韩璐斌

摘 要：由于架空输电线路常以横竖交叉的形式在大范围空旷场地建设，且离地较高，因此，容易引来雷电攻击。为保护架空输电线路，对其加强雷电防护尤为重要。本文首先分析架空输电线路的雷电过电压的类型，然后提出架空输电线路雷电防护措施，如架设避雷线、降低杆塔接地电阻、安装线路避雷器、调整绝缘子爬电距离，以期为架空输电线的雷电防护提供参考。

关键词：架空输电线路;过电压;防护措施

中图分类号：TM863文献标识码：A文章编号：1003-5168（2020）07-0148-03

Abstract： Because overhead transmission lines are often constructed in a wide range of open space in the form of horizontal and vertical cross， and they are higher off the ground， so it is easy to lead to lightning attack. In order to protect overhead transmission lines， it is very important to strengthen lightning protection. This paper first analyzed the types of lightning over-voltage of overhead transmission lines， and then put forward lightning protection measures for overhead transmission lines， such as erecting lightning wires， reducing tower ground resistance， installing line arresters， adjusting insulator creepage distance， in order to provide reference for lightning protection of overhead transmission lines.

Keywords： overhead transmission line;overvoltage;protective measures

維护架空输电线路的稳定及安全运行对日常用电及工业用电有着极其重要的作用，因此对维护架空输电线路稳定运行方法的研究显得尤为重要。在大多数自然灾害中，雷电打破架空输电线路稳定运行状态的可能性相对较大，其对架空输电线路造成的损害也较为严重。这主要是因为架空输电线路通常以横竖交叉的形式在大范围空旷场地进行建设，且离地较高，容易引来雷电攻击。雷电击中架空输电线路后会在其上产生雷电过电压，该过电压对输电线路的冲击较大。为保护架空输电线路，当其出现过电压时，一般会采取断电措施，但这会打破电力系统平稳运行的状态，从而造成巨大的经济损失。

根据架空输电线路承受雷击的水平以及雷击后跳闸概率的大小可以判断架空输电线路耐雷性能的高低。为了提升架空输电线路的耐雷性能，可采取架设避雷线等措施。在选择雷电防护措施的过程中，应对各类措施的优缺点进行系统性分析，从而发挥其最佳性能。

1 架空输电线路的雷电过电压

1.1 直击雷过电压

架空输电线路的设备（杆塔、避雷线或导线）被雷电直接击中而产生的过电压即为直击雷过电压。按照雷击线路部位的不同，可将直击雷过电压分为两种类型，即反击和绕击。在110 kV或超过该电压等级的架空输电线路上通常整线配备避雷线，这是为了确保架空输电线路的全程均能受到相应的保护。雷直击于有避雷线的架空输电线路的情形主要有三种，即雷击杆塔顶部、雷击避雷线中央部分、绕过避雷线击于导线。当雷击架空输电线路杆塔顶部时，有较大电流流过杆塔进入大地，该过程会对架空输电线路杆塔造成一定程度的冲击。该受击情形在架空输电线路中形成的过电压远大于其他两种情形，因此避免雷电直接击中杆塔顶部是架空输电线路雷电防护的重中之重。雷电绕过避雷线击于架空输电线路导线时，导线上形成的过电压越大，在其上流过的电流也就越大。

1.2 感应雷过电压

感应雷过电压是雷击线路附近大地，雷云在对地放电过程中，放电通道周围空间的电磁场发生急剧变化，在导线上产生的过电压。感应雷分为静电感应和电磁感应，这两类感应的原理有较大的不同。若架空输电线路导线上未装配避雷线，则雷电袭击其周围大地时，架空输电线路上会产生感应雷过电压，该感应雷过电压与架空输电线路的导线高度以及电流大小等因素有关。架空输电线路导线高度及电流增大时，感应雷过电压也会增大，但雷击点与架空线路之间距离的增加会导致感应雷过电压的降低。感应雷过电压的幅值比直击雷过电压要低得多，因此其对高电压等级架空输电线路的影响较小，通常只对35 kV以下的线路具有危险性。除此之外，感应雷过电压的波形变化与直击雷过电压的波形变化有较大差异。感应雷过电压的波形变化呈现出较为平缓的态势，其波头和波长较长，而直击雷过电压的波形变化十分剧烈。

