輸電線路的防雷保護措施與方法

王記昌，季　祥（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，河南南陽473000）

輸電線路的防雷保護措施與方法

王記昌，季祥
（河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院，河南南陽473000）

輸電線路是電網(wǎng)的重要組成部分，由于其暴露在野外，長期受到外界惡劣環(huán)境的影響，隨時可能導(dǎo)致線路故障，影響安全供電，嚴重時將會導(dǎo)致大面積停電事故。分析了雷電的起因及危害，討論了輸電線路和電氣設(shè)備的防雷措施及安全預(yù)防等。

輸電線路；雷電；避雷器；安全

雷電不僅會使絕緣子發(fā)生閃絡(luò)或擊穿，有時還會引起導(dǎo)線斷線等事故。

雷電電壓高達數(shù)百萬伏，瞬間電流可高達十萬安培。電流高壓效應(yīng)會產(chǎn)生高達數(shù)萬伏甚至數(shù)十萬伏的沖擊電壓，如此巨大的電壓瞬間沖擊電氣設(shè)備，足以擊穿絕緣使設(shè)備發(fā)生短路，導(dǎo)致供電中斷。雷擊經(jīng)常引起雙回路同時停電，20%～30%的輸電線路故障都發(fā)生在雙輸電線路上。

1　雷電的起因

雷電的種類可分為直擊雷、感應(yīng)雷（雷電感應(yīng)）、雷電波侵入和球雷四種。

雷電是雷云之間或雷云對地面放電的一種自然現(xiàn)象。雷電一般產(chǎn)生于對流發(fā)展旺盛的積雨云中，因此常伴有強烈的陣風和暴雨，有時還伴有冰雹和龍卷。積雨云頂部一般較高，可達20公里，云的上部常有冰晶。冰晶的凇附，水滴的破碎以及空氣對流等過程，使云中產(chǎn)生電荷。云中電荷的分布較復(fù)雜，但總體而言，云的上部以正電荷為主，下部以負電荷為主。因此，云的上、下部之間形成一個電位差。當電位差達到一定程度后，就會產(chǎn)生放電，這就是我們常見的閃電現(xiàn)象。在雷雨季節(jié)里，地面上的水分受熱變成水蒸氣，并隨熱空氣上升，在空中與冷空氣相遇，使上升氣流中的水蒸氣凝成水滴或冰晶，形成積云。云中的水滴受強烈氣流的摩擦產(chǎn)生電荷，而微小的水滴帶負電，小水滴容易被氣流帶走形成負電的云。較大的水滴留下來形成帶正電的云。這種帶電的云層稱為雷云。雷云是產(chǎn)生雷電的基本因素，而雷云的形成必須具有以下三個條件：（1）空氣中有足夠的水蒸氣；（2）有使潮濕的空氣能夠上升并凝結(jié)為水珠的氣象或地形條件；（3）具有使氣流強烈持久地上升的條件。

2　雷電的危害

雷電的危害主要表現(xiàn)為雷電在放電時所產(chǎn)生的各種物理效應(yīng)和作用。雷電的危害一般分為兩類：一是雷直接擊在建筑物上發(fā)生熱效應(yīng)作用和電動力作用；二是雷電的二次作用，即雷電流產(chǎn)生的靜電感應(yīng)和電磁感應(yīng)。雷電的具體危害表現(xiàn)如下：

2.1電效應(yīng)

雷電流高壓效應(yīng)會產(chǎn)生高達數(shù)十萬至數(shù)百萬伏的沖擊電壓，可擊毀電氣設(shè)備的絕緣、燒斷電線或劈裂電桿，造成大規(guī)模停電。絕緣設(shè)備損壞還可能引起短路，導(dǎo)致火災(zāi)或爆炸事故。巨大的雷電流流經(jīng)防雷裝置使電位升高，這樣的高電位同樣可以作用在電氣線路、電氣設(shè)備或其他金屬管道上，在它們之間產(chǎn)生放電。由于雷電流的電磁效應(yīng)，在它的周圍空間里會產(chǎn)生強大的磁場，處于電磁場中間的導(dǎo)體就會感應(yīng)出很高的電動勢。這種強大的電動勢可以使閉合的金屬導(dǎo)體產(chǎn)生很大的感應(yīng)電流，引起發(fā)熱及其他破壞。當雷電流入地時，在地面上可引起跨步電壓造成人身傷亡事故。

