輸電線路設(shè)計(jì)中線路防雷技術(shù)的運(yùn)用

肖慶華

摘要：電力工程建設(shè)對保障工業(yè)生產(chǎn)、城市建設(shè)具有重要作用，為切實(shí)保證電網(wǎng)安全運(yùn)行與電能傳輸質(zhì)量，需在輸電線路設(shè)計(jì)中做好線路防雷設(shè)計(jì)，選擇合理的線路防雷技術(shù)應(yīng)用，用以防范或降低輸電線路因雷電所造成的線路短路、燃燒等問題影響，確保輸電線路能夠長期處于安全、穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。因此分析與研究輸電線路設(shè)計(jì)中線路防雷技術(shù)的運(yùn)用，以期為提高輸電線路防雷保護(hù)效果提供參考與借鑒。

關(guān)鍵詞：輸電線路設(shè)計(jì)?? 線路防雷技術(shù)?? 配電線路?? 防雷治理?? 技術(shù)運(yùn)用

中圖分類號：TM863??? 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A

Application of Line Lightning Protection Technology in Transmission Line Design

XIAO Qinghua

（Jingjian Branch，Hubei Jingneng Power Transmission and Transformation Engineering Co.， Ltd.， Jingmen，Hubei Province， 448000 China）

Abstract： The construction of power engineering plays an important role in ensuring industrial production and urban construction. In order to effectively ensure the safe operation of the power grid and the quality of power transmission， it is necessary to do a good job in line lightning protection design in transmission line design and select reasonable line lightning protection technology applications to prevent or reduce the impact of line short circuit， combustion and other problems caused by lightning in transmission lines， and ensure that transmission lines can operate safely and stably for a long time. Therefore， this article analyzes and studies the application of lightning protection technology in transmission line design， in order to provide reference and models for improving the lightning protection effect of transmission lines.

Key Words： Transmission line design; Line lightning protection technology; Distribution line; Lightning protection treatment; Technology application

當(dāng)前，我國電力行業(yè)發(fā)展正面臨經(jīng)濟(jì)高速增長轉(zhuǎn)型高質(zhì)量建設(shè)的關(guān)鍵階段，如何進(jìn)一步完善與優(yōu)化輸電線路設(shè)計(jì)，提升線路防雷保護(hù)效果對保證電網(wǎng)安全、高質(zhì)及高效運(yùn)行十分重要。輸電線路在遭遇雷擊時(shí)，會承受瞬間的高壓，導(dǎo)致線路負(fù)載出現(xiàn)超負(fù)荷現(xiàn)象，進(jìn)而造成輸電線路出現(xiàn)損毀、短路等問題，對供電效率與質(zhì)量造成不良影響。因此，必須有效提升輸電線路防雷防護(hù)效果，強(qiáng)化線路防雷技術(shù)應(yīng)用。鑒于此，本文主要展開對輸電線路設(shè)計(jì)中線路防雷技術(shù)的運(yùn)用探討。

1雷電對輸電線路的危害

1.1雷電對桿塔的危害

雷電擊中桿塔后，會導(dǎo)致桿塔成為導(dǎo)體，進(jìn)而對桿塔導(dǎo)線及輸電設(shè)備等造成破壞，嚴(yán)重時(shí)會因雷電擊中而發(fā)生導(dǎo)線自燃現(xiàn)象，不僅存在一定程度的火災(zāi)隱患，同時(shí)也會致使輸配電系統(tǒng)癱瘓，形成大范圍停電情況^[1]。當(dāng)桿塔受到雷擊后需要相關(guān)技術(shù)人員、維修人員等立刻千萬現(xiàn)場查看，根據(jù)實(shí)際情況對其開展針對性維修工作或是更換相關(guān)電力設(shè)備，以此恢復(fù)供電。一般情況下，因雷擊出現(xiàn)故障的導(dǎo)線、輸電設(shè)備等損壞程度較高，不僅會提升實(shí)際維修難度與維修工作量，同時(shí)也會提高相關(guān)單位對輸電線路的維修成本。

