浅析架空输电线路的防雷接地

1.引言

根据电网故障分类统计数据，供电系统运行时由雷击引起的高压线路跳闸次数占50%～70%。这多数是由于自然环境变化等因素造成。输电线路通常都是暴露在野外，经常会受到雨水、台风、雷击等各种自然灾害的影响，给电力系统的正常运行带来了不便。雷击是对架空输电线路破坏最大的自然灾害，雷击瞬间产生的强电流会造成输电线路无法承受巨大的负荷而出现短路、烧毁等问题，对电力系统、电力设备造成的危害相当大，防雷接地的设计和维护可以有效防范这一问题的产生。

2.防雷接地装置的组成与功能

防雷接地技术之所以能在电力行业中得到广泛运用，主要是因为防雷接地装置优越的抗雷击性能。从防雷接地装置的组成原理看，其作用包括两方面：一是防雷，采用相应的装置可避免雷击造成的破坏；二是接地，利用静电接地的方式，避免静电对电力系统造成的不利影响。无论哪种功能都需要借助于各种装置才能发挥相应的作用。弄清防雷接地装置的组成与功能是很有必要的，主要装置的功能如下：

(1)接受装置。防雷实际上是将自然雷电进行某种形式的转换，防雷接地装置在雷电产生之后必须要及时将雷电吸引接受，这样才能有效地处理自然雷电。雷电接受装置是防雷接地发挥功能的第一阶段，其主要是直接、间接接受雷电的金属杆，对各种形式的雷电袭击都有很好的接受效果。常见的雷电接受装置包括：避雷针、避雷带、架空地线、避雷器等。

(2)引电装置。即通常所说的“引下线”，引下线实际属于一类导体装置，在防雷接地装置里是把雷电流从接闪器传输到接地装置的构件。目前，雷电袭击的形式总体上分为直接雷击、间接雷击两种，这两种对电力输电线路都会造成极大的破坏。防雷装置中运用的引下线在机械强度、耐腐蚀、热稳定等方面都能达到标准要求，是输电线路防雷装置里不可缺少的组成部分。

(3)接地装置。接地装置包含：接地线、接地体两种结构，其主要是为了防止各种静电造成的危害。对于输电线路而言，其设计的接地线不仅防范了雷电造成的危害，也能为维修人员的修理提供方便。如：输电线路中使用的接地线是由大于25mm2以上裸铜软线制成，当维修人员断电维修线路后，接地线可防止静电危害。

(4)接地电阻。接地电阻指的是接地体的对地电阻之和，阻值大小等于接地装置对地电压与通过接地体流入地中电流的比值。接地电阻也可看成是衡量接地装置效率的参考标准，对输电线路的维护管理有一定的指导作用。在测量方面，接地电阻有辅助地极测接地电阻的性能，如运用双钳口非接触测量技术无需打辅助地极可以让输电线路的在线测量成为现实。

3.输电线路的防雷接地措施

输电线线路防雷接地的设计需从多个角度考虑，不能仅限于某一个防雷装置或防雷系统，而是要充分利用好每一项防雷器件的功能特性，然后组合成强大的防雷结构体系。笔者根据自身的工作经验，归纳了避雷线、避雷器、重合闸、接地电阻等方面的防雷设计。

(1)避雷线。输电线路设计中通过架设避雷线可有效地屏蔽导线，将雷电产生的电流分解成不同的支电流，由此防止对导线造成直接性的破坏。在设计方案中应该把避雷线敷设在导线之上，避雷线的保护范围较广，可将其作为输电线路的主要保护装置。但是，在避雷线分布时应根据不同的对象合理布置，如：大于220kV的线路应沿全线架设双避雷线，110kV线路沿全线架设单避雷线，35kV线路不沿全线架设避雷线，但应在变电所进出线1-2km架设避雷线。

(2)接地电阻。通过降低杆塔的接地电阻也能起到很好的防雷效果，这也是输电线路防雷最直接的方式，这是由于接地电阻的减小能使雷电电流得到缓冲，大大减弱强电流对输电线路造成的危害。根据电力研究的标准显示，接地电阻越小，雷击时杆（塔）顶电位越低，显著增强了输电线路的抗雷水平。若输电线路布置了避雷线，每基杆塔避雷线的工频接地电阻需控制在表1范围内，同时接地电阻应低于输电线路承受雷电的能力，如表2所示。

