架空电力线路防雷与接地分析

架空电力线路防雷与接地分析

何志宏

广东诚誉工程咨询监理有限公司（广东佛山528000）

摘要：为了确保电力系统的安全，正确的接地设备设计可以有效地防止架空线路和电击跳闸等因素对电网的不利影响。文章从工作实践出发，首先总结了架空线路遭遇雷击后跳闸的状况，并从相关实例中综合分析了该故障的原因，并对其设计要点进行了详细的论述，并给出了具体的避雷措施。

关键词：架空线路；防雷接地；设计分析

0引言

架空输电线路长期处于自然条件下，其自身防护能力差，易受自然条件的影响而产生各种运行失效问题。腐蚀是影响接地设备性能发挥的重要因素，长期处于潮湿、腐蚀环境下，会导致接地体的腐蚀，从而导致接地网的局部断裂，从而引起安全事故。因此，在实际生产中，如何正确地进行输电线路的接地是减少线路安全隐患，提高线路的使用寿命的一个重要步骤[1]。

图1架空输电线路

1防雷与接地的重要性

电力是人类生产、生活的主要能源。随着我国社会生产力的不断提高，电力市场的需求量不断增大，电力的重要性日益凸显。随着电力市场的发展，我国电力系统的建设速度也有了长足的进步，已经成为我国的主要能源。为了有效地防止外部和外部因素的干扰，必须确保电网的稳定。但是，由于电网在野外运行，存在着许多难以避免的问题，特别是当电网处于室外时，由于恶劣的气候环境会对电网造成直接的损害，从而对电网的安全运行产生不利的影响。闪电是一种破坏力极强的自然现象，一旦被闪电击中，将会造成较为严重的事故和经济损失。雷电对电网造成的危害有：直接雷击。闪电直接劈在电力系统上，对电力系统造成直接的破坏，而不会对任何东西造成任何的阻碍，对系统的破坏是最大的。直击闪电会直接影响到电线，如果有静电感应的话，两种电流会聚在一起，就会对电器造成很大的伤害，雷云电感应。在雷云下，有可能会有静电感应，因为电线的高度不同，感应电压也会不同，通常都是在雷云下，而且会有一定的静电作用，所以才会有闪电。电磁场引起的闪电。雷击是引下线造成的，当引下线被埋在地下时，往往会有一定数量的金属线，从而引起金属线的电磁感应，从而引发闪电；现在许多地方已经有了避雷针、避雷网等防雷设施，一旦雷击避雷装置发生感应，雷电会直接聚集到这些装置上，引起地面电压升高，当压力达到一定程度，高压就会顺着接地线回到避雷装置，引发反噬[2]。

图2静电感应现象

2架空输电线路雷击跳闸的具体影响因素

2.1设计方面影响因素

线路规划是架空输电线路设计的第一步，也是最基本的工作。在实际应用中，必须在充分、细致的前期调查的基础上，对输电需求、施工地环境等进行全面的了解，才能精确设置输电距离，并在导线设置、地线安排、绝缘配合、防雷装置等方面对通信线路进行精细的防护。然而，事与愿违，由于国家对电力系统的完善，电力系统的设计工作量急剧增加，在工期紧张的情况下，一些工作人员在进行测量时，往往会因为工作量过大而不能根据实际的土壤电阻率进行精确的测量，从而使杆塔接地装置的设计方案发生严重偏差，无法满足现场施工的实际需求。尽管这种偏差的产生部分原因是由于当前输电线路工程场地的地形、土壤构造比较复杂，但是客观条件仍然无法掩盖工作人员的工作疏忽[3]。

2.2外部环境影响因素

前面提到过，由于大部分架空线路都是在户外作业，因此，自然环境等外界因素是引起雷击跳闸的重要原因。特别是，造成雷电跳闸的原因主要有地形条件、地质条件、气候条件、土壤性质等。尤其是在某些特殊的自然环境中，因其接地电阻极高而使架空线路受到外界环境的影响而发生雷击的频率较高。

图3接地电阻测量

2.3施工工作影响因素

在工程实际完工情况下，对雷电跳闸的发生也有很大的影响。因为大部分工地都在岩石地带或者山地地带，要么是交通不便，要么就是土壤的电阻率太高，所以建造起来非常困难[4]。由于施工难度大、工作量大，有些项目甚至不能按设计图进行施工，在施工现场调试时，会出现接地深、回填土等专业性强的施工作业，从而造成施工质量的下降。