2.2熱效應(yīng)

雷電流高熱效應(yīng)會放出幾十至上千安的強大電流，巨大的雷電流通過導(dǎo)體，在極短的時間內(nèi)轉(zhuǎn)換成大量的熱能，在雷擊點的熱量會很高，雷擊點的發(fā)熱量為500～2000焦耳，可造成易爆物品燃燒或金屬熔化、飛濺而引起火災(zāi)爆炸事故。

2.3機械效應(yīng)

雷電流機械效應(yīng)主要表現(xiàn)為被雷擊的物體發(fā)生爆炸、扭曲、崩潰、撕裂等現(xiàn)象而導(dǎo)致財產(chǎn)損失和人員傷亡。當被擊物遭受巨大的雷電流通過時，由于雷電流作用產(chǎn)生的溫度很高，一般在6000～20000℃，甚至高達數(shù)萬攝氏度，被擊物縫隙中的氣體劇烈膨脹，縫隙中的水分也急劇蒸發(fā)為大量氣體，因而在被擊物體內(nèi)部產(chǎn)生強大的機械壓力，致使被擊物體遭受嚴重破壞或發(fā)生爆炸。

2.4其他危害

雷電流靜電感應(yīng)可使被擊物導(dǎo)體感生出與雷電性質(zhì)相反的大量電荷，當雷電消失來不及流散時，即會產(chǎn)生很高電壓發(fā)生放電現(xiàn)象從而導(dǎo)致火災(zāi)。雷電流電磁感應(yīng)會在雷擊點周圍產(chǎn)生強大的交變電磁場，其感生出的電流可引起變電器局部過熱而導(dǎo)致火災(zāi)。雷電波的侵入和防雷裝置上的高電壓對建筑物的反擊作用也會引起配電裝置或電氣線路短路燃燒而導(dǎo)致火災(zāi)。

2.5雷電對人的危害

雷擊電流迅速通過人體，可立即使呼吸中樞麻痹、心室纖顫或心跳驟停，致使腦組織及一些主要器官受到嚴重損害，出現(xiàn)休克或忽然死亡。雷擊時產(chǎn)生的電火花，還可使人遭受到不同程度的燒傷。

3　防雷措施

避雷器主要用于限制由線路傳來的雷電過電壓或由操作引起的內(nèi)部過電壓，是保證電力系統(tǒng)安全運行的重要保護設(shè)備之一，它的正常運行對保證系統(tǒng)的安全供電起著重要作用。

防雷措施可簡單地概括為“泄”和“抗”兩種方式?？沟姆绞街饕m用于防雷的電氣設(shè)備本身，使之具有一定的絕緣水平，或采用其他補救措施，以提高其抵抗雷電破壞的能力。泄的方式則使用在各種防雷裝置上。如避雷針、避雷線、避雷網(wǎng)、避雷帶和避雷器等，都是把雷電引向自身泄掉，以削弱其威力。

應(yīng)當根據(jù)建筑物和構(gòu)筑物、電力設(shè)備以及其它保護對象的類別和特征，分別對直擊雷、感應(yīng)雷和雷電侵入波等采取適當?shù)姆雷o措施。發(fā)生雷暴時，由于帶電積云直接對人體放電，雷電流入地產(chǎn)生對地電壓可能對人造成致命的電擊，因此應(yīng)掌握必要的人身防雷安全知識。

發(fā)生雷暴時，非工作必須，應(yīng)盡量減少在戶外或野外逗留的時間；在戶外或野外最好穿塑料等不透水材料的雨衣。如有條件可進入有寬大金屬構(gòu)架或有防雷設(shè)施的建筑物、汽車或船只內(nèi)。如在建筑屏蔽的街道或高大樹木屏蔽的街道內(nèi)躲避，要注意離開墻壁或樹干8米以外。

