高压输电架空线路防雷研究

兰天

湖北联网电力设计有限公司 湖北省武汉市

摘要：由于长期暴露在外部环境中，输电线路非常容易受到外部环境的影响。目前，雷电仍是影响输电线路稳定运行的重要因素。输电线路遭受雷击后，强电将直接损坏输电线路的相应设备，直接导致电力系统的故障。因此，应积极运用防雷技术，保证输电线路的稳定运行。

关键词：高压输电；架空线路；防雷措施

1高压输电架空线路遭受到雷击的主要危害

目前，我国在人口集中的城市基本实现了高压输电架空线路的全面覆盖，各地用电需求也基本得到满足。以110kV高压输电架空线路为例，其结构自上而下分别为地线线夹、1线、2线（含导线线夹）、3线，线路塔架呈现对称性，自左至右分别为一回路、二回路。此架构的塔架一旦遭遇雷击，雷电流就会迅速通过其中大部分金属组件，进而形成大量感应电流。高压输配电网中骤然出现大量感应电流后，线路中的电压水平会在极短时间内迅速攀升至极高的程度，大幅度提高线路发生故障的概率。如果输电线路的防雷接地功能较弱，则线路会面临“被击穿”的风险，进而导致一定范围内输电线路彻底陷入瘫痪的状态。

由此可见，高压架空输电线路在遭受到雷电侵袭后，若防雷接地装置得不到保障，将对整个输配电系统造成不同程度的影响，除了影响地区的正常供电，还可能造成人员伤亡，引发火灾、触电等危害。

2高压输电架空线路防雷工作中存在的问题

2.1合成绝缘子的使用方式不够完善

目前，在高压架空输电线路中广泛使用的是常用的复合绝缘子。然而，绝缘子两端的压力环在使用过程中往往达不到理想状态（长度较短），几乎可以与空气中的缝隙紧密相连，导致架空线路的防雷性能远未达到预期水平。另外，由于一些线路安装人员对常用复合绝缘子缺乏了解，如果在安装过程中出现质量缺陷，将给供电安全埋下隐患。

2.2接地装置的布置不能考虑长期效应

我国幅员辽阔，要实现“电能全覆盖”，必须在许多地形条件极其复杂的领域设置高压架空铁塔。然而，由于缺乏足够的数据支持这一原因，我们不能得到足够的参考，在世界上，许多现场塔接地装置不能考虑长期布局。调查表明，许多现场杆塔的接地装置在长期使用过程中会发生不同程度的腐蚀甚至断裂，其深度可达地下0.5m左右。受此影响，如果雷击，很容易诱发严重的电力安全事故。

2.3杆塔避雷针设置角度不够严格

近年来的研究结果表明，高压架空输电线路保护角的设置对线路的防雷能力有很大的影响。一般来说，角度应控制在20~25度。如果角度过大，避雷针将处于“雷电高发区”，且会频繁遭遇雷电；如果角度太小，就会失去设定的意义。此外，许多早期的铁塔只有一根避雷针，发生雷击的概率远远高于两根以上避雷针的铁塔。

2.4高压输电线路接地装置长期处于高电阻状态

防雷工作的核心不仅是防止雷击，还应在雷击线路时迅速将线路引至地面，尽可能减少自然雷击对输电线路造成的破坏。如果输配电回路中的电阻值低，电压和电流的电阻就会低，电压不会在线路中积累太久，一般不会对线路产生附加影响。然而，近年来现场杆塔雷击事故分析表明，由于接地引下线腐蚀等原因，其电阻异常增大，雷击时雷击不能迅速引至地面的情况并不少见。因此，高压输电线路接地装置长期处于高阻状态，也是线路防雷能力差的主要原因之一。

