文/屈志堅

架空輸電線路大多較長，且沿線經(jīng)過山嶺、丘陵、跨越河流、湖泊，在雷電活動頻繁地區(qū)，遭受雷擊的機率較高。雷擊架空輸電線路引起跳閘是最常見的雷害事故，不但影響電力系統(tǒng)的正常供電，增加線路及開關(guān)的維護工作，而且由于輸電線路上落雷，雷電波會沿線路侵入變電站，若變電站設(shè)備保護措施不完善或失靈，往往會損壞站內(nèi)設(shè)備的絕緣，造成重大損失。為此，在輸電線路的設(shè)計中必須重視防雷設(shè)計，通過采取綜合的防雷措施，以提高線路的耐雷水平，降低雷擊跳閘率，確保線路和站內(nèi)設(shè)備的安全運行，進而提高電網(wǎng)供電可靠性。

1 雷害事故發(fā)生的原因

輸電線路發(fā)生雷害事故主要有雷電繞擊閃絡(luò)、反擊閃絡(luò)兩種原因。分析雷害事故發(fā)生的原因，有助于針對性地實施防雷對策。

1.1 雷電繞擊閃絡(luò)

輸電線路一般均架設(shè)避雷線以保護導(dǎo)線免遭雷擊，但并非絕對有效，仍存在雷電繞過避雷線擊中導(dǎo)線的情況。由于雷電直接擊中導(dǎo)線，導(dǎo)線上的雷擊過電壓值很高，當(dāng)過電壓值超過線路絕緣的耐受電壓水平，則會發(fā)生沖擊閃絡(luò)，引起跳閘，這種閃絡(luò)稱為雷電繞擊閃絡(luò)。從線路遭受雷擊的情況看，雖然繞擊的概率很低，但由于導(dǎo)線上的雷擊過電壓值很高，所以因繞擊發(fā)生的跳閘事故占雷擊跳閘事故的比例超過60%。

1.2 雷電反擊閃絡(luò)

雷擊避雷線檔距中央時，雷電流迅速向兩側(cè)運動，經(jīng)桿塔和接地體流入大地。為避免檔距中央雷擊過電壓擊穿空氣間隙，閃擊至導(dǎo)線上造成跳閘事故，設(shè)計時應(yīng)保證在檔距中央，導(dǎo)線與避雷線間的距離S≥0.012L+1m（L為檔距，單位m；氣溫+15℃，無風(fēng)、無冰）；雷擊桿塔頂部時，雷電流一部分經(jīng)桿塔和接地體流入大地，另一部分經(jīng)避雷線向兩側(cè)運動，通過其它桿塔和接地體流入大地。

上述兩種雷擊情況，強大的雷電流經(jīng)桿塔和接地體流入大地時，因桿塔電感和沖擊接地電阻的原因，使塔頂電位升高，當(dāng)塔頂電位與相導(dǎo)線的感應(yīng)電位差超過線路絕緣子串的50%沖擊放電值時，導(dǎo)線與桿塔之間就會發(fā)生閃絡(luò)，引起跳閘，這種閃絡(luò)稱為雷電反擊閃絡(luò)。

2 防雷設(shè)計原則

輸電線路的防雷設(shè)計，應(yīng)根據(jù)線路的電壓、負荷性質(zhì)和系統(tǒng)運行方式，結(jié)合當(dāng)?shù)匾延芯€路的運行經(jīng)驗，地區(qū)雷電活動的強弱、地形地貌特點及土壤電阻率高低等情況，通過技術(shù)經(jīng)濟比較，確定合理的防雷方式。

3 具體防雷措施

3.1 選擇合理的線路路徑

選擇合理的線路路徑，可減少線路遭受雷擊的概率，大幅降低雷擊事故的發(fā)生率。突兀高聳的山脊、大片水域、金屬礦藏、高雷暴日地區(qū)往往是雷電多發(fā)區(qū)域，選擇線路路徑時，應(yīng)盡量避開這些區(qū)域。但是，不同路徑的建設(shè)成本也不盡相同，因此需綜合考慮。

3.2 架設(shè)避雷線

架設(shè)避雷線是輸電線路最基本、最有效的防雷措施。架設(shè)避雷線主要是避免雷電直接擊打在導(dǎo)線上，降低雷擊事故發(fā)生率，同時還具有減少雷電反擊閃絡(luò)發(fā)生的作用，具體原理為：