發(fā)生雷暴時，應(yīng)盡量離開小山、小丘和隆起的小道，離開海濱、湖濱、河邊和池塘，避開鐵絲網(wǎng)、金屬曬衣繩以及旗桿、煙囪、寶塔、孤獨的樹木，還應(yīng)盡量離開沒有防雷保護的小建筑物或其他設(shè)施。

發(fā)生雷暴時，在戶內(nèi)應(yīng)注意防止雷電侵入，應(yīng)離開照明線、動力線、電話線、廣播線、收音機和電視機的電源線、收音機和電視機的天線，以及與其相連的各種金屬設(shè)備，以防止這些線路或設(shè)備對人體二次放電。

遇雷雨天氣，還應(yīng)注意關(guān)閉門窗，以防止球雷進入戶內(nèi)造成傷害。

4　電氣設(shè)備的防雷

電氣設(shè)備要防護來自直擊雷、雷電反擊和侵入雷電波的維護。變電所的直擊雷保護通常采用獨立的避雷針或避雷線。此外，為了防止發(fā)生反擊事故，還應(yīng)使變電所內(nèi)全部接地裝置成為一個整體，構(gòu)成環(huán)狀接地網(wǎng)，不要出現(xiàn)開口，使接地裝置都能夠充分發(fā)揮作用，降低跨步電壓，以保證人身安全。

在線路遭受雷擊時，由于線路絕緣水平往往較變電所內(nèi)設(shè)備為高，因此沿著線路侵入到變電所的雷電行波的幅值往往是很高的，如無完善的保護措施，就有可能使變電所內(nèi)的變壓器和其他設(shè)備的絕緣損壞。如果是終端變電所，由于反射作用其電壓還會升高，危險性更大，因此，對于沿進線侵入的雷電行波的危害更應(yīng)給予高度重視。

對線路侵入的雷電波的保護，通常按不同的電壓等級和容量采取相應(yīng)級別的保護接線。變電所的保護接線規(guī)定了保護系統(tǒng)的構(gòu)成以及各保護元件與被保護設(shè)備之間的關(guān)系。

5　輸電線路的防雷措施

輸電線路防雷設(shè)計的目的是提高線路的耐雷水平，降低線路的雷擊跳閘率。在確定線路防雷方式時，應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)的運行方式，線路的電壓等級和重要程度、線路經(jīng)過地區(qū)雷電活動的強弱、地形地貌的特點、土壤電阻率的高低等自然條件，并考慮當?shù)卦械倪\行經(jīng)驗，根據(jù)技術(shù)經(jīng)濟比較的綜合結(jié)果，采取合理的保護措施。

5.1架設(shè)避雷線

架設(shè)避雷線是高壓特別是超高壓線路防雷的基本措施，其作用主要是防止雷直擊導(dǎo)線，同時還有分流作用，以減小流經(jīng)桿塔入地的電流，從而降低塔頂電位。通過對導(dǎo)線的耦合作用可以減少線路絕緣承受的電壓，它對導(dǎo)線還有屏蔽作用，可以降低感應(yīng)過電壓。

110kV及以上電壓等級的線路一般都應(yīng)全線架設(shè)避雷線，35kV及以下電壓等級的線路則一般不全線架設(shè)或不架設(shè)避雷線。避雷線的保護角大多取20°～30°。

330kV及以上超高壓、特高壓線路都架設(shè)雙避雷線，保護角在15°及以下，國外有許多超高壓線路還根據(jù)電氣幾何模型確定保護角，要求繞擊閃絡(luò)區(qū)為零。

為了降低正常運行時避雷線中感應(yīng)電流的附加損耗和利用避雷線兼作高頻通道，超高壓線路將避雷線通過一個小間隙接地。正常運行時避雷線對地絕緣，雷擊時間隙被擊穿，使避雷線接地。