2 架空输电线路雷电防护措施

2.1 架设避雷线

避雷线常用于电压等级较高的架空输电线路中，通常能有效避免雷电直接击中架空输电线路上的导线，从而削弱过大冲击电流对架空输电线路的直接损害。一般情况下，架空输电线路基本都装配有避雷线，而在电压等级为超高以及特高的架空输电线路上会架设两条避雷线，该方式通过增加避雷线的数量来提高避雷线的防雷保护能力。避雷线保护角的大小会对架空输电线路的雷电防护水平产生较大影响，我们需要通过对避雷线保护角的调整来提升线路的雷电防护能力。在相同条件下，避雷线的保护角越小，架空输电线路的耐雷水平越高。降低避雷线的保护角，可以大大地降低输电线路的雷击绕击率，从而较好地预防雷击故障。

2.2 降低杆塔接地电阻

降低杆塔接地电阻对于防范雷击有着重要的意义[1]。雷电电击绝缘电阻较大的架空输电线路时，架空输电线路的杆塔顶部会形成较高的电位，绝缘子将会承受更大的电压，更容易被击穿，若架空输电线路上的绝缘子被击穿，则会破坏电力系统的平稳运行状态;与此同时，在线路杆塔的绝缘电阻小的情况下，雷击杆塔时，杆塔顶部电位更小，绝缘子将会承受更小的电压，不容易被击穿。降低绝缘电阻的方法较多，如延长接地体长度[1]，增加接地体的埋地深度，使用新型石墨烯接地体，使用降阻剂等。合理利用这些方法能够对降低杆塔接地电阻起到较好的效果，进而提升架空输电线路自身的雷电防护能力。

2.3 安装线路避雷器

跳闸事故的发生对电力系统运行的稳定性以及人民用电保障性的破坏都是极为严重的，在架空输电线路上安装避雷器能有效减少雷电击中线路后发生跳闸事故的次数。避雷器结构性能的不同使得它们的应用场合有所不同，因此在不同场合下应选择适宜的避雷器，才能充分发挥其防雷保护能力。避雷器的种类有很多，主要包括管型避雷器、阀型避雷器以及氧化锌避雷器。其中，管型避雷器由两个串联间隙组成，一个间隙在大气中，称为外間隙，它的任务就是隔离工作电压，避免产气管被流经管子的工频泄漏电流所烧坏;另一个装设在气管内，称为内间隙或者灭弧间隙，管型避雷器的灭弧能力与工频续流的大小有关，且受工频续流的影响较大。管型避雷器大多用在供电线路上作避雷保护。阀型避雷器内部由火花间隙和碳化硅制造的非线性电阻片组成，具有较好的保护特性，因而被广泛应用于各种电压等级的线路和电气设备上。氧化锌避雷器被广泛应用于架空输电线路上，这是因为氧化锌避雷器具有其他类型避雷器所不具备的特性，这一特性对架空输电线路的雷电防护极为适用。对于操作不当产生的过电压以及雷电在线路中形成的过电压，氧化锌避雷器均能发挥良好的抑制作用，这得益于氧化锌良好的非线性伏安特性[2]。利用氧化锌良好的非线性伏安特性，使在正常工作电压时流过避雷器的电流极小（微安或毫安级）;当过电压作用时，电阻急剧下降，泄放过电压的能量，达到保护的效果。氧化锌避雷器在受到雷击时，能将雷击电流导入地下[3]，进而削弱过大的电流对架空输电线路带来的损伤，且避雷器能在雷击结束后快速恢复到原状态，有效提升了架空输电线路雷电防护的快速性。除此之外，氧化锌避雷器对污染的抵抗能力较强，能较好地适应恶劣的环境，这也符合了架空输电线路通常所处的环境条件。与其他避雷器相比，其质量相对较轻，这一特点也使得其在架空输电线路上的装配变得较为便利。

