高压输电线路工程中的防雷保护技术分析

高压输电线路工程中的防雷保护技术分析

曹海霞曹艳珍李兆燕

一、高压架空输电线路防雷存在的缺陷

1、绝缘子使用存在隐患

当前在高压架空输电线路上使用的绝缘子有陶瓷绝缘子、钢化玻璃绝缘子及合成绝缘子等三种类型。在陶瓷绝缘子在输电线路上运行时，由于其笨重易碎，而且强度较代，易劣化成零值班，这就使其极易成为过电压薄弱之处，从而在闪络发生时被穿。而钢化绝缘子在雷击发生时，极易出现裸串情况，而且在运行初期自爆率较高。合成绝缘子在运行过程中发生串是较为常见问题，而且还存在老化的隐患。

2、塔杆可能存在隐患

塔杆作为高压架空输电线路输电线的支撑物体，多以钢材和钢筋混凝土材料为主。在高压输电线路中多以钢筋混凝土杆为主，主要由内部钢筋、横担和接地装置等部分组成。钢筋混凝土杆运行时间较长后，塔杆会发生严重的裂化和风化情况，而且在雷击作用下，杆内钢筋闪电会导致高温产生，从而导致水泥杆爆裂问题发生。另外当雷击击中拉线时，也会导致拉线过热，使其机械强度发生变化，从而导致倒杆事故发生。

3、避雷线防雷存在隐患

一旦输电线受到雷击时，则导线会有较大的过电压产生，在这种情况下，双避雷坶则会有效的将导线遮住，将其避雷线的重要作用很好的体现出来，使雷电全部击中避雷线，产生雷电流经过杆塔被引入到地下。利用避免线进行防雷过程中，保护角、避雷针线与保护导线之间的连线及与避免线铅垂形成的角度等对于防雷效果都十分关键。当前避雷线已成为我国高压架空输电线路必不可少的防雷设施，但即使这样，也不能绝对实现对雷电的防护，还是会有雷电击中导线的问题发生。

二、雷电的危害

1、电效应

雷电流高压效应会产生高达数十万至数百万伏的冲击电压，可击毁电气设备的绝缘、烧断电线或劈裂电杆，造成大规模停电。绝缘设备损坏还可能引起短路，导致火灾或爆炸事故。巨大的雷电流流经防雷装置使电位升高，这样的高电位同样可以作用在电气线路、电气设备或其他金属管道上，在它们之间产生放电。由于雷电流的电磁效应，在它的周围空间里会产生强大的磁场，处于电磁场中间的导体就会感应出很高的电动势。这种强大的电动势可以使闭合的金属导体产生很大的感应电流，引起发热及其他破坏。当雷电流入地时，在地面上可引起跨步电压造成人身伤亡事故。

2、热效应

雷电流高热效应会放出几十至上千安的强大电流，巨大的雷电流通过导体，在极短的时间内转换成大量的热能，在雷击点的热量会很高，雷击点的发热量为500～2000焦耳，可造成易爆物品燃烧或金属熔化、飞溅而引起火灾爆炸事故。

3、机械效应

雷电流机械效应主要表现为被雷击的物体发生爆炸、扭曲、崩溃、撕裂等现象而导致财产损失和人员伤亡。当被击物遭受巨大的雷电流通过时，由于雷电流作用产生的温度很高，一般在6000～20000℃，甚至高达数万摄氏度，被击物缝隙中的气体剧烈膨胀，缝隙中的水分也急剧蒸发为大量气体，因而在被击物体内部产生强大的机械压力，致使被击物体遭受严重破坏或发生爆炸。

4、其他危害

雷电流静电感应可使被击物导体感生出与雷电性质相反的大量电荷，当雷电消失来不及流散时，即会产生很高电压发生放电现象从而导致火灾。雷电流电磁感应会在雷击点周围产生强大的交变电磁场，其感生出的电流可引起变电器局部过热而导致火灾。雷电波的侵入和防雷装置上的高电压对建筑物的反击作用也会引起配电装置或电气线路短路燃烧而导致火灾。

5、雷电对人的危害

雷击电流迅速通过人体，可立即使呼吸中枢麻痹、心室纤颤或心跳骤停，致使脑组织及一些主要器官受到严重损害，出现休克或忽然死亡。雷击时产生的电火花，还可使人遭受到不同程度的烧伤。