3架空输电线路防雷与接地的设计分析

3.1安装避雷装置

在设置避雷设施时，可以在架空线路上设置避雷线，作为一种常见的防止线路被雷击的方法，具有很好的导流作用，可以减少通过电缆和电线的电流，并且随着线路电压的升高，使用避雷线的效果也会越来越好。而避雷线在工程造价中所占的经济比例越小，35 kV及以下线路避雷线所占的比例越大。为了充分利用避雷线的屏蔽效果，在导线上设置的保护角度不能太大[5]。按照相关法规，在铁塔上，避雷线与电线之间的保护角度应为20-30度；330 kV和220 kV的线路，通常用20度左右；在重冰区，保护角不宜过小，两条避雷线的间距不得大于电线与避雷线的竖直间距的5倍。

图4避雷装置

3.2降低杆塔接地电阻

不管是哪一类线路，其抗雷电强度都与接地电阻等呈反比关系。因此，减少接地电阻可以改善线路的抗雷性。从本质上讲，减少杆塔的接地电阻是防止雷击的一个重要手段。在架空线路中，接地设备起着举足轻重的作用，而接地设备的好坏直接关系到杆塔的接地电阻。因此，选用合适的接地设备，可以有效地提高导线的耐雷能力。现有接地装置有自然接地、延长接地、人工接地等多种方法，其总体原理是尽量减少接地电阻。比如，当土壤电阻率较高时，通常会设置竖直接地，而水泥杆塔则需要3~5米的距离，铁塔和竖直接地极之间的间隔应为5~8米。

3.3加强线路绝缘及采用差绝缘和不平衡绝缘方式

实践证明，加强线路绝缘配合，改善绝缘子的特性，对提高线路的防雷能力也是有益的。首先，不同的绝缘形式和不均衡的绝缘形式都有强化的作用。差绝缘，是在同一杆塔内放置不同数量的绝缘子数，以防止当电线被击穿或雷电通过杆塔进入地面时出现两相闪络现象。非对称隔离模式，是在设置隔离子串片时进行差别布置，以增加多片导线的耐雷电等级；具体来说，在遭遇雷击时，片数较少的电路会首先出现闪络，而片数较多的电路则会产生地线，从而减少两个电路同时短路的可能性，从而确保电源的稳定。有资料显示，采用不同的绝缘方法，可提高导线的耐雷度约24%。此外，为了提高绝缘子串的冲击闪络电压，可以在杆塔上增设绝缘子串数，从而提高其冲击闪络电压。

图5绝缘子

3.4改进架空输电线路的接地设计

首先要做好电塔的接地设计。在架空线路初步设计时，应对线路进行实地勘察，避免发生雷击事故，并制定出合理的线路。根据该方法，对线路杆位的土壤电阻率进行了测试，并对其进行了合理的接地布置，以确定最适合于实际情况的接地方式。其次，要减少接地的阻力。在土壤电阻较低的地区，应充分利用导线和杆塔基础等天然接地，以尽量减小接地电阻。在土壤电阻高的地区，采用外引接地、辐射接地、复合接地、连续延伸接地、物理接地和换土等措施来减少接地电阻。此外，延长接地极也是减少接地电阻的一种方法。最后，降低电阻也是可能的。随着电阻器技术的发展，超导降阻剂逐渐更新和升级，采用科学、合理的降阻剂可以有效地减少接地电阻，从而达到抗雷的目的。该降阻剂可以迅速渗透到地表土壤，极大的提高了散射电流的覆盖范围，特别适用于具有高电阻的地区。

4结语

综合以上分析，结合目前国内架空输电线路的实际情况，认为输电线路的安全运行对电网的供电能力有很大的提高。而户外架空输电线路因雷击而发生短路，严重地影响了电网的安全和可靠性。因此，加强架空输电线路的防雷、接地设计，增强其抗雷能力，为电网的可持续发展奠定坚实的基础。

参考文献：

[1]徐泽运.输电线路及变电站防雷保护措施浅析[J].石化技术,2020,27(07):161+160.

[2]付继红.多雷区输电线路并联间隙的绝缘配合研究[J].中国石油和化工标准与质量,2020,40(14):161+165.

[3]周磊奎.浅谈输电线路防雷原理与设计[J].低碳世界,2020,10(07):71+95.

[4]张冯硕.架空输电线路防雷与接地的设计探析[J].企业技术开发,2015,34(36):12,15.

[5]丁洪民.浅谈架空输电线路防雷接地的设计要点[J].无线互联科技,2013(12):153.