1.2雷電對線路的危害

雷電擊中輸電線路后可能出現(xiàn)過電壓現(xiàn)象，進(jìn)而造成設(shè)備、線路因電壓超限而對絕緣性能造成影響，這不僅會形成大范圍電力事故，對周邊區(qū)域人們的日常生活與工作產(chǎn)生影響，同時(shí)也會在一定程度上增加安全隱患^[2]。因此，需要相關(guān)單位結(jié)合實(shí)際情況，提高對所管轄區(qū)域內(nèi)輸電線路防雷工作的重視，以此為整個(gè)電力系統(tǒng)的穩(wěn)定、安全運(yùn)行提供保障。

2輸電線路設(shè)計(jì)中引發(fā)雷電的因素

2.1復(fù)雜地形

通常情況下，輸電線路往往會架設(shè)在地形較為復(fù)雜的區(qū)域中，如沿海區(qū)域、山區(qū)等。在上述區(qū)域進(jìn)行輸電線里架設(shè)工作時(shí)，往往會因氣候環(huán)境、地形地勢等相關(guān)因素的影響而提升雷擊輸電線路的概率，同時(shí)此類復(fù)雜地形區(qū)域中雷電活動(dòng)頻率與強(qiáng)度與其他區(qū)域相比較高，因此會對輸電線路及電力系統(tǒng)產(chǎn)生較高威脅。具體而言主要表現(xiàn)在以下三方面。第一，沿海地區(qū)。由于沿海地區(qū)附近空氣濕度較高，且容易形成較強(qiáng)對流，導(dǎo)致該區(qū)域中雷擊活動(dòng)頻率較高，進(jìn)而在一定程度上增加了雷擊輸電線路的概率。第二，傾斜山坡?；谠摰貐^(qū)的特殊性，導(dǎo)致上坡區(qū)域繞組較少、下坡區(qū)域?qū)Ь€較長。雖然此種做法會在一定程度上加強(qiáng)對輸電線路的保護(hù)效果，但由于上坡區(qū)域的繞組在實(shí)際設(shè)置時(shí)可能并未對其進(jìn)行針對性防雷設(shè)計(jì)，且由于上坡區(qū)域海拔較高，進(jìn)而致使其雷擊概率增加，為輸電線路運(yùn)行穩(wěn)定性與安全性埋下隱患。第三，縱深山谷地帶。此類地區(qū)中往往因溫度的改變而導(dǎo)致氣流運(yùn)動(dòng)混亂，進(jìn)而提升形成雷云概率。除此之外，該區(qū)域內(nèi)開放空間較大，導(dǎo)致暴露在外部環(huán)境的弧長較長，因此在氣流運(yùn)動(dòng)混亂的條件下會提升雷擊概率，加之并未結(jié)合實(shí)際需求為其設(shè)置行之有效的防雷措施，無法為輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行提供切實(shí)保障，在一定程度上提升了雷擊事故發(fā)生^[3]。

2.2土壤電阻率

為進(jìn)一步增強(qiáng)輸電線路的防雷性能，則需要結(jié)合實(shí)際情況利用接地電阻實(shí)現(xiàn)對雷擊電流的可靠分流與消耗處理。通常情況下，雷電的主要擊打目標(biāo)往往是桿塔，若無法對接地電阻進(jìn)行科學(xué)設(shè)置，則會提升雷電擊穿桿塔的概率，進(jìn)而導(dǎo)致桿塔出現(xiàn)故障。同時(shí)，部分地區(qū)土壤電阻率相對較高，進(jìn)而使桿塔接地電阻偏高，此種情況下會提升輸電線路出現(xiàn)跳閘現(xiàn)象的概率^[4]。另外，接地電阻的合理設(shè)置在巖石、高山等復(fù)雜地形區(qū)域尤為重要，通過接地電阻能夠有效利用此種地形復(fù)雜區(qū)域中的土壤結(jié)構(gòu)，從而提升輸電線路的防雷性能。除此之外，若在土壤電阻率較小的前提下出現(xiàn)雷擊塔頂情況，則存在反射概率。