表1 有避雷线架空电力线路杆塔的工频接地电阻

表2 有避雷线的输电线路的耐雷水平

图1 避雷针安装方法

(3)自动重合。自动重合的实现要借助于自动重合闸作用的发挥，这是输电线路防雷接地设计的一个关键。当输电线路受到雷击之后，自动重合闸可在短时间内完成两个动作，即先跳闸，后重合。两个动作的自动化完成是传统重合闸不具备的功能，自动重合能减小接地故障对设备造成的破坏。在故障跳闸之后尽快合闸，自动重合闸可恢复正常的电力系统运行，防止雷击跳闸引起过久的停电现象，以免给用户的用电带来不利影响。

(4)避雷针。避雷针不仅普遍用于高层建筑的防雷，在输电线路中也能起到很好的防雷效果。需要注意的是避雷针并非直接避雷的装置，其只能把雷电转移到其他地方，仅发挥了引雷的作用。在防雷接地设计中，我们可采用避雷针作为引电装置，在雷电沿着放电通道对避雷针放电上，把雷电引入到大地里及时释放，防止输电线路发生闪络，避雷针安装方法如图1所示。对于经常出现雷击的区域采用负角保护针，该保护针为上翘30°长约2.4m的屏蔽针，将这种保护针设置于输电线路的两边相，可与导线上方的避雷针组合成新的防雷装置，常用在直击雷、绕击雷等雷击形式的控制中。

(5)避雷器。从实际防雷接地改造工作中发现，接地电阻的运用常无法达到理想的防雷效果，这是由于装置性能、线路环境等因素造成。遇到这种情况时，在防雷接地设计中则可以采用非线形电阻，即“线路避雷器”。这种装置的作用是将避雷器、绝缘子并联在杆塔上若杆塔或避雷线遭受雷击，杆塔上的防雷装置能够串联间隙放电，有效避免了绝缘子出现闪络，防止输电线路烧毁、跳闸等问题的出现。通常，输电线路管理维护人员需要结合线路所在区域的雷击状况、跳闸状况、线路流经等问题，对避雷器的安装位置合理选择，以更好地发挥防雷效果。

4.输电线路维护管理的有效策略

当防雷接地设计完成之后，电力部门则需尽快安排技术人员架设安装线路，保持电力系统的持续供电。除了设计、施工等环节需要给予高度重视外，对输电线路采取科学的维护管理措施也是不可缺少的。对输电线路维护之后，可起到“防范故障、在线检测、强化管理”等多个方面的作用。“日常检修”是输电线路维护的关键，在维护阶段需要做到的以下几点内容：

(1)实时管理，及时检修。一般情况下，输电线路维护期间要采取24h的实时管理，这样可以随时发现输电线路故障。考虑到避免雷击跳闸造成的停电，电力部门要强化防雷技术的运用，以先进的维护技术来优化线路管理效率。电力单位要深刻认识到增强线路的防雷性能，减小线路的雷击跳闸率等是输电线路维护的根本任务。因此，需要对防雷设备的接地综合管理检查，参照输电线路的实际状态制定检修方案。

(2)立足实际，状态检修。在检修过程中发现输电线路遭受雷击后，防雷接地装置会引起电能耗损过大，使得输电线路的传输效率大大降低，且增大了输电线路的运行成本。在维护期间需不断完善电力网的维护管理，如：定期清扫线路、变压器、断路器、绝缘套管等，这样可以保持防雷接地装置的畅通运行，为输电线路的顺利运行创造条件。

(3)防范雷击，减少跳闸。防止雷击是输电线路防雷接地的主要目的，也是维持线路运行的最佳方式。工作人员在维护线路期间应综合分析系统的运行方式、防止雷击的故障形式、雷击跳闸的处理技巧等内容。同时，结合线路经过地区雷电活动的强弱、地形地貌特点、清理线路周围的不利因素、加装线路避雷器和接地电阻监测，这样能显著减轻雷击对输电线路造成的破坏，有效地提升防雷接地的使用性能。

5.结束语

从统计数据来看，雷击输电线路的危害在达到某种程度后会直接影响到电力系统中的各种设备，从而危及供电系统的稳定性与安全性。为了避免输电线路受到破坏，应根据输电线路的路径设计科学合理的防雷接地方案，为输电线路的正常运行提供保障。

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