3提高高压输电架空线路防雷能力的方法

3.1建立完善的雷电监测机制，及时掌握线路输配电运行情况

闪电是自然的，不会受到人类意志的影响。因此，要提高线路的防雷能力，首要任务是建立完善的雷电探测机制。具体来说，一是直线管理单位要与气象部门建立长期合作关系，熟悉辖区内的天气情况。如果一段时间内有雷雨集结，应及时制定相应方案，对该地区高压架空线路运行情况进行监测。其次，借助雷电定位系统，一旦线路遭受雷击跳闸，系统能及时锁定故障区域，帮助维修人员快速确定故障位置，使线路在最短时间内恢复正常。三是注重数据采集，逐步建立完善的“雷电高压架空输电线路”数据库。探索各地天气变化规律，关键是要深入分析雷电活动特征，结合地形地貌等重要因素，不断采集数据，提高高压架空输电线路的防雷能力，然后总结出最匹配的方案。

3.2不断优化防雷装置的设计流程，科学选择防雷装置

优化设计过程，合理设置和选择避雷针、避雷器等防雷装置，是一项可行性很强的重要措施。首先，在高压架空输电线路中安装避雷针，不仅可以分流输电线路中的自然雷击，减少雷击的危害，而且可以充分利用导线的耦合效应，大大降低流经线路复合绝缘子的电压。在此基础上，进一步利用导线的屏蔽作用，防止感应过电压击穿线路中的元件。其次，在线路设计时，技术人员要充分了解铁塔的高度和架设区域的自然条件，确保避雷针始终在导线上方。最后，对线路进行定期维护，及时排查安全隐患也具有重要意义。

维修人员在确认架空地线的运行条件和防雷能力时，由于地线支架上的活动范围有限（一般只能两人同时操作），受力点控制困难，一旦出现大风或其他恶劣的自然天气，很可能威胁维修人员的生命安全。为了解决这类问题，可以采用高压架空输电线路直线塔地线提升的方式。该方法的主要特点是：一是在支架的顶面上设置附加的固定槽，固定槽内设置固定螺母并配合丝杠；二是丝杠两端伸出支架，上部安装棘轮扳手，下端（借助轴承）连接吊钩，地面上设置平行卡槽，分别安装第一、二螺栓。采用高压架空输电线路直线杆塔地线吊装方法，可以大大提高线路维护人员的安全性，帮助他们在维护中发现和消除更多的防雷安全隐患，进而达到提高防雷工作质量的目的。

3.3提高输电架空线路的绝缘能力，可采用“不平衡”绝缘方式

在野外地区设置输电架空线路时，考虑到成本，在很多时候不得不穿过雷电高发区。基于此，防雷工作的主要思路应该集中在提高线路的绝缘能力方面。为达到该目的，可采用在进线位置增设绝缘子数量的方式。如此一来，导线与避雷线之间的距离将会进一步加大，线路的绝缘性便会提高。具体而言，以110kV线路为例，一般在海拔1000m以下的区域，绝缘子的数量不会超过8片；如果杆塔的高度超过40m，则高度每增加10m，需额外设置1片绝缘子，同时搭配“不平衡”的绝缘方式，避免线路遭遇雷击时跳闸。

3.4防雷系统设计

对于避雷针，其主要目的是通过相应的设备将其强电流引入地面，以减少对绝缘子的损坏。为了更好地减少其输电线路的雷击问题，220kv线路应架设两根避雷线，110kv线路应架设一根避雷线。对于一些易受雷击的区域，应架设两根避雷线。同时，在这一过程中，应能在塔顶设计避雷针，将其雷电引至地下。对于雷电高风险地区，在修建高压架空输电线路的过程中，也可以单独设置避雷塔，通过这种方法起到防雷效果。避雷塔上的避雷针高度高于输电线路的避雷针高度，可对其形成保护区，将强电引入地下。该方法防雷效果好，保护范围广。

结论

高压架空输电线路在长期运行的过程中，除受到雷击、污秽、鸟害等自然因素侵蚀，还需承受重负荷、“迎风舞动”等机械应力作用，由此造成的线夹损坏、松动、放点间隙绝缘子自爆等问题，均会降低线路的防雷性能。为了从根本上解决该类问题，一方面，完善的雷电监测机制必不可少；另一方面，需不断更新架空输电线路设计工艺，在多方共同努力下，降低风险发生率。

参考文献：

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