廣東省恩平市氣象局 翟玉泰 江門市氣象局 于東海 遠(yuǎn)華電氣技術(shù)（深圳）有限公司 羅佳俊

1 引言

220kV 輸電線路可能會(huì)發(fā)生直擊雷和感應(yīng)雷的危害，因?yàn)槭歉邏壕€路的原因，線路絕緣配置高，感應(yīng)雷的故障發(fā)生概率變小，多為直擊雷故障。但是無(wú)論是哪種類型雷擊，發(fā)生雷擊情況就會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的高熱效應(yīng)，以及產(chǎn)生非常強(qiáng)的高壓效應(yīng)，還會(huì)產(chǎn)生靜電感應(yīng)以及電磁感應(yīng)現(xiàn)象，都會(huì)嚴(yán)重危害輸電線路以及相關(guān)設(shè)備，如果發(fā)生線路斷裂、跳閘的問(wèn)題，會(huì)影響居民用電需求，給社會(huì)帶來(lái)不必要的影響，因此必須要做好防雷工作，多措并舉，切實(shí)提升線路雷電防護(hù)的有效性，減少雷擊的概率，意義重大。

2 雷電對(duì)輸電線路傷害類型以及嚴(yán)重危害

2.1 雷擊傷害類型

雷電是一種常見(jiàn)的自然現(xiàn)象，而220kV 輸電線路在我國(guó)分布非常廣泛，因?yàn)檩旊娋€路，線路桿塔由電阻小的金屬材料構(gòu)成，雷電往往是朝著電阻小的線路走，并且雷電和輸電線路可能會(huì)有電磁感應(yīng)，這導(dǎo)致雷電擊打輸電線路的可能性提升，也就需要?jiǎng)佑孟鄳?yīng)的措施，來(lái)降低雷擊的概率。對(duì)于雷擊傷害來(lái)說(shuō)，主要有兩種，一種是直擊雷，另一種是感應(yīng)雷[1]。直擊雷，顧名思義就是雷電直接擊打在線路桿塔上，對(duì)線路桿塔造成破壞，直擊雷按傷害類型也可分為反擊故障和繞擊故障。反擊故障指的是，直擊雷擊打在線路桿塔上，產(chǎn)生強(qiáng)大的電效應(yīng)，擊穿線路絕緣，發(fā)生線路跳閘，而繞擊故障則指的是，雷電避開(kāi)避雷線直接擊打在導(dǎo)線上，這也就意味著避雷線的屏蔽作用失效了。而感應(yīng)雷則指的是沒(méi)有直接集中線路桿塔，而是擊中了線路桿塔周圍的地面，瞬間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)大的感應(yīng)電壓，感應(yīng)電壓對(duì)線路桿塔造成了嚴(yán)重的傷害，擊穿了線路絕緣層。

2.2 雷擊線路桿塔嚴(yán)重危害

雷電擊打在線路桿塔上，會(huì)造成嚴(yán)重的危害，主要危害有高熱效應(yīng)、高壓效應(yīng)以及電磁感應(yīng)等三個(gè)方面[2]。首先，雷電擊打在線路桿塔上，會(huì)產(chǎn)生非常嚴(yán)重的高熱效應(yīng)，因?yàn)槔纂婋妷簶O高，電流極大，高電流值會(huì)產(chǎn)生非常強(qiáng)的高熱效應(yīng)，因此可能發(fā)生爆燃、爆炸等情況，線路可能被熔斷，甚至桿塔也可能因此倒塌。

其次，雷電如果擊中輸電線路就會(huì)產(chǎn)生電涌和強(qiáng)大的電應(yīng)力，產(chǎn)生高壓效應(yīng)，電壓幾十千伏到幾百千伏不等，電流十幾千安到幾十千安，如果雷電防護(hù)不當(dāng)，那么線路會(huì)瞬間被擊穿，相關(guān)設(shè)備如變壓器也會(huì)被高電壓損壞，泄放電荷也會(huì)對(duì)線路桿塔以及周圍設(shè)施造成嚴(yán)重傷害。

