输电线路设计中线路防雷技术的运用

输电线路设计中线路防雷技术的运用

彭祥瑞

珠海电力建设工程有限公司  广东珠海 519000

【摘要】对于电网的使用来说，安全、稳定是最重要的要素，输电线路的使用能够保障电力资源的有效输送，在输电线路设计中使用线路防雷技术能够有效降低雷暴天气对电网的威胁，提高电力系统供电安全性。随着社会经济的不断发展，我国电力企业也得到了良好的发展环境，输电线路的覆盖面积越来越广泛，这也意味着电网的影响范围越来越广，需要采取合理的防雷手段来保障电力系统的稳定性，降低自然环境对电力系统运行的影响。本文讲解了诱发输电线路雷电危害的因素与输电线路设计中运用线路防雷技术的重要性，并对输电线路设计中线路防雷技术的运用策略进行了浅析，期望能够给予电力企业管理人员与技术人员一定的参考意义。

【关键词】输电线路；设计；线路防雷技术；危害；运用策略

引言

在现代化建设进程不断加快的社会背景下，电力资源成为了人民群众日常生活中的“必需品”，在群众生活、工作中都会运用到电力，这便要求电力企业在经营的过程中需要充分保障电力使用的安全性。由于自然环境存在着诸多不可控因素，雷暴天气也是较常遇到的恶劣天气，雷暴天气的发生会造成供电不稳定、用电危险等现象，这些都会影响到人民群众的正常用电，当出现重大事故的时候，还有可能会对人民群众的生命财产安全造成较大的威胁。因此，电力企业在搭建输电线路的时候需要考虑到输电线路中防雷技术的应用，只有确保电力使用的安全性，才能够为电网发展做好铺垫。诱发输电线路雷电危害的因素较多，其中包括线路杆塔的高度、自然环境、土壤电阻率等，这些因素的存在都会增大输电线路发生雷电危害的概率，电力企业需要尤其注重输电线路的合理设计，规避雷电风险，为人民群众创造安全的用电环境，推动电力企业的可持续化发展。

一、输电线路受雷击的原理

输电线路导线受到雷击时，有大量的雷电荷倾泄到导线上，这些电荷会沿着导线流动，相当于一个电源合闸以后，电荷沿导线流动的过程。电源合闸会产生过渡过程，过渡过程是时间的函数，雷电标准波的波头时间（1.2微妙）和波尾时间（50微秒）均以微秒计，比工频要快大约5000倍。空中的导线和地面存在电容，而其中的介质就是空气。输电线承载着电流，有电流必有磁力线交链导线，所以输电线有电感。在这种高频率下，电容和电感的作用被放大，导线对地电容的极板增大。

雷击到导线上的某个点时，对于接近雷击点以及远离雷击点，它们在感受雷击的影响时遵循着先来后到的原则。电荷在导线上流动时出现了电磁波。同样的一根导线，对工频波呈现出阻抗，而对极短的雷电波则呈现出波阻。雷电流为千安级，而杆塔的电容电流可以忽略，即雷电流不愿意从空气中走，而愿意从杆塔和接地电阻走。

雷击现象是由电流行波以空气作为介质注入雷击点，在雷击过程中，不仅会产生电流，行波，还会产生电压行波，其二者形成了电磁波。I代表电流行波，U代表电压行波，Z代表通道阻值，当雷击杆塔顶部时，杆塔的接地电阻无法维持在理想值0，在进行电流、电压转换的时候也很难做到完全转换，这时电阻上的电压降使避雷线对地有一个电位，从而在其上出现电压行波，还会伴随电流行波I= U/Z。

二、诱发输电线路雷电危害的因素

（一）线路杆塔的高度

    输电线路杆塔的高度过高时会更容易发生雷击的问题，这也成为了诱发输电线路雷电危害的主要因素之一。在大部分地区开展电力工程建设的时候，都会将输电杆塔安装在较为广阔的地区，并且扛塔的高度较高，一般不会在周围存在高层建筑的状况下进行建设，这也会导致出现雷雨天气时，杆塔更容易被雷电击中，增大了输电线路受到雷电危害影响的概率[1]。

