輸電線路防雷技術探討

羅明

摘要：輸電線路是電力系統防雷的重要保護對象，如果發生雷擊事故，將造成大面積的停電，嚴重影響社會和人民生活。加強輸電線路的防雷不僅可以減少雷擊輸電線路引起的雷擊跳閘次數，還有利于變電站內電氣設備的安全運行，是保證電力系統 供電可靠性的重要環節。由此可見，輸電線路的防雷措施在目前氣候不穩定的情況下應得到不斷的加強。?中國論文

關鍵詞：雷電 輸電線路 接地網 防雷措施

中圖分類號：TM726文獻標識碼： A

1.雷擊的來源與危害形式

雷電是一種常見的自然現象，當雷云聚集到一定的電荷后，就會在帶異種電荷的雷云之間或在雷云與帶異種電荷的大地之間發生強烈的電荷中和放電，并伴生閃光、霹靂，人們稱其為雷電。

1.1雷擊來源

一是雷直擊于變電所的設備上；二是架空線路的雷電感應過電壓和直擊雷過電壓形成的雷電波沿線路侵入變電所。

1.2雷擊危害的幾種方式

1.2.1?雷的直擊和繞擊

雷云單體浮在大地上空，其所帶電荷拖著地表相反電荷猶如一個影子隨風移動。如果途經地表其它突出物，地電荷會導致突出物頂端電場畸變集中，當距地面50～100m時，由地表突出物電場畸變集中的地方產生垂直向上的迎面先導。兩者相接，進入直擊或繞擊的主放電階段。

1.2.2?雷電反擊

直擊雷電流通過地表突出物的電阻入地散流。假如地電阻為10Ω，一個30kA的雷電流將會使地網電位上升至300kV。如果受雷擊變電所輸電線路來自另一個不同地網的變電所，那么上升的地電位與輸電線上的電位將形成巨大反差，導致與輸電線路相連的電氣設備的損壞。不僅僅是輸電線路、動力電纜，凡是引進變電所的金屬管線都會引起雷電反擊。另一種雷電反擊，對變電所的電子設備危害也不容忽視。

1.2.3感應雷

直擊雷放電的能量通過電磁感應和靜電感應方式向四周輻射，導致設備過電壓放電，則為感應雷。顯然，感應雷危害是大面積的，是電子設備的克星。有資料計算表明，當雷擊電流為30kA斜角波，雷云高度為3公里，導線高度為10m，擊中距末端匹配的500m長架空線路中點100m處地面時，線路上感應電壓為150kV幅值的振蕩波。此波為電磁感應和靜電感應共同作用的結果。

1.2.4?雷電侵入波

遠方落雷，通過直擊或電磁感應和靜電感應方式從高壓輸電線路、配電線路、低壓電源線路、通信線、電纜線、金屬管道等途徑侵入變電所，由于管線相對較長，且存在著分布電感和電容，使雷電傳播速度減慢，這樣一種現象用波傳輸理論來說明的概念稱作雷電波。雷電波在傳輸過程中通過不同參數的連接線段或線路端點時，波阻抗發生變化會產生反射、折射，可導致波阻抗突變處的電壓升高許多，加大了對設備的危害。

2、輸電線路的接地系統

要防止雷電危害，就必須嚴格防雷裝置。輸電線路中一個完整的防雷裝置由三部分組成：接閃器（避雷針或避雷線）、引下線和接地體。

2.1接閃器是直接接受雷擊的金屬導體，它安裝在被保護物頂端或獨立避雷器上。接閃器的本質作用，就是把雷電引到自身上來，并安全地將雷電流引入大地。接地是避雷技術最重要的環節，不管是直擊雷，感應雷或其它形式的雷，都將通過接地裝置導入大地。因此，沒有合理而良好的接地裝置，就不能有效地防雷。

2.2引下線是連接接閃器和接地裝置的金屬導體，它的作用是把接閃器上的雷電流傳遞到接地體上，引下線一般采用圓鋼或扁鋼組成，如有腐蝕性場所應當適當增大截面積，引下線一般沿建筑物的外墻敷設，敷設路線應盡量短而直，應固定牢固，固定支點不應大于1.5至2米。在地面連接處應用鋼管穿管的辦法，以防止外物對引下線的機械損傷和防腐蝕。為了檢查測量的方便，在離地面1.5-1.8米處須設置斷接卡。