2.3雷電活動(dòng)頻率高

一般情況下，在山地等地形地貌起伏較大的區(qū)域中容易發(fā)生雷擊現(xiàn)象，究其原因是此類環(huán)境中的氣流變動(dòng)存在較強(qiáng)復(fù)雜性與不規(guī)律性且變動(dòng)頻率高。平原區(qū)域則相對較為平和，雷擊現(xiàn)象與山地區(qū)域相比較少。除此之外，由于山區(qū)環(huán)境內(nèi)地形地貌情況發(fā)雜，同時(shí)多數(shù)區(qū)域被河流、山林植被等覆蓋，不僅會在一定程度上提升雷擊概率，同時(shí)還會在雷擊后因輸電線路所產(chǎn)生的火花而出現(xiàn)火災(zāi)事故，對當(dāng)?shù)丨h(huán)境與輸電線路造成巨大影響^[5]。

2.4桿塔因素

當(dāng)雷電擊中桿塔后，所產(chǎn)生的電流會流經(jīng)桿塔導(dǎo)入大地，進(jìn)而形成一個(gè)單向回路，從容造成桿塔擊穿現(xiàn)象，對輸電線路的穩(wěn)定運(yùn)行造成影響。為充分滿足各個(gè)區(qū)域中個(gè)性化供電需求，桿塔在實(shí)際設(shè)置時(shí)的高度普遍較高，同時(shí)由于桿塔之間存在相互影響，可能會在同一次雷擊現(xiàn)象中出現(xiàn)不同表現(xiàn)^[6]。例如：反擊電流與桿塔電流之間為反比，若桿塔電流增加則反擊電流減弱，進(jìn)而導(dǎo)致輸電線路的雷擊電流抗性降低；桿塔間會對分流產(chǎn)生抑制作用，導(dǎo)致局部電流頻率增加；因?qū)Ь€閃爍存在差異性，進(jìn)而造成桿塔線路間電流出現(xiàn)不均勻分布，此時(shí)若遭受雷擊，則會導(dǎo)致局部荷載提升，最終形成熔斷或燒毀情況。

3輸電線路設(shè)計(jì)中線路防雷技術(shù)的應(yīng)用原則

3.1經(jīng)濟(jì)性原則

為確保電力系統(tǒng)的可持續(xù)發(fā)展與穩(wěn)定運(yùn)維，則需要相關(guān)單位結(jié)合實(shí)際情況，以經(jīng)濟(jì)效益為導(dǎo)向、以輸電線路防雷技術(shù)為基礎(chǔ)，形成具有較強(qiáng)可行性、科學(xué)性以及可靠性的輸電線路防雷措施。同時(shí)，加強(qiáng)對新設(shè)備、新工藝、新材料以及新技術(shù)的應(yīng)用，確保充分滿足不同區(qū)域中不同輸電線路對防雷性能的多樣化、差異性需求，增強(qiáng)防雷技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用能效，以此為輸電線路的穩(wěn)定、安全運(yùn)行提供有效保障^[7]。

3.2安全性原則

若想切實(shí)提升輸電線路在實(shí)際運(yùn)行期間的安全性與穩(wěn)定性，則需要相關(guān)技術(shù)人員加強(qiáng)對輸電線路設(shè)計(jì)的分析，基于目前輸電線路運(yùn)行情況與當(dāng)?shù)貐^(qū)域?qū)嶋H環(huán)境特點(diǎn)等相關(guān)因素，對輸電線路開展針對性防雷設(shè)計(jì)工作，同時(shí)明確所應(yīng)用的防雷技術(shù)在具體應(yīng)用時(shí)的表現(xiàn)與不足，而后以多樣化措施，如技術(shù)融合、更換技術(shù)、更換材料等形成可靠、完善的輸電線路防雷設(shè)計(jì)方案。

3.3因地制宜原則

相關(guān)單位應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格按照當(dāng)?shù)貐^(qū)域輸電線路設(shè)計(jì)的相關(guān)要求與標(biāo)準(zhǔn)、防雷技術(shù)應(yīng)用規(guī)范、地理環(huán)境特點(diǎn)等相關(guān)因素，選用合適的防雷技術(shù)進(jìn)行輸電線路設(shè)計(jì)工作，以此提升輸電線路在防雷處理方面的有效性、針對性以及合理性。