最后，雷電擊中輸電線路，會(huì)產(chǎn)生較強(qiáng)的靜電感應(yīng)和電磁效應(yīng)，產(chǎn)生強(qiáng)大的交變電磁場(chǎng)，會(huì)沿著輸電線路傳輸很廣，同樣會(huì)對(duì)線路桿塔造成嚴(yán)重傷害，集成電路或各類型電子元件受到電磁效應(yīng)（EMP）危害的原理很簡(jiǎn)單，它的持續(xù)時(shí)間只有數(shù)十微秒，但波長(zhǎng)范圍很廣、峰值電壓很高，接收到它的線路或者設(shè)備會(huì)產(chǎn)生短時(shí)間的強(qiáng)大電流，超過(guò)元件的承受能力就會(huì)導(dǎo)致?lián)p壞。因此，做好雷電線路桿塔的防雷保護(hù)，意義重大。

輸電線路防雷是全球輸電行業(yè)都在關(guān)注的問(wèn)題，每年投入的研究試驗(yàn)費(fèi)用在輸電成本中占比較大，但仍有未攻克的難關(guān)，雷擊故障是輸電線路故障的主要類型。目前，主要的防雷手段是降低線路高度、減少接地電阻、增加避雷線保護(hù)角、采取主動(dòng)安全引流設(shè)備、增設(shè)耦合線等方式。

3 防雷技術(shù)分析

3.1 安裝接閃裝置

接閃裝置也就是避雷裝置，對(duì)于220kV 輸電線路來(lái)說(shuō)，避雷針以及避雷線是一種基礎(chǔ)性的但很有用的防雷技術(shù)措施，主要由避雷針（線）、引下線、接地裝置組成[3]。一是沿線架設(shè)避雷線，常常采用保護(hù)范圍更廣的雙避雷線。

二是在個(gè)別重要的桿塔上裝設(shè)避雷器，裝設(shè)避雷器能夠有效地將雷電力量引導(dǎo)宣泄出去，但是避雷器的造價(jià)較高，因此通常選擇在比較危險(xiǎn)、雷擊頻發(fā)的線路桿塔上設(shè)置。

三是在桿塔的側(cè)面安裝避雷針，測(cè)針的造價(jià)相對(duì)便宜。接閃裝置主要原理并非避雷，而是引雷，在雷電天氣來(lái)臨時(shí)，主動(dòng)去接受雷擊，避雷設(shè)備的頂端處電場(chǎng)發(fā)生畸變，電場(chǎng)強(qiáng)度增高，為引雷創(chuàng)造條件，從而把雷電產(chǎn)生高電流引導(dǎo)到大地，形成放電回路。但雷電發(fā)生時(shí)空氣絕緣被擊穿造成的雷擊到避雷線上，大地是導(dǎo)體還可以消耗電能，一般意義上是說(shuō)將電能導(dǎo)入到大地，但實(shí)際中，要根據(jù)位置以及環(huán)境的各種指標(biāo)來(lái)定，需要具有足夠的深度才能保證引雷有效，或者在地下安裝接收設(shè)施，接地裝置埋深也要注意。

3.2 降低接地電阻

實(shí)際情況表明，輸電線路的接地電阻越高，雷電擊打產(chǎn)生的反擊跳閘率就會(huì)越高，因此對(duì)于輸電線路的接地電阻來(lái)說(shuō)，應(yīng)盡可能減小[4]。對(duì)此輸電線路接地電阻設(shè)計(jì)有著標(biāo)準(zhǔn)化的規(guī)定，一般來(lái)說(shuō)220kV 輸電線路要不小于4Ω，越小越好，可采用對(duì)土壤進(jìn)行化學(xué)處理（利用降阻劑）、局部換土、增加接地體埋深和數(shù)量、延長(zhǎng)接地體等方式來(lái)降低接地電阻，對(duì)重要的電子元件，可采用高密度銅網(wǎng)和高密度鋼網(wǎng)構(gòu)成的方式，鋼網(wǎng)節(jié)地，內(nèi)部銅網(wǎng)懸空，隔離增加電容容積，進(jìn)而起到濾波效應(yīng)。同時(shí)，在輸電線路運(yùn)行中，也要時(shí)常進(jìn)行檢查，確保輸電線路接地電阻符合國(guó)家及行業(yè)規(guī)范要求。

