高压输电架空线路防雷研究

黄锦标

福建亿兴电力设计院有限公司， 福建 泉州 362000

摘要：高压输电线路的防雷必须因地制宜，从经济、工程角度出发，采取相应的防雷措施。同时，为了使防雷措施有效可行，必须大力开展雷电观测工作。要密切配合当地气象台站和科研部门，掌握各种雷电资料，以便更好地指导防雷工作。

关键词：高压输电架空线路；防雷；措施

高压架空线路的防雷保护应该从工程设计阶段就加以重视，根据实地情况，因地制宜，采取有针对性、可行性的防雷保护方案。在防雷设施的选择上要注重设备的专业性、可靠性；同时，严格遵守等电位的原则，综合考虑防雷与接地，并分期分部的做好防雷设施的检查、检测与维护。

1 输电线路雷电种类

以其过电压原理及形成物理过程为依据，可将雷电分为直击雷、感应雷两种。直击雷和感应雷的性质及来源均不同。其中，直击雷过电压是雷电直接击中线路、杆塔、避雷线这三者造成的过电压; 而感应过电压则是雷电击中线路、大地而造成的两者之间相互的电磁感应。

线路跳闸的主要原因是直击雷过电压。雷电击中杆塔或导线能够产生较高感应过电压，此电压通常高于绝缘子串冲击放电电压，因此会造成线路事故，从而影响正常供电。直击雷还可根据雷击部位分为直击杆塔、直击避雷线、绕击导线三类。杆塔、避雷线都对导线电阻抗有影响，当雷电击中杆塔或避雷线时，雷电击中点与导线会产生较大的压差，此压差高于放电电压绝缘水平，进而导致线路闪络，这一现象被称为反击。雷电直接击中避雷针或周围导线可能会造成线路绕击。

随着雷云逐渐接近线路，线路会受影响感应出与雷云电荷相同的束缚电荷，这些电荷最终会漏入地球。绝缘中性点的线路感应产生的束缚电荷会通过泄露的方式漏入大地。雷云对地放电或雷击杆塔未反击的话，雷云电荷会瞬时放电然后消失，此时线路上感应出的束缚电荷会转变成自由电荷，传播到四周线路，从而形成感应过电压。由于电场变化产生的雷电过电压被称为感应过电压的静电分量; 变化很大的雷电流则会产生强大的电磁场，从而使导线感应出很强的过电压，这两者共同组成了感应雷过电压。

2 高压输电架空线路防雷的措施

2.1架设避雷线

为了提高高压输电线路防雷效果，可以通过架设避雷线来保证线路运行的安全。对于高压输电线路而言，避雷线作为最基本的防雷保护措施，对于电压越高的输电线路其所起到的防雷效果更为显著。而且避雷线对高压输电线路直击雷具有更好的防护作用。在具体架设时，需要尽量减小避雷线对导线的保护角，有效的提高防雷效果。对于220kV高压输电线路以及330-500kV 超高压输电线在采用避雷线进行防雷保护时，宜采用双避雷线，同时其对边导线的保护角设置为20°。通过架设避雷线，可以降低高压输电线路雷电天气条件下闪络次数，保证线路绝缘子串的稳定性，避免高压输电线路形成感应电压，确保线路安全、稳定运行。

2.2架设避雷针

在高压输电线路中，可以针对线路的不同部位架设不同类型的避雷针，确保达到最佳的防雷效果。具体可以将可控放电避雷针安装在高压输电线路的塔顶，利用避雷针来吸引直击雷，有效的降低雷电绕击高压输电线路情况的发生。还可以将防绕击避雷短针安装在地线上。对于雷电绕击情况，距离杆塔10-30m位置为危险区域，需要将其作为防雷保护的重要。通过将避雷针架设在地线上，能够进一步增强地线引雷能力，在雷击发生之前提前进行拦截，可以实现对雷电绕击高压输电线路情况的有效防范。

2.3合理架设杆塔，降低杆塔的接地电阻

杆塔的接地电阻与杆塔的防雷效果有着直接影响，接地电阻越小，则杆塔的防雷效果越好。所以，在架设杆塔时要适当降低接地电阻，阻止破坏电流流向地面，造成雷击危害。尤其在山区的高压输电线路施工中，要合理架设杆塔，科学设计保护角，降低高压输电线路遭受绕击的几率。通过研究表明，杆塔高度与防雷效果有着直接关系，杆塔随着高度的增高，其耐雷水平越差。在设计杆塔高度时，应将其控制43m 左右，以达到最佳的耐雷水平，提高高压输电线路防雷措施的防护效果。