2.4 调整绝缘子爬电距离

调整线路绝缘子爬电距离也能对架空输电线路的雷电防护起到一定作用，选择合理的调整方式尤为重要。调整绝缘子爬电距离的方式为：将绝缘子上的绝缘片片数增大到一个合理的数值;改变架空输电线路上装配的绝缘子类型。不同类型的绝缘子对架空输电线路绝缘子爬电距离的调整效果有着较大的区别，因此在对其调整之前应充分了解绝缘子的相关特性。通过合理调整绝缘子爬电距离，可以提高架空输电线路的最大击穿电压以及整条线路对雷击的耐受能力，从而提高架空输电线路的绝缘能力。需要注意的是，在利用该方法实现对架空输电线路雷电防护的同时，应使架空输电线路及变电站的绝缘能力保持基本一致。若未达到这一条件，雷击于架空线路后产生的电波有可能对变电站设备造成破坏，进而造成巨大的经济损失。因此，对架空输电线路绝缘能力的提升应保持在合理的范围之内，否则将会打破电力系统各组成部分之间的平衡状态，这对电力系统的平稳运行也是极为不利的。

2.5 加装保护间隙

对架空输电线路的雷电防护不能只通过阻塞的方式来实现，也可采用“疏导式”防雷保护作为“堵塞式”防雷措施的有力补充，如在架空输电线路上装配并联保护间隙。并联间隙应在装配于各绝缘子之间，从而使得雷电击于架空输电线路时产生的闪络发生在并联间隙中，进而使雷电对线路的损伤降到最低。在装配保护间隙时，需要保证架空输电线路上的绝缘子长度大于招弧角。在这一条件下加装保护间隙能对工频电弧的疏通引导起到较好的作用，同时能促进工频电场的合理化改进。由此可以看出加装保护间隙能够较好地以另一种方式实现对架空输电线路的雷电防护，且为输电线路的雷电防护提供了一种新的思路。

2.6 安装可控放电避雷针

可控放电避雷针是一种安装在输电线路杆塔顶部的一种具有特殊结构的避雷针装置，常装配于电压等级为500 kV的架空输电线路上。当雷电击架空输电线路时，可控放电避雷针的应用能降低线路的绕击率，从而降低线路的雷击跳闸率。当可控放电避雷针安装处附近的地面电场强度较低时，雷云不会对避雷针保护区范围内的地面内的地面物体发生放电，此时可控放电避雷针针头（由主放电针、可控放电均压环、可控储能装置组成）的可控储能装置处于储存雷云电场能量工况，可控放电均压环和主放电针处于同等电位且为浮动状态，与周围大气电位差小，针尖头部的电场强度降低，因此几乎不发生电晕放电，即保证了空间电荷很少的要求。通过对可控放电避雷针在架空输电线路受雷击时作用过程的分析，可以得到该措施能有效降低雷击输电线路所带来的损伤，其作用突出表现在降低跳闸率以及抑制电晕放电等方面。

2.7 架设耦合地线

架设耦合地线是一种有效降低线路反击跳闸率的防雷措施。对于某些建成投运后雷击故障频发的线段，可以采用在导线下方架设地线的措施。架设耦合地线在架空输电线路的雷电防护过程中通常具有两方面的作用，一方面增加避雷线与导线间的耦合作用，以降低绝缘子串上的电压;另一方面，耦合地线还可增加对雷电流的分流作用。运行经验证明，耦合地线对降低雷击跳闸率的作用非常显著。这一良好的特性使得耦合地线在架空输电线路雷电防护中的应用较为广泛。

3 结语

通过研究可知，直击雷过电压和感应雷过电压对不同电压等级的架空输电线路的影响程度不同。因此，对于不同的过电压现象，应采取适宜的雷电防护措施。

参考文献：

[1]李平，朱海波，杜超，等.架空输电线路防雷措施研究[J].通讯世界，2019（8）：328-329.

[2]谭任良.关于高压架空输电线路防雷措施的探讨[J].科技与创新，2018（17）：90-91.

[3]王祥祥.高压架空输电线路的防雷措施分析[J].集成电路应用，2019（4）：99-100.