3.3 架設(shè)耦合地線

架設(shè)耦合地線是一種有效降低線路反擊跳閘率的防雷措施，其本質(zhì)也是降低接地電阻的一種措施。接地電阻大小與接地極的規(guī)格、大小、埋深有關(guān)，和土壤濕度、質(zhì)地、坡度等地理環(huán)境有關(guān)。如果220kV 輸電線路桿塔降低電阻存在困難，則可以通過(guò)假設(shè)耦合地線的方式來(lái)達(dá)成降低接地電阻的目的。具體來(lái)說(shuō)是在導(dǎo)線的下方架設(shè)地線（也就是耦合地線），強(qiáng)化兩線的耦合作用，在發(fā)生雷電擊打狀況的時(shí)候，能減少絕緣子串上的過(guò)電壓。

3.4 并聯(lián)間隙

并聯(lián)間隙是允許有一定的過(guò)電壓存在，并設(shè)法消減過(guò)電壓所造成的影響，要求避雷線與大地絕緣且安裝間隙，并聯(lián)加裝在輸電線路絕緣子上一對(duì)金屬電極。正常情況下是絕緣的，發(fā)生雷擊時(shí)，因?yàn)椴⒙?lián)間隙的放電電壓是小于絕緣子串的放電電壓的，所以會(huì)優(yōu)先放電，避免絕緣子串遭到過(guò)電壓損害的情況，進(jìn)而保護(hù)線路。其保護(hù)效果也有一定的限制，當(dāng)雷擊所造成的過(guò)電壓太高，就算并聯(lián)間隙會(huì)優(yōu)先放電，但是絕緣子串也不可避免地會(huì)放電，還是有可能讓絕緣子串遭到過(guò)電壓影響燒毀。因此，并聯(lián)間隙僅能應(yīng)用于超高壓輸電線路，這一技術(shù)對(duì)于220kV 輸電線路的作用較小，相信未來(lái)會(huì)有更好的發(fā)展。

3.5 減小避雷線保護(hù)角

避雷線起到引雷、保護(hù)導(dǎo)線的作用，避雷線的保護(hù)角就是避雷線和導(dǎo)線間與垂直線的夾角，如圖1所示，圖1中的25°角，即為圖片所示模型中的保護(hù)角。在避雷線防雷技術(shù)中，為避免繞擊，避雷線的保護(hù)角越小，其對(duì)導(dǎo)線的屏蔽作用越強(qiáng)，雷電就會(huì)越不容易擊打到導(dǎo)線上，那么在實(shí)際設(shè)計(jì)和規(guī)劃上，就需要盡可能地減少避雷線的保護(hù)角，對(duì)于220kV輸電線路來(lái)說(shuō)，多設(shè)置雙避雷線，覆蓋范圍更廣，同時(shí)保護(hù)角設(shè)置在20°～30°，而對(duì)于一些特殊的、雷擊危險(xiǎn)的地方，要因地適宜減少避雷線保護(hù)角，采用0保護(hù)角甚至負(fù)保護(hù)角[5]。

圖1 避雷線保護(hù)角簡(jiǎn)圖

3.6 提高線路絕緣水平

常采用“分段絕緣，一點(diǎn)接地”的方式，每段絕緣地線僅存在一個(gè)接地點(diǎn)，限制了地線上的感應(yīng)電壓幅值，地線感應(yīng)環(huán)流及環(huán)流損耗都很小，電力系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，地線采用此種接地方式與桿塔接地情況相比，并不降低其保護(hù)性能。或者從絕緣子串的材料性能入手，提高主要是提高線路絕緣子耐壓水平，研發(fā)新科技，從而提升絕緣子串的保護(hù)功效[6]。除此之外，就是要注意減少“污閃”問(wèn)題，在絕緣子設(shè)計(jì)安裝的時(shí)候可能出現(xiàn)問(wèn)題，會(huì)受到雨水、污穢、鹽分等影響，可能造成保護(hù)性能減低的問(wèn)題，甚至造成閃絡(luò)，絕緣子表面被做成波紋形的，如圖2所示，雨水、污穢、鹽分等附著在上面的可能性減少，波紋行的層數(shù)、角度都是根據(jù)電壓等級(jí)經(jīng)過(guò)精確計(jì)算的，就能保證其性能，減少污閃問(wèn)題。另外，絕緣子的位置、垂直度、高度、形態(tài)等都有影響，可以將絕緣子設(shè)計(jì)成粗細(xì)不均的形狀，在長(zhǎng)度差不多的情況下，粗細(xì)不均的形態(tài)可增加爬距。