为了有效确保输电线路和固体结缘不会被雷击的高压击穿，可以通过减少杆塔的接地电阻来实现。随着杆塔接地电阻的不断降低，塔头电位下降很快，线路中的空气和绝缘就越不容易被击穿，设备的工作可靠性也就会越高。为了有效降低杆塔的电阻，需要根据杆塔设计的实际情况，掌握地网设计中需要达到的接地参数，并根据实际土壤电阻率来确定合适的接地电阻，并制定相关的施工方案和质量标准。只有杆塔的接地装置满足了设计的要求，才能有效提高设备的耐雷水平。在对旧电网的改造过程中，在完成新接地的改良工作后，应该新地网络和旧地网络有效连接起来，这样可以进一步降低接地电阻。

2.4架耦合地线，减少地线电阻

高压输电线路防雷时最基本的措施为架设架空地线，面明为了提高线路杆塔耐雷水平，还要降低杆塔接地电阻。但由于实际实施降低杆塔接地电阻时难度较大，因此一般会在导线下架设地线，增加导线与避雷线之间的耦合作用，降低绝缘子串上的过电压，以上来降低线路开关雷击跳闸率。在杆塔受到直击雷破坏时，杆塔顶部与地面间会产生过大电压，导致与高压输电线路之间的电位差瞬间增加，一旦电位差超出绝缘材料的绝缘能力范围时，则会导致线路发生闪络。当闪络产生的电流传导至其他临近杆塔时，则输电线路会出现高压高电流，并引发线路跳闸及线路故障。因此在实际操作过程中宜通过降低杆塔接地电阻来减少电位差。在具体进行高压输电线路架设时，可以在线路下方埋设镁合金地线，利用耦合线来提高高压输电线路与避雷线之间的耦合度，实现对雷击时线路过大电压的有效控制，进一步提高高压输电线路的防雷效果。

2.5安装防雷绝缘子

当发生雷击现象时，10kV 架空线路中瞬间就会产生很多的电压，这种过电压现象就会造成10kV 架空线路的断线情况发生，这就对电力系统的稳定供电造成了影响，为了避免这种情况的发生，就可以采取安装防雷绝缘子的方法进行，从而能够有效的吸收雷击产生的放电能量，同时还能有效的限制10kV 架空线路中的感应过电压。防雷绝缘子具有多种类型，主要包括支柱式、横担式、耐张绝缘子等，其具有十分不错的防雷性能，它主要是比常规的绝缘子增加放电间隙从而保护线路，在安装的时候根据实际的情况进行合理的间距安装，其防雷效果显著。

2.6控制线路保护角

输电线路的保护角与绕击率存有线性关系，缩小保护角，可以控制绕击率，从而降低线路跳闸率，针对已经建设完毕的线路运用该种防雷手段，需要极高的技术成本，面对山区中的输电线路，杆塔塔头会给线路带去一定的限制，大幅度缩减保护角的施工工作难以有效展开。增大避雷线与输电线之间的耦合系数可以减少绝缘子电压的反击和感应电压的分量，从而减少雷电事故，而架设耦合线可以增大避雷线与输电线之间的耦合系数；可以通过降低绝缘子承受的电压，从而提高线路耐雷水平，而架设耦合电线可以增大分流雷击塔顶时向相邻杆塔的破坏作用，同时耦合电线也有一些其他限制。架设时需要检验杆塔强度及耦合地线和输电线的距离。架设耦合电线施工比较困难、受严格地形条件限制，同时还会增加线路损耗，造价成本较高。

综上所述，电力工程的发展对架空线路的防雷工作提出了更高的要求。针对架空线路防雷的实际要求，合理采用防雷技术措施，可以避免由于雷击造成线路故障的发生。

参考文献：

[1]探析高原地区高压输电线路防雷措施 [J]. 穷达. 湖北农机化. 2020(08)

[2]高压输电线路防雷浅析 [J]. 冯强强,何宁安. 红水河. 2020(03)

[3]浅谈配网电力线路防雷管理 [J]. 范玮,王翔,周鹏. 电力设备管理. 2021(05)

[4]浅析高压输电线路防雷措施及运维 [J]. 邱建必. 通讯世界. 2020(02)