4輸電線路設(shè)計(jì)中線路防雷技術(shù)的應(yīng)用路徑分析

4.1增加桿塔絕緣性

相關(guān)技術(shù)人員在開展桿塔設(shè)計(jì)工作時(shí)，需要結(jié)合實(shí)際情況，如當(dāng)?shù)貧夂蛱攸c(diǎn)、桿塔頂部尺寸等相關(guān)因素對其開展針對性的防雷設(shè)計(jì)工作，確保在桿塔可承受范圍內(nèi)針對性安裝科學(xué)合理的絕緣裝置，以此有效加強(qiáng)輸電線路在實(shí)際運(yùn)行期間的防雷效果。需要注意的是，為確保桿塔絕緣裝置安裝的科學(xué)性、有效性以及合理性，則需要相關(guān)單位具有豐富的輸電線路防雷設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)、專業(yè)的安裝能力等，同時(shí)還需要提高對安全距離的重視與把控，究其原因是增加桿塔絕緣性技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用期間的防雷效果與桿塔地理高度、當(dāng)?shù)貐^(qū)域雷電活動(dòng)頻率等之間具有密切關(guān)系，因此在實(shí)際施工期間存在一定程度的難度。除此之外，基于電力設(shè)備的相關(guān)要求與規(guī)范，相關(guān)技術(shù)人員需要結(jié)合實(shí)際情況，在安裝避雷線且高度大于40m的桿塔中開展絕緣裝置的安裝工作，以此確保防雷效果有效滿足輸電線路的設(shè)計(jì)需求。

4.2降低桿塔接地電阻

通過合理布置桿塔的接地電阻，能夠有效提升輸電線路的防雷擊效果。若在線路接地電阻較高的情況下，塔頂或避雷線被雷電擊中，則會導(dǎo)致塔頂電位在短時(shí)間內(nèi)上升至較高程度，此時(shí)需要結(jié)合實(shí)際情況對桿塔接地電阻進(jìn)行有效控制。通過在合理范圍內(nèi)延長水平接地電極能夠有效降低桿塔接地電阻，從而達(dá)到提升輸電線路防雷擊性能的目的^[8]。

4.3可控放電避雷針

通常情況下，雷云在放電過程中往往會以下行雷閃或上行雷閃的方式對地表物體進(jìn)行放電。以山西捷力通防雷科技有限公司的可控放電避雷針為例，當(dāng)放電方式為下行雷閃時(shí)，其電流幅值較高，平均值往往會大于40KA，同時(shí)陡度大于30kA/μs；當(dāng)放電方式為上行雷閃時(shí)，與下行雷閃相比起電流幅值相對較小，即平均值小于7kA，同時(shí)陡度小于5kA/μs，因此上行雷閃通常情況下不會導(dǎo)致繞擊跳閘事故的出現(xiàn)^[9]。而可控放電避雷針的應(yīng)用原理便是利用上行雷閃，即上行雷閃所形成的上行先導(dǎo)能夠在一定程度上對地面物體形成屏蔽，以此達(dá)到減少地面物體在雷云放電過程中的感應(yīng)過電壓。可控放電避雷針在特定條件下運(yùn)行時(shí)，避雷針頂端的電場強(qiáng)度較高，進(jìn)而高頻率形成放電脈沖，以此達(dá)到引發(fā)上行雷閃的效果，而基于上行雷閃特性，達(dá)到避免繞極跳閘事故出現(xiàn)的效果?？煽胤烹姳芾揍樤趯?shí)際應(yīng)用期間具有以下兩方面優(yōu)勢：第一，由于可控放電避雷針的接地電阻較低，因此可以直接利用桿塔接地裝置進(jìn)行安裝，無需為其安裝新的接地裝置，在一定程度上降低了防雷技術(shù)的成本支出，在有效確保輸電線路防雷性能的前提下，提升相關(guān)單位在輸電線路設(shè)計(jì)中的經(jīng)濟(jì)效益；第二，基于宏觀角度分析，在輸電線路系統(tǒng)中應(yīng)用可控放電避雷針技術(shù)能夠形成一個(gè)范圍較大的保護(hù)區(qū)，大幅降低線路繞擊跳閘事故出現(xiàn)的概率。