三、常用的防雷措施

1、架空地线的运用

架空地线就是人们常说的避雷线，主要对导线起到屏蔽保护作用，用来对雷电进行分流，避免雷电直接击中导线。架空地线一般安装在导线的上方，大多是进行全线架设，可以保护整条线路，因此常常成为主要的导线保护措施。一般来说，雷电活动频繁的地区，应架设双避雷线，而在低于35千伏的输电线路，只需要在变电所进出的一至两千米架设避雷线，以免造成资源浪费。但是架空地线并非万无一失的防雷方法，因为避雷线是在导线的上方，太细达不到防雷效果，反而成为潜在威胁，而建设达标的避雷线，又会使杆塔的结构复杂化，增加工程投入，并且会人为增加杆塔高度，增加雷击风险。所以在甘孜州这种高海拔地区，这种方法应该慎用，但是在土壤电阻率高的地区，因为地面感应电荷难以随雷云的移动而流动，所以架空地线可以有效的降低线路雷击。

2、加强线路绝缘提高线路耐雷水平

线路绝缘性能的优劣将直接影响到线路的耐雷水平，所以在雷击灾害的高发区，应该提升绝缘子的性能。线路运行的管理单位要加强对绝缘子的全过程管理，并严把质量关，杜绝劣质的绝缘子挂网运行。并且对已经挂网运行的绝缘子，应该按照相关规定，定期进行绝缘子检测，确保线路的绝缘性能。像甘孜州这样的高原地区，对于经常遭受雷击的杆塔可以适当增加绝缘子的数量，并且有规定要求，超过40米的杆塔，每增加10米就应该增加一片绝缘子。

3、降低杆塔的接地电阻

输电线路为什么会引发雷击，这是由于杆塔的引雷特性所决定的，所以降低杆塔接地电阻是最直接也是最有效的防雷措施之一。在雷雨天气中，当雨水将地面淋湿之后，土壤的电阻率会大大降低，从而使杆塔顶部成为最常见的落雷点，所以对于这种自然降低土壤电阻率的情况，配合避雷针的使用，可以达到防雷效果。因为杆塔接地电阻过大，会在雷击时，使杆塔的电位升高，对输电线路产生反击，而土壤电阻率满足要求，则雷击时的大部分电流会直接流入大地，从而不使线路绝缘遭受破坏，保证线路的运行安全。所以在土壤电阻率高的地方，降低杆塔接地电阻是防雷的有效方法。

3、线路避雷器的使用

在一些雷电活动比较频繁的地区，像高原地区输电线路会经过山坳、森林等，增加了雷击几率，而这些地方经过接地电阻改造却依旧达不到防雷要求的区域。应该使用线路避雷器，什么是线路避雷器？这其实就是一个非线性的电阻，电压越低，则电阻越高，反之则越低。这种避雷器通常与绝缘子联合使用，它们一般并联在杆塔上，当遭受雷击时，它们串联的间隙会放电，保证线路跳闸停电。这种线路避雷器有很好的防雷效果，但是价格成本较高，所以在甘孜州等高原地区，应选择合适的重要地点进行安装设置，避免资金浪费；

5、输电线路无避雷线的防雷手段

输电线路不安装避雷线的防雷主要是在土壤电阻率高的地区，一般可以从两方面入手，一方面就是适当的增加杆塔的绝缘性能，增大绝缘子的裙边距离，防止在雷雨天气，出现闪雷事故；另一方面就是防止杆塔顶部形成落雷点，前文提到过，在雷雨天气，土壤的电阻率会降低，这样由于雷云的移动，杆塔顶部会成为最常见的落雷点。一般情况下，会使用避雷针等防雷装置，而无避雷线的情况下，应该是输电线路的杆塔横担接地，并用连续伸长接地体将每基杆塔的接地装置连接起来的，为异性电荷的移动提供一条低阻通道，防止杆塔顶部及杆塔附近地面突出物处的雷电场强发生畸变，这样就可以防止线路遭受雷击。

结束语

输电线路防雷一直都是电力工作的重要部分，而在高原地区由于地形的特殊性，需要采取一些相对创新的手段，以便适应高原防雷的情况，例如从建设难度、资金投入以及后续的维护等方面进行考虑，既保证线路运行稳定也要保证社会用电安全，所以应该摸清高原地形气候特征，因地制宜采取防雷措施。

参考文献：

[1]任杰.输电线路铁塔的选型设计与结构优化研究[D].华北电力大学，2014.