（二）自然环境

    大部分输电线路雷机危害发生的地区都处于雨水丰富、地势较高且雷雨天气较多的地区，这也说明了自然环境会成为诱发输电线路雷电危害的因素。我国占地面积辽阔，山区覆盖面积较为广泛，其中包括森林、河流、低洼的地势等特殊地理状况，在这些地区内都会存在着地势起伏大、雨水丰富、森林覆盖面广等特性，这也增大了该地区内输电线路受到雷击的概率。在进行输电线路设计的时候需要综合考虑到自然环境因素，对较常出现雷击状况的地区进行特殊设计，增大防雷技术的运用效果，做好输电线路的防雷设计，保障电力的正常运输，扩大电力的覆盖面，满足地区内群众的电力需求[2]。

（三）土壤电阻率

    电力企业在建设电力工程的时候会将输电线路的杆塔直接与土壤进行相连，这也意味着土壤的电阻率会成为影响输电线路防雷效果的因素。根据电力企业输电线路运行记录及检修记录可以了解到，土壤电阻率过小的时候，输电线路更容易出现雷击损害，这是缺少土壤电阻率造成的问题，受到雷击之后很容易出现反射问题，增大电击对输电线路的破坏，影响到输电线路的应用，甚至会对整个电力系统的运作造成威胁。例如：在岩石密布或高山地区都会存在雷击现象概率变大的状况，其主要原因便是土壤电阻率过小，因此，在这些特殊地区建设杆塔的时候，设计人员更需要注重杆塔高度的设计以及输电线路设计中防雷技术的运用。三

、输电线路中应用线路防雷技术的重要性

（一）保护电力设备与输电线路

    当输电线路遭受雷击的状况下，输电线路的磨损会更加严重，甚至有可能会造成输电线路或电力设备的损坏，增大了电力企业的经济支出。在输电线路中应用线路防雷技术能够有效保护电力设备与输电线路，降低雷电对电力系统的干扰，持续保障电力系统的正常运作。在输电线路或电力设备损坏的状况下，电力企业会出现较大的经济损失，不仅是电力运输经济效益受损，还需要进行输电线路的更换或电力设备的维修、更换，这都需要加大电力企业的经济投入，不仅缩减了电力企业的经济效益空间，还会影响到群众的正常生活与工作。因此，必须在输电线路设计中合理进行防雷技术的设计，提高输电线路的抗雷能力，确保输电线路的安全使用[3]。

（二）保障群众的用电安全

    电力系统的分布非常广泛，并且在人民群众的生活与工作中电力都成为了不可或缺的必需品，当电力系统出现雷击问题的时候会增大群众的用电风险，通过合理的线路防雷技术运用能够有效保障群众的用电安全。当输电线路受到雷暴天气影响的状况下，不仅会影响到输电线路的正常使用、造成电力系统输电阻碍的现象，还会出现线路着火、线路短路等问题，一旦出现继发性恶劣状况时，就会严重威胁到人民群众的生命与财产安全。虽然雷电的电流持续时间不超过0.01秒，但是雷击造成的电流却能够超过100,000安倍，当雷击中动物的时候，动物会出现大脑、心脏麻木甚至是死亡现象。因此，电力企业在进行输电线路设计的时候，需要通过合理的规划与避雷装置的运用来增大输电线路的防雷功能，减少雷暴天气与自然环境对电路运输和使用的影响。

（三）保障电力系统的正常运作

    在输电线路遭受雷击的时候，其不仅会影响到输电线路的使用，还会对电力系统造成较大的影响，出现电网运行故障、电力系统瘫痪等现象，出现严重状况时，电力系统的维修与恢复需要耗费大量的时间，会给人民群众的日常生活带来较大的影响。当雷电击中建筑物的时候，强大的磁场与电流也会给建筑物带来无法弥补的伤害，同理，在雷电接触输电线路的时候也会造成严重的损坏，并且高伏电流会顺势影响到电网及电力系统的运作。在进行防雷处理的时候，需要考虑到绕击雷与反击雷的差异，对输电线路进行合理的规划与铺设，贴合区域状况及自然环境来设定合理、科学的防雷方案，保障输电系统能够持续性的正常运作[4]。