4.4安裝避雷器

在目前的輸電線路防雷設(shè)計(jì)中，基于避雷器設(shè)備的防雷技術(shù)較為常用的防雷技術(shù)之一，避雷器能夠有效抵抗因雷擊而產(chǎn)生的高電壓，基于此特性，避雷器在實(shí)際應(yīng)用期間能夠?qū)旊娋€路起到良好的防雷保護(hù)效果。避雷器具體防雷原理如下，當(dāng)桿塔被雷電擊中后，部分雷擊電流會通過桿塔直接流向大地，從而在一定程度上達(dá)到分流效果，同時(shí)避雷器會主動(dòng)將未流經(jīng)大地的雷電流進(jìn)行二次分流，多數(shù)雷擊電流會通過避雷器進(jìn)入導(dǎo)線，而后經(jīng)導(dǎo)線向相鄰的桿塔傳輸。未進(jìn)一步提升輸電線路的防雷性能，則可以結(jié)合實(shí)際情況，將絕緣子與線路避雷器進(jìn)行并聯(lián)，當(dāng)避雷器在分流雷擊電時(shí)，若其殘壓小于絕緣子串的50％放電電壓，則盡管雷擊電流持續(xù)增加，避雷器的殘壓也僅是小幅度提升，從而有效降低絕緣子在雷擊時(shí)出現(xiàn)閃絡(luò)現(xiàn)象的概率。為避免出現(xiàn)絕緣子串的反擊情況，則需要相關(guān)技術(shù)人員在輸電線路的實(shí)際設(shè)計(jì)中，根據(jù)具體情況在合理范圍內(nèi)優(yōu)化避雷線的接地方式，如將避雷器安裝至鋼塔中。

4.5負(fù)角保護(hù)針

一般情況下，負(fù)角保護(hù)針主要安裝于電線頂部或塔架等相關(guān)位置中，其通過負(fù)角保護(hù)方式降低雷擊，在雷電擊中輸電線路后，第一時(shí)間將超出電力系統(tǒng)可承受范圍外的多余雷擊電流傳輸至避雷線上，以此為輸電線路的穩(wěn)定、安全運(yùn)行提供切實(shí)保障。另外，若輸電系統(tǒng)具有較強(qiáng)的智能化、數(shù)字化表現(xiàn)且當(dāng)?shù)鼐W(wǎng)絡(luò)環(huán)境良好，則可以結(jié)合實(shí)際情況基于相關(guān)智能設(shè)備實(shí)現(xiàn)對負(fù)角保護(hù)針的動(dòng)態(tài)化智能控制，在智能終端設(shè)備中配置開關(guān)設(shè)置量以及單元系統(tǒng)模擬量，如斷路器、微電網(wǎng)系統(tǒng)等。

4.6合理控制線路檔距

當(dāng)桿塔被雷電集中后，所形成的雷擊電流需要一定時(shí)間方可基于導(dǎo)線從桿塔傳播至塔基處。因此，當(dāng)雷擊時(shí)輸電線路的實(shí)際雷電抗性會根據(jù)所設(shè)置的線路檔距不同，而表現(xiàn)出不同能效。當(dāng)所設(shè)置的線路檔距較小時(shí)，避雷針會將大量雷電流導(dǎo)向相鄰桿塔，從而達(dá)到良好的分流效果，相鄰桿塔中的絕緣子串作用電壓會與線路避雷器殘留電壓形成制約效果，進(jìn)而達(dá)到增強(qiáng)輸電線路的實(shí)際抗雷性能；若提升線路檔距，則會在一定程度上降低避雷針對雷擊電流的分流效果，且線路檔距越高、避雷針分流效果越弱。因此，當(dāng)線路檔距達(dá)到已經(jīng)數(shù)值時(shí)，會出現(xiàn)雷電流無法被及時(shí)分流現(xiàn)象，從而降低制約效果，導(dǎo)致輸電線路的實(shí)際抗雷性能受到影響?；诖?，相關(guān)技術(shù)人員在進(jìn)行輸電線路設(shè)計(jì)作業(yè)時(shí)，可以結(jié)合實(shí)際情況，根據(jù)當(dāng)?shù)氐貐^(qū)特點(diǎn)合理設(shè)置線路檔距，以此提升輸電線路在運(yùn)行期間的抗雷性與穩(wěn)定性。

