等因素的影响，雷击跳闸率较高，一旦跳闸就会影响输电线路的正常工作。而雷电干扰是影响高压输电线路正常运行的关键因素，相关单位一定要采取综合防雷措施。

1、高压输电线路防雷的重要性

在整个电力系统中，高压输电线路占据着极其重要的地位，其运行的安全性直接影响到了电网系统的运行。在电力系统各项故障中，因雷击而引发的故障比例相对较高。同时，高压输电线路自身的结构通常较为复杂，一旦遭受到雷击灾害，容易出现跳闸、停电、甚至引发火灾，不仅影响到输电线路的正常运行，还危及人们的生命财产安全。因此做好高压输电线路防雷措施，对于维护电力系统的正常运行，维持人们日常生产与生活所需，有效保障人们的生命财产安全，乃至有效促进经济的发展，都有着积极的现实意义。

2、雷击放电过程叙述

2.1放电原理

带电荷的雷云是造成雷击放电的主要因素。雷云是由强大的潮热气流上升到稀薄的大气层冷凝形成的。当穿越云层时，水滴被撞击分裂，其中分裂出的水沫带负电，质量较轻，上升至云层上端形成带负电的雷云。其余的水滴带正电，凝聚成雨。雷云会在地面上感应出大量的正电荷，产生强大的电场，电厂内部的电位差较大时可以达到几十兆伏。若带有强大场强的雷云继续扩大运动，当雷云覆盖区域内的空间电场强度大于常规情况下大气游离放电的临界电场强度值时，就在云间产生强烈的火花放电。最大可产生几百千安的瞬间电流，并伴随着强烈的光合热，形成闪电雷鸣。

2.2雷电压和雷电流的形成

雷电现象的产生主要是由于空气中游离的导电分子进入到雷云中的高电势点，如果这种强大的雷电击中高压导线，雷电中携带的电流将会在沿着导线两端运行，改变导线中的电压和电流配比。一般情况下，导线中的电压行波u与电流行波i的比值为波阻抗，数值一般在300Ω。若高压线路经过雷击之后塔角的接地电阻会减小，从而在地面产生雷电反射现象，此时塔顶电位为零。但是通过雷击作用，输电线路中的电流值增加了一倍，由于输电线路中的电阻不可能为零，因此线路中会出现压降，形成雷电压和雷电流。

2.3瓷绝缘子击穿原理

瓷绝缘子被雷击穿的现象为：当某段高压输电线路被雷击后，对应输电线路会生成一定强度的冲击波，并引起雷击线路附近场强值瞬间增大，导致高压线路的电介质中的带电质点积累的数量和运动的速度迅速增大；若到达瓷绝缘子对应参数的临界值时，瓷绝缘子将失去绝缘性能，在瓷绝缘子内部形成导电通路。瓷绝缘子雷电击穿包括直接击穿和间接击穿两种类型，上述过程可归为直接击穿。间接击穿是指线路虽然承受了一定程度的雷电流，并损坏了线路中某些电介质的结构特性，但并未形成足够的击穿电流产生击穿现象。且间接击穿只是降低了瓷绝缘子的绝缘值，并不会立刻引起高压线路跳闸，而是降低了设备的绝缘值，为今后埋下事故隐患。

3、高压输电线路雷击事故发生的原因

3.1避雷针存在问题

在规划设计高压输电线路的过程中，防雷问题就应当被重点考虑。由于地形与高压输电线路的走向等所限制，使得在设计的过程中，杆塔的保护角无法有效地满足高压输电线路防雷的需求，这时就需要避雷针来增加防雷的效果。然而避雷针自身存在着一定的局限性，在发生雷击事故时，可能无法有效地对高压输电线路起到很好的防雷效果。

3.2杆塔接地不良

高压输电线路中雷击事故的发生，通常是由于雷电击中了高压输电线路或者高压输电线路周围的空点，导致过电压现象的产生。据目前的研究表明，杆塔的接地装置与雷电过电压事故发生的概率有相当比例的关系。一旦杆塔接地的地阻阻值过高，就会影响到高压输电线路的防雷效果。