2.3接地體包括接地裝置和裝置周圍的土壤或混凝土，它的作用是把雷擊電流有效地泄入大地，現在常用的接地裝置有水平接地極、垂直接地極、延長接地極和基礎接地極。易燃易爆化學物品的接地裝置一般采用垂直接地極，即用一根2.5米以上的角鋼、圓鋼、鋼管或銅質柱型材制成垂直打入土壤中，當接地不能滿足要求時，可采用環形接地極組和放射形接地極組的辦法，為了防止被腐蝕，可在埋前先涂上防腐劑。有些地區土壤電阻較高，一般接地方式達不到接地設計要求的，可采用人工辦法來減少接地土壤的電阻率，即用換土法或化學處理法。

3、輸電線路常用防雷措施

架空輸電線路是電力網及電力系統的重要組成部分，所經之處大都為曠野或丘陵、高山，輸電線路長，遭遇雷擊的機率較大。

3.1架設避雷線

架設避雷線是輸電線路防雷保護的最基本和最有效的措施。避雷線的主要作用是防止雷直擊導線，同時還具有以下作用：

1）分流作用，以減小流經桿塔的雷電流，從而降低塔頂電位；

2）通過對導線的耦合作用可以減小線路絕緣子的電壓；

3）對導線的屏蔽作用還可以降低導線上的感應過電壓。

通常來說，線路電壓愈高，采用避雷線的效果愈好，而且避雷線在線路造價中所占的比重也愈低。因此，110kV及以上電壓等級的輸電線路都應全線架設避雷線。

同時，為了提高避雷線對導線的屏蔽效果，減小繞擊率，避雷線對邊導線的保護角應做得小一些，一般采用0°～25°。對于單回路，330kV及以下線路都架設雙避雷線，保護角在15°以下，500kV及以上的超高壓、特高壓線路都架設雙避雷線，保護角在10°左右。對于同塔雙回及多回路，110kV的線路保護角在10°左右，220kV及以上的線路保護角不大于0°。對于單避雷線線路，保護角應做到25°。

3.2 安裝避雷針、避雷器

安裝避雷針也是架空輸電線路常用的一種防雷措施。

國內外不少防雷專家，對避雷針能向被保護物有多大的保護距離做了系統的研究得出的結論是：“對一根垂直避雷針無法獲得十分肯定的保護區域”。英國的BS6551法規曾指出：“經驗顯示不能依賴避雷針提供任何保護區內的完整保護”。而德國防雷法規則有意識地不引入避雷針保護范圍的概念。但在實際應用中，在沒有架空避雷線的情況下，在雷電活動頻繁地區的桿塔加裝避雷針或避雷器也能夠起到一定的作用。

3.3、加強線路絕緣

由于輸電線路個別地段需采用大跨越高桿塔(如：跨河桿塔)，這就增加了桿塔落雷的機會。高塔落雷時塔頂電位高，感應過電壓大，而且受繞擊的概率也較大。為降低線路跳閘率，可在高桿塔上增加絕緣子串片數，加大大跨越檔導線與地線之間的距離，以加強線路絕緣。在35kV及以下的線路可采用瓷橫擔等沖擊閃絡電壓較高的絕緣子來降低雷擊跳閘率。

3.4、使用防雷絕緣子

近幾年，隨著技術的發展，防雷絕緣子有了長足的發展。在某些地區，雷電的活動難于捕捉，就在此區域安裝防雷絕緣子，能夠取得不錯的防雷效果。

3.5、采用不平衡絕緣方式

在現代高壓及超高壓線路上，同桿架設的雙回路線路日益增多，對此類線路在采用通常的防雷措施尚不能滿足要求時，可考慮采用不平衡絕緣方式來降低雙回路雷擊同時跳閘率，以保障線路的連續供電。不平衡絕緣的原則是使雙回路的絕緣子串片數有差異，這樣，雷擊時絕緣子串片數少的回路先閃絡，閃絡后的導線相當于地線，增加了對另一回路導線的耦合作用，提高了線路的耐雷水平使之不發生閃絡，保障了另一回路的連續供電。

4結語

綜上所述，防雷與接地是統一的，二者缺一不可。只有防雷措施而無接地，無法迅速泄流放電，反之，設備將直接遭受強大電流的沖擊，無論哪種情況系統都將受到破壞甚至癱瘓。只要通過合理配置，使之溶為一體，就能有效確保系統的穩定工作，從而發揮出系統防護工作的最佳效果。

參考文獻

薛東華.?《導體消雷器》.?能源部武漢高壓研究所電力技術開發公司.?1992.9

武漢水院.?何平、文習山等.?《關于架空線路感應過電壓的計算問題》.?高電壓技術.?1999.2