圖2 波紋形絕緣子

4 對(duì)線路綜合防雷的建議

4.1 優(yōu)化設(shè)計(jì)安裝

目前，防雷的主要手段無(wú)外乎架設(shè)接閃裝置、降低線路高度、減少接地電阻、增加避雷線保護(hù)角、架設(shè)并聯(lián)間隙、增設(shè)耦合線、保證線路絕緣水平等方式。在220kV 輸電線路設(shè)計(jì)安裝方面，要注意根據(jù)當(dāng)?shù)貐^(qū)域的實(shí)際情況來(lái)進(jìn)行優(yōu)化，科學(xué)合理的設(shè)計(jì)綜合防雷措施，對(duì)于一些老舊的輸電線路，加大改造力度，進(jìn)行檢驗(yàn)并改進(jìn)，如對(duì)檢測(cè)出不符合標(biāo)準(zhǔn)的接地設(shè)備或接地電阻設(shè)定，要及時(shí)更換設(shè)備，或者及時(shí)制定措施來(lái)調(diào)整，比如絕緣子的選擇，要考慮到安全裕度選擇適合的絕緣子設(shè)備，保證防雷技術(shù)能夠落實(shí)到位。

4.2 做好維護(hù)管理

除了設(shè)計(jì)安裝之外，也需要做好日常維護(hù)管理，輸電線路的防雷設(shè)備在日常使用中難免會(huì)產(chǎn)生耗損，導(dǎo)致防雷性能下降的問(wèn)題。要做好維護(hù)管理，定期進(jìn)行檢查、檢測(cè)，保證防雷設(shè)備性能達(dá)標(biāo)。要構(gòu)建完善的檢查維護(hù)機(jī)制才行，建立健全各項(xiàng)規(guī)章制度，劃分責(zé)任并落實(shí)到班組或人，以此來(lái)保證維護(hù)管理的質(zhì)量。

4.3 利用信息化技術(shù)與維護(hù)

隨著信息化技術(shù)的發(fā)展，利用信息技術(shù)來(lái)智能化監(jiān)測(cè)精密的電子元件，分析其性能，并根據(jù)分析結(jié)果作出科學(xué)判斷，充分利用大數(shù)據(jù)、工業(yè)AI 算法等先進(jìn)技術(shù)，通過(guò)深度數(shù)據(jù)挖掘和機(jī)器學(xué)習(xí)，能夠讓防雷設(shè)備的維護(hù)管理更加高效，讓防雷設(shè)備發(fā)揮出它應(yīng)有的作用。例如接地裝置，因?yàn)榻拥匮b置深埋地下，可能因土壤腐蝕產(chǎn)生銹跡，造成接地電阻增加，電流泄放能力減弱，影響其接閃效能，而對(duì)于接地設(shè)備的監(jiān)測(cè)是不容易的，那么可以架設(shè)接地電阻在線監(jiān)測(cè)儀，實(shí)時(shí)測(cè)量接地電阻值。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，雷擊會(huì)對(duì)輸電線路造成非常嚴(yán)重的危害，必須要高度重視線路的防雷措施，通過(guò)架設(shè)接閃裝置、降低線路高度、減少接地電阻、增加避雷線保護(hù)角、架設(shè)并聯(lián)間隙、增設(shè)耦合線、保證線路絕緣水平等方式，盡可能減少雷擊事件或降低雷擊危害，意義重大。