4.7安裝自動(dòng)重合閘

現(xiàn)階段在電力系統(tǒng)保護(hù)電網(wǎng)系統(tǒng)安全及線路裝置的方式中，自動(dòng)跳閘是較為常用且重要的方式之一?，F(xiàn)階段國內(nèi)較為常用的自動(dòng)重合閘主要有四種，分別是失活裝置、綜合裝置、三相裝置以及單相裝置。電力系統(tǒng)在實(shí)際供電過程中，自動(dòng)跳閘設(shè)備能夠?qū)旊娋€路的實(shí)際運(yùn)行數(shù)據(jù)進(jìn)行采集與分析，當(dāng)所采集的數(shù)據(jù)出現(xiàn)異常時(shí)，自動(dòng)跳閘設(shè)備便可以第一時(shí)間執(zhí)行跳閘操作，同時(shí)斷開輸電線路系統(tǒng)中其他設(shè)備。若輸電線路在實(shí)際運(yùn)行過程中被雷電擊中，則自動(dòng)跳閘設(shè)備便可以通過傳輸斷開信號，及時(shí)切斷電流，若雷擊時(shí)所形成的放電強(qiáng)度處于輸電系統(tǒng)的可控范圍內(nèi)，則當(dāng)雷電流被有效導(dǎo)入大地或其他防雷設(shè)備后，自動(dòng)跳閘設(shè)備會重新開閘并閉合相關(guān)開關(guān)與線路，避免部分線路或設(shè)備因長時(shí)間斷開而出現(xiàn)問題或是對周邊用電單位產(chǎn)生影響。需要注意的是，相關(guān)技術(shù)人員在基于自動(dòng)重合閘技術(shù)進(jìn)行輸電線路設(shè)計(jì)時(shí)，首先需要以宏觀角度對整體輸電系統(tǒng)進(jìn)行分析，在輸電系統(tǒng)合理位置安裝自動(dòng)重合閘并確保其與供電系統(tǒng)的繼電保護(hù)器有效連接，這樣不僅能夠切實(shí)降低輸電線路因雷擊后所產(chǎn)生的故障時(shí)長，同時(shí)也能夠在一定程度上提升整個(gè)電力系統(tǒng)的恢復(fù)效率^[10]。

4.8提高對接地工作的重視

合理進(jìn)行接地設(shè)計(jì)是提升輸電線路抗雷性能的另一重要手段之一，需要相關(guān)技術(shù)人員在實(shí)際設(shè)計(jì)期間做好以下幾方面工作：第一，需要相關(guān)技術(shù)人員結(jié)合實(shí)際情況，嚴(yán)格按照相應(yīng)的規(guī)章制度、輸電線路設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)以及相關(guān)規(guī)程中接地阻值的要求等因素，合理完成接地裝置的設(shè)計(jì)工作，若土壤電阻率較高，則可以在合理范圍內(nèi)通過設(shè)置降阻模塊或使用降阻劑等方式降低接地電阻；第二，相關(guān)技術(shù)人員可以結(jié)合輸電線路實(shí)際情況，在允許條件下設(shè)置雙地線，并選擇外層單絲直徑較大的光纖復(fù)合架空地線；第三，首先對整體輸電線路進(jìn)行調(diào)查與分析，而后結(jié)合實(shí)際運(yùn)行情況與當(dāng)?shù)貧夂驐l件特點(diǎn)，分析其中容易出現(xiàn)雷擊現(xiàn)象的位置并進(jìn)行明確標(biāo)注，最后利用旁路底線、耦合地線等相關(guān)措施提升易受雷擊位置的防雷接地效果。

5結(jié)語

綜上所述，對于雷電現(xiàn)象而言，其本質(zhì)上為自然現(xiàn)象，屬于不可抗力因素。因此，在輸電線路防雷設(shè)計(jì)工作中，相關(guān)技術(shù)人員應(yīng)用基于宏觀角度對輸電線路防雷設(shè)計(jì)方案進(jìn)行考慮與分析，以實(shí)際情況與具體需求為基礎(chǔ)實(shí)現(xiàn)對輸電線路的科學(xué)優(yōu)化與設(shè)計(jì)，以此促進(jìn)輸電線路的實(shí)際輸電質(zhì)量、防雷性能等得到切實(shí)改善與增強(qiáng)。

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