5.2降低桿塔接地電阻

對于一般高度的桿塔，降低桿塔沖擊接地電阻是提高線路耐雷水平、降低雷擊跳閘率的有效措施。

在土壤電阻率低的地區(qū)，應(yīng)充分利用鐵塔、鋼筋混凝土桿的自然接地電阻。在高土壤電阻率的地區(qū)，用一般方法難以降低接地電阻時，可采用很多放射形接地體，或連續(xù)伸長接地體或采用專用的接地模塊降低接地電阻值。

5.3架設(shè)耦合地線

在降低桿塔接地電阻有困難時，可采用耦合地線的措施，即在導(dǎo)線下方加設(shè)一條接地線。它具有分流作用，又加強了避雷線與導(dǎo)線間的耦合，可使線路絕緣子的過電壓降低。運行經(jīng)驗證明，耦合地線對降低線路的雷擊跳閘率效果顯著，大約可降低50%。

5.4采用消弧線圈接地方式

在雷電活動強烈而接地電阻又難以降低的地區(qū)，對于110kV及以下電壓等級的電網(wǎng)可考慮采用系統(tǒng)中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地方式。這樣可使絕大多數(shù)雷擊單相閃絡(luò)接地故障被消弧線圈消除，不至于發(fā)展成為持續(xù)工頻電弧。而當雷擊引起兩相或三相閃絡(luò)故障時，第一相閃絡(luò)并不會造成跳閘，先閃絡(luò)的導(dǎo)線相當于一根避雷線，增加了分流和對未閃絡(luò)相的耦合作用，使未閃絡(luò)相的絕緣電壓下降，從而提高了線路的耐雷水平。我國的消弧線圈接地方式運行效果很好，雷擊跳閘率大約可以降低三分之一。據(jù)報道，我國重慶和溫州的一些110kV架空線路已經(jīng)采用中性點經(jīng)消弧線圈接地方式。

5.5加強絕緣

對于輸電線路的個別大跨越、高桿塔地段，落雷機會增多。塔高等值電感大，塔頂電位高，感應(yīng)過電壓也高。繞擊的最大雷電流幅值大，繞擊率高。這些都增高了線路的雷擊跳閘率。為降低跳閘率，可在高桿塔上增加絕緣子串的片數(shù)，加大大跨越檔相線與地線之間的距離，以加強線路絕緣。

5.6采用不平衡絕緣方式

在現(xiàn)代高壓及超高壓線路中，采用同桿并雙回線路的日益增多。為了降低雷擊時雙回路同時跳閘的故障率，當用通常的防雷措施無法滿足要求時，可考慮采用不平衡絕緣方式，也就是使兩回線的絕緣子片數(shù)有差異。這樣，雷擊時絕緣子片數(shù)少的回路先閃絡(luò)，閃絡(luò)后的導(dǎo)線相當于地線，增加了對另一回路斷線的耦合作用，使其耐雷水平提高，不再發(fā)生閃絡(luò)，保證線路繼續(xù)送電。一般認為兩回路絕緣水平的差異宜為兩倍相電壓（峰值），差異過大將使線路的總跳閘率增加。

5.7裝設(shè)自動重合閘裝置

由于架空線路絕緣具有自恢復(fù)性能，大多數(shù)雷擊造成的沖擊閃絡(luò)在線路跳閘后能夠自行消除，因此安裝自動重合閘裝置對降低架空線路的雷擊事故率效果較好。據(jù)統(tǒng)計，我國110kV及以上的高壓架空線路一次重合閘成功率達75%～95%，35kV及以下的架空線路為50%～80%。因此各級電壓的架空線路都應(yīng)盡量裝設(shè)自動重合閘裝置。注意，電纜線路一般不宜裝設(shè)自動重合閘裝置。