（1）分流減小流經(jīng)桿塔的雷電流，降低塔頂電位；

（2）使導(dǎo)線產(chǎn)生藕合電壓，減小線路絕緣子串兩側(cè)的電位差。

不同電壓等級的輸電線路，對避雷線配置的要求有所不同。設(shè)計規(guī)范規(guī)定，110kV輸電線路宜沿全線架設(shè)地線，220kV～330kV輸電線路應(yīng)沿全線架設(shè)地線，500kV～750kV輸電線路應(yīng)沿全線架設(shè)雙地線。同時，為了提高避雷線的屏蔽效果，減少雷電繞過避雷線擊中導(dǎo)線的發(fā)生率，桿塔上避雷線對導(dǎo)線的保護角應(yīng)滿足設(shè)計規(guī)范7.0.14條的規(guī)定。

3.3 加強線路絕緣

加強線路絕緣可以通過增加絕緣子串的片數(shù)來實現(xiàn)。線路絕緣水平的提高意味著引起反擊閃絡(luò)的塔頂允許電位值提高，所以線路絕緣水平的提高可以減少雷電反擊閃絡(luò)發(fā)生的概率。但是絕緣子片數(shù)增加受塔頭電氣間隙的限制，過多地增加絕緣子片數(shù)會導(dǎo)致直線桿塔水平檔距減小，造成耐張桿塔外角側(cè)跳線對塔身的安全距離不足。加大塔頭設(shè)計尺寸可解決這些問題，但會增加建設(shè)成本，為此需慎重考慮。

3.4 降低桿塔接地電阻

桿塔接地電阻直接影響塔頂電位，通過降低桿塔接地電阻可以提高輸電線路的耐雷水平，減少雷電反擊閃絡(luò)的概率。另外，降低桿塔接地電阻還可以提高線路避雷器的泄流速度，有效發(fā)揮線路避雷器的防雷作用。可以說，“防雷在于接地”，降低桿塔接地電阻是輸電線路防雷的重要措施，是防雷工作的重點。

傳統(tǒng)的桿塔接地方案大多是采用水平敷設(shè)熱鍍鋅圓鋼或結(jié)合垂直接地角鋼的方式，對于土壤電阻率高的桿塔位通過換土、使用化學(xué)降阻劑降低接地電阻值。但化學(xué)降阻劑容易腐蝕接地網(wǎng)、污染環(huán)境、降阻穩(wěn)定性差，已被很多供電部門明文禁止使用。近年開發(fā)的非金屬接地模塊和石墨基柔性接地體等新型接地材料具有抗腐蝕、免維護、施工簡單快捷、降阻穩(wěn)定性好、效果顯著等特點，已逐步獲得推廣運用。

3.5 裝設(shè)線路避雷器

常見的線路避雷器為金屬氧化鋅避雷器，分帶串聯(lián)間隙型和無間隙型兩種。線路避雷器與導(dǎo)線絕緣子串并聯(lián)安裝，在工頻電壓下呈現(xiàn)很高的電阻，當(dāng)線路導(dǎo)線遭到雷擊時，傳導(dǎo)至避雷器的雷擊過電壓一旦超過避雷器的啟動電壓，避雷器就會啟動泄流，迅速地降低導(dǎo)線上的雷擊過電壓值，雷擊過電壓值下降至一定數(shù)值后避雷器又呈現(xiàn)高電阻狀態(tài)，并停止泄流。因為避雷器的啟動電壓和雷擊放電后的殘壓均低于絕緣子串的閃絡(luò)電壓，所以只要避雷器的泄流速度足夠快、泄流持續(xù)時間足夠短，就能保證絕緣子串不閃絡(luò)，避免發(fā)生雷電繞擊閃絡(luò)現(xiàn)象。由此可見，安裝線路避雷器是一種非常有效的防雷措施。但是，避雷器需要運行維護且價格較高，實際工程中一般是針對易遭受雷擊的地段，安裝適當(dāng)數(shù)量的線路避雷器。

4 結(jié)語

架空輸電線路的防雷措施具有多樣性和針對性，輸電線路的防雷設(shè)計要認真做好調(diào)查分析工作，結(jié)合工程的實際情況，合理劃分各區(qū)段的防護等級，差異化配置防雷措施，只有這樣才能制定出技術(shù)可靠、經(jīng)濟合理的防雷保護方案，為電網(wǎng)安全運行保駕護航。