四、输电线路设计中线路防雷技术的运用策略

（一）提高输电线路的抗雷能力

    雷击对电力系统的危害极大，其不仅会造成输电线路的短路，还有可能会诱发火灾与电力系统瘫痪等问题，威胁人民群众的生命财产安全，给群众的日常生活带来较大的阻碍，因此，对输电线路进行安全防护是电力系统运作过程中非常重要的工作之一。最为简单的办法就是提高输电线路抗雷能力，在出现雷暴天气的时候，雷电不会对电线产生作用，能够有效隔绝雷电保障输电线路的正常使用。提高输电线路的抗雷能力可以通过在电线上加装绝缘层以及添加绝缘瓷瓶的方式实现，绝缘层的添加需要根据电线的实际需求进行调整，确保绝缘层能够完全包裹电线，才能够发挥绝缘层安装的作用。而绝缘瓷瓶的添加需要达到特定的数量，比如：35kV线路需要添加四个绝缘瓷瓶，110kV线路需要添加八个绝缘瓷瓶，只有绝缘瓷瓶达到数量要求的时候，其才能够发挥出抗雷能力。当然，在添加绝缘瓷瓶的时候，还需要考虑到导线的弧垂状况，进行输电线路安装及绝缘瓷瓶安装的工人需要对电弧进行调整，在不影响输电线路正常运作的状况下，保障绝缘瓷瓶安装的有效性[4]。除此之外，还可以通过避雷器顶替绝缘子串泄导电流，避免绝缘子串绝缘被击穿，同时过电压泄放完毕后截断工频续流，避免线路跳闸。线路避雷器一般采用的都是金属氧化物避雷器，是目前世界公认最理想的过电压保护装置，在金属氧化物避雷器中应用了非线性的氧化锌电阻片，其具有非常优异的非线性伏-安特性，可以大幅的限制过电压幅值，与其他被保护的绝缘设备进行良好的配合。

（二）在输电线路中应用避雷线

在输电线路中使用避雷线也是能够有效防雷的线路设计办法，避雷线在诸多电力工程中得到了广泛运用，其能够在出现雷击状况的时候进行分流、屏蔽，强化输电线路的防雷能力。避雷线技术的应用关键要素是保障避雷线数量的合理性，并且避雷线需要具备良好的质量，因此，在使用避雷线技术的时候，电力企业需要对避雷线的出厂质量进行检测，保证避雷线达到特定的使用标准，并且，在进行线路的设计时需要将避雷线安置的位置、长度以及方式进行明确标注，保障避雷线应用的有效性。在电力系统输电线路电压为500kV的状况下需要安装两条避雷线，达到对整体线路的保护作用，避雷线在线路设计中需要进行合理的配线设计，保证所有的避雷线都进行接地处理，且避雷线之间需要进行规避交叉，以此来提升壁避雷线在输电线路中的防雷能力。根据电力工程输电线路安装经验可以了解到，在整体输电线路中，全线铺设避雷线能够达到更好的避雷效果，在连接地线的时候需要做到双地线，会大大增大输电线路设计成本，造成电力工程工程造价较高的状况，电力企业设计人员可以根据实际预算与需求进行合理的设计，比如：在110kV以下的线路可以设置单地线，而110kV以上的输电线路需要设置双地线

[5]。

在运用避雷线的时候，可以选择O P G W架空地线，其是输电线路中的重要组成部分，能够发挥出通信、防雷的作用。在线路或铁塔遭受雷电直击的时候，O P G W地线能够对雷电流进行分流，将为电流经过多个铁塔引入大地，降低单个铁塔的地电位过度升高状况，从而降低反击发生概率。

（三）安装自动重合闸

自动重合闸的安装是能够最大程度减少雷电对输电线路威胁的技术与办法之一（如图1所示），其较常应用在高空输电线路中，有效保障输电线路的正常运作与输电安全。目前，在我国大部分的电力企业中输电线路安装的自动重合闸分为以下四种：其一，综合装置； 其二，三相装置；其三，停用装置；其四，单相装置。输电线路设计人员会根据输电线路的负荷量以及实际需求来选择不同的装置安装自动重合闸。自动重合闸在输电线路中发挥的作用较大，当输电线路受到雷击的时候自动重合闸中存在的继电保护就能够发挥相应的作用，及时作出跳闸处理，然后立刻进行电力连接，既能够避免雷击给输电线路带来的损害，又能够让输电线路进行及时供电，避免出现电力系统长时间停运的状况，持续保障电力系统的正常运行。自动重合闸对输电线路防雷来说具有较为明显的优势，根据电力企业各个电力工程的实际应用成果来看，其具有良好的防雷效果，能够大大降低雷击导致断电的概率。但是，自动重合闸技术需要做到瞬时连接、瞬时闭合，在这二者之间依旧存在着时间差，科研人员需要对这一技术进行深度研究，不断提高技术水平，缩短自动重合闸闭合与连接之间的时间，持续维持电力系统的运作。