5.8綜合防雷擊閃絡(luò)的治理措施

在設(shè)計階段宜考慮地形地貌影響，在運行階段結(jié)合運行經(jīng)驗專項治理，加大防雷新技術(shù)研究與應(yīng)用推廣。

雷電是自然界的一種復(fù)雜的自然現(xiàn)象，對其機理與特性仍未能充分認知，相關(guān)防范措施仍有待進一步創(chuàng)新。因此，加大防雷新技術(shù)研究與應(yīng)用推廣仍是必要的。例如：開展直流線路避雷器應(yīng)用研究；針對山頂及邊坡對架空地線保護角的運行及相關(guān)防雷措施研究；利用相間間隔棒減小保護角的研究；接地裝置測試與改造研究；線路避雷器等新型輔助防雷設(shè)施的安裝與運行維護管理研究；開展兼具防冰防雷功能的桿塔塔型研究等。

6　輸電線路雷擊故障預(yù)防措施

每年3月底前應(yīng)完成防雷實施檢查及缺陷處理。

認真查閱氣象資料，在規(guī)劃設(shè)計前期盡量避開雷電活動較為頻繁的區(qū)域，合理選擇線路走徑。

根據(jù)線路的自身特點和環(huán)境因素，有針對性地開展差異化防雷改造。

積極采用新的防雷裝置，為輸電線路的綜合防雷工作積累實際經(jīng)驗。

認真搜集微地區(qū)、微氣象資料，在規(guī)劃設(shè)計前期盡量避免雷電活動較為頻繁的區(qū)域。

提高輸電線路架空地線的分流能力，以減少因過電流發(fā)生斷線故障。

重點檢查有無去年甩掉而未投入運行的避雷器、避雷器引線及接地裝置連接是否完好，新架設(shè)線路及臨時用電設(shè)備拆除的線路末端有無防雷空白點，中壓架空絕緣線路安裝放電鉗位絕緣子或防雷放電線夾是否齊全，防雷接地電阻值是否合適，多雷區(qū)的防雷改進措施是否落實等。

雷雨季節(jié)后做好防雷總結(jié)，以指導(dǎo)防雷工作。

綜上所述，我們分析了雷電的形成和危害，輸電線路的防雷措施。為了使電力更好地為人類服務(wù)，我們應(yīng)該盡可能預(yù)防和減小雷電造成的危害。

［1］盧明.輸電線路運行典型故障分析［M］.北京：中國電力出版社，2014.

［2］曾昭桂.輸配電線路運行和檢修（第四版）［M］.北京：中國電力出版社，2013.

［3］寧歧.架空配電線路及設(shè)備典型故障［M］.北京：中國水利水電出版社，2011.

［4］張逸群，李海星.輸電線路典型故障案例分析及預(yù)防［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［5］道客巴巴.輸電線路雷擊原因與防雷措施.

［6］百度知道.

［7］高慶敏.電氣防火技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2012.

［8］戴紹基.安全用電［M］.北京：高等教育出版社，2012.

［9］孫熙，蔣永清.電氣安全［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2011.

［10］張逸群，李海星.輸電線路典型故障案例分析及預(yù)防［M］.北京：中國電力出版社，2012.

［11］楊斌，章立軍，郭云，等.電氣設(shè)備診斷現(xiàn)場實用技術(shù)［M］.北京：機械工業(yè)出版社，2012.

王記昌（1983－），河南省周口市人，碩士研究生，河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院機電自動化學院教師，主要從事電氣教學和電氣工程研究工作。

季祥（1981－），河南省南陽市人，河南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學院機電自動化學院教師，主要從事電氣教學和電氣工程研究工作。

Measures and methods of anti－thunder and anti－lightning of power transmission lines

WANG Ji－chang，JI Xiang
（Henan Polytechnic Institute，Nanyang 473000，China）

The transmission line is the important constituent part of the grid，because it is exposed in the wild area under influence of the external heavy weather and bad environment for a long time，and it may lead to the line faults at any time，also may affect the safety of the power supply，and seriously may lead to large area power outage.The anti－lightning protection measures of the transmission line，the causes and harms of the thunder and lightning，the anti－lightning protection measures of the electric equipments and the lightning accident preventions of the transmission line are presented.，

transmission line；thunder and lightning；lightning arrester；safety

TM726

A

1005—7277（2016）01—0058—05

2015－09－22