3.3绝缘配置欠缺

在高压输电线路运行过程中，绝缘配置主要起到避免发生电流回流问题的作用，若在具体运行中绝缘配置欠缺则极易导致跳闸事故。并且由于很多绝缘设备使用时间较长，出现了老化情况，增加了跳闸事故的发生几率。

4、提高输电线路防雷水平措施

4.1使用避雷针与可控避雷线

将避雷线铺设在高压输电线路之上，能够有效地阻止空气中的绝缘成分在受到高电压作用的时候，在确保原有绝缘机制仍然正常运作的前提下，通过空气摩擦使云层的电压转移，并通过避雷线的引导传到地面，从而有效地保护高压输电线路，降低了高压输电线路损害的概率。在设计避雷线的过程中，应保证其直接接地，使得避雷线能够在高压输电线路接触到电压之前，就先将破坏电压有效地传导至地面，使其不再对输电线路具有破坏力。同时，架设可控避雷针可以有效地预防直击雷，降低杆塔直击雷故障的发生率，实用性强，防雷效果好，因而目前得到了广泛应用。

4.2应用不平衡绝缘方式

不平衡绝缘方式具有较强的经济性，并且操作起来较为方便，能够有效提高线路的绝缘水平，进而增加了反击和绕击的耐雷能力。在高压线路具体运行中，高杆塔、大跨越的线路跳闸几率明显高于一般线路，为了降低跳闸事故发生几率，可以适当加大避雷线与大跨越档距导线之间的距离，也可增加线路绝缘子串的数量，从而增强绝缘性能。例如在我国某地区高压输电线路防雷工作中，操作人员选择了不平衡绝缘方式，两回路的绝缘水平相差值设定为相电压峰值，从而保证在雷击时，闪络先发生在绝缘子串片数较少的回路中，将闪络后的导线当作地线，进而促进另一回路耦合作用增强。降低对应绝缘子串的过电压，增强线路的耐雷水平，降低闪络事故发生几率。

4.3降低塔杆接地电阻值

降低塔杆接地电阻值对于增加线路的防雷水平也是一种行之有效的方法，一般搭配避雷线一起使用。当输电线路被雷击之后，能够大幅度降低雷电压。目前常用的减低阻值的方法有：利用降阻剂，在接地极的周围辐射降阻剂；爆破接地技术，通过爆破技术将接地装置炸裂，然后用压力机将低电阻材料压入缝隙中，将整个电阻的电导率降下来；扩大接地面积；外引接地，选择地导电率的土壤外界一个接地。

5、输电线路综合防雷措施的应用

5.1设计安全输电路径

过往的经验表明，输电线路遭受雷击的区域往往集中于某些特定的路段。因此设计线路架设路径时，结合当地的具体情况合理地规避雷击区即可。一般的雷击区集中在山区风口及顺风的河谷，四周为潮湿的山区，土壤电阻率有突变的地带等处。

5.2线路档距设置

当输电线路受到雷击影响之后，雷电波会沿着输电线路进行双向传播。如果改变线路档距，输电线路的雷击承受水平也会产生一定变化。在理想环境下，不考虑环境和其他避雷装置的影响，线路档距越大，线路的耐雷击水平就会越高，当线路档距达到一定数值时，输电线路的抗雷击特性会达到最大，当线路档距继续增大时，线路的抗雷特性会保持最大数值不变。

5.3输电线路电压设置

以500kV的输电线路为例，一般500kV输电线路都以交流电压传输为主，而交流电压在传输过程中具有周期性，在不同时段中产生的耐雷水平也不同。因此，在防雷措施应用过程中，相位角的不同，线路的耐雷水平也有所不同。一般来说，相位角的90°时，输电线路的耐雷水平最低，在100kA左右，方相位角达到270°时，输电线路的耐雷水平达到最大，数值在200kA左右。

6、结语

总之， 雷电活动是一个复杂的自然现象，目前并没有完全避免雷击的方法与技术，为了保障高压输电线路的安全运行，采取一定的防雷措施十分必要，加强线路日常的运行检查，以有效避免雷击所造成的影响。
参考文献：
[1]郭伟明.试论高压输电线路综合防雷措施的研究与应用[J].科技风，2017

[2]王营.110kV高压输电线路防雷保护探讨[J].科技创新与应用，2016