图1 自动重合闸

（四）合理设置耦合地埋线

    在输电线路安装过程中，将基塔和地线进行连接也能够实现输电线路的防雷，其运用原理是通过地埋线的方式将击打在输电线路上的雷电引开，降低雷击对输电线路运作造成的威胁。合适的耦合地埋线能够加强地埋线的使用效果，大大降低电力系统跳闸的概率，并且，在近距离与远距离使用过程中都能够发挥出相应的效果，应用前景良好，无论是在高压电力系统下或是在常规电压的电力系统下都能够发挥出较好的避雷效果[6]。

（五）优化输电线路的管理

    优化输电线路的排列与管理也能够让线路防雷技术在输电线路设计中得到良好的应用，提高多重线路连接使用过程中的防雷效果，为电力系统的正常运作做出更高的保障。

（1）多雷地区输电线路的管理

有部分地区受到地理位置、自然环境的影响，处于经常发生雷暴天气的区域，这也会增大区域内输电线路使用的安全风险。在这一线路区域内，设计人员可以通过安装避雷器的方式来优化接地电阻和杆塔电感，氧化锌避雷器能够有更好的避雷效果，虽然其需要较高的安装成本，但是对于多雷地区来说，其能够更好地发挥规避雷击的风险作用。

（2）电缆线路和架空线路连接的防雷措施

在输电线路设计中难免会存在架空线路需要与电缆线路进行连接的状况，设计人员需要根据基础理论进行规范的设计，保障架空线路与电缆的合理使用，并且处于户外区域内的电缆接头需要安装特定的避雷装置，电缆也需要进行接地处理[7]。

（3）两条线路交叉跨越处的防雷措施

在输电线路设计中出现两条输电线路交叉跨越的状态时，倘若其中一条输电线路遭受雷击，则大概率会影响到另一条输电线路的正常运作，导致两条线路同时发生跳闸问题，出现大面积停电的状况，严重影响到人民群众的日常生活，因此，需要在两条线路交叉跨越的地方进行有效的防雷措施。当交叉线路为110kV与10kV的时候，高电压的输电线路更容易遭受雷击，因此，需要提高对高电压线路的防雷技术应用重视程度，在距离两条输电线路最近的杆塔上安装避雷设施，并且，需要保障两条线路交叉的空隙两端绝缘大于相邻档的绝缘。在同级电压输电线路设计的时候应该尽可能避免交叉跨越，当必定需要出现交叉跨越状况时，两条10kV的线路需要保持最小的交叉距离[8]。

五、总结

综上所述，电力系统的稳定与安全不仅会影响到电力企业的发展，还会影响到人民群众的日常生活与国民经济的发展。电力企业应该积极承担自身的社会职责，不断优化电力技术，在输电线路设计中合理使用线路防雷技术，即使在雷暴天气也需要做到稳定、安全输送电力资源，为群众的生活与经济的发展提供电力保障。

参考文献：

[1]蔡德.输电线路设计中线路防雷技术的运用[J].新型工业化,2022,12(09):28-31.

[2]周文钧.输电线路设计中线路防雷技术的运用[J].设备管理与维修,2021(16):102-103.

[3]韩昌强,何璇,仇国滔.输电线路设计中线路防雷技术的运用[J].电子测试,2021(16):90-91+110.

[4]虞建武.输电线路设计中线路防雷技术的运用分析[J].科技与创新,2018(12):148-149.

[5]孙皓.线路防雷技术在输电线路设计中的应用[J].山东工业技术,2018(12):170.

[6]徐宗升.输电线路设计中线路防雷技术的运用解析[J].山东工业技术,2018(12):176.

[7]丁博,赵铭.输电线路设计中线路防雷技术的运用研究[J].中国高新区,2018(01):149.

[8]万辉龙.输电线路设计中线路防雷技术的运用解析[J].通讯世界,2017(22):237-238.