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在电力系统中，由雷击引起输电线路跳闸事故占很大的比例。从国内的实际运行情况来看，雷击是危害输电线路安全运行的最为主要因素，据国内某供电局运行资料表明，2010年6～7月，该局110kV以上输电线路（1483km）雷击跳闸16次，占全部跳闸事故75%以上。当前，随着电力系统的不断发展，输电线路电压等级的逐步提高，对线路设备可靠性也提出了更为“苛刻”的要求。因此运行部门深入研究输电线路的防雷技术、切实降低输电线路雷击跳闸率对保证电力系统的安全可靠运行具有重要的工程意义。
1 输电线路的雷击类型
根据雷电过电压形成的物理机理，雷电过电压可以分为两种：①直击雷过电压，即雷电直接击中杆塔、避雷线或者导线所引起的线路过电压；②感应雷过电压，即雷电击中线路附近的大地，由于电磁感应在导线上产生的过电压。实际运行经验表明，直击雷过电压对电力系统危害最大，感应雷过电压只对35kV及以下线路产生威胁。
按照雷击线路的部位不同，直击雷过电压又可分为两种情况：①雷击线路杆塔或避雷线时，雷电流通过雷击点阻抗使得该点对地电位大大升高，当雷击点与导线之间的电位差超过线路绝缘的冲击放电电压时，会对导线发生闪络，使导线出现过电压，由于杆塔或避雷线的电位（绝对值）高于导线，因此称之为反击；②雷电直接击中导线（无避雷线）或绕过避雷线（屏蔽失效）击中导线，直接在导线上引起过电压，这种形式的雷击通常称为绕击。
在工程实际中，输电线路防雷性能的优劣主要用耐雷水平和雷击跳闸率这两个指标来衡量。耐雷水平是指线路遭受雷击时所能耐受的不致引起绝缘闪络的最大雷电流幅值（kA），耐雷水平越高，线路防雷性能越好。雷击跳闸率是指折算至年平均雷电日数为40d的标准条件下，每100km线路每年因雷击引起的线路跳闸次数，其计算单位是1/100km·a。雷击跳闸率是衡量线路防雷性能的综合性指标。
2 雷击的电气模型和计算
2.1 反击的电气模型
1）雷击杆塔的等效电路。当雷击塔顶（或避雷线）时，避雷线对雷电流i具有一定的分流作用。由于杆塔的冲击接地电阻远小于避雷线及输电导线的波阻抗，因此雷电流的主要部分通过杆塔入地，另一部分则经两侧架空地线和相邻杆塔分流入地，其示意图如图1（a）所示。为提高输电线路防雷计算的准确性，通常采用多波阻抗模型进行仿真，但对于一般高度（约40m以下）的杆塔，传统的集中参数等效电路能有效减少计算量，同时仍能保证较高的准确性。其集中参数等效电路如图1（b）所示。
（a） （b）
图1 雷击杆塔顶部（a）示意图；（b）等效电路
2）杆塔接地电阻对反击的影响。对于杆塔高为hd，避雷线分流系数为β，耦合系数为k0的杆塔，负极性冲击耐受电压为U50%的杆塔，当雷击于该杆塔顶部时，反击导线的耐雷水平It为：
（1）
式中，k为电晕下耦合系数k0的修正系数。由（1）可知，在杆塔参数一定的情况下，杆塔接地电阻对杆塔的耐雷水平It有很重要的影响，见图2。
图2 接地电阻-耐雷水平曲线
2.2 绕击的电气几何模型
架空避雷线是将活动于输电线路上空的雷电先导引向自身放电，而保护了输电线路导线免遭雷电袭击的一种输电线路防雷措施。但是，避雷线的保护并不是绝对的，雷电先导有可能（即有一定的概率）进入暴露弧段，绕过避雷线的屏蔽而直击于输电线路，形成绕击。绕击发生的概率叫绕击率（Pα）。绕击率与保护角α的大小有很大关系，α越小，则Pα越小。线路经过地区的地形（尤其是地面角度）直接影响到Pα的大小。我国《电力设备过电压保护设计技术规程》中提供了在平地与山区绕击率的经验公式：
对平地线路： （2）
对山区线路： （3）
图3为在保护角α相同情况下，位于平地与山地的杆塔绕击率的比较。根据计算结果，山区线路的绕击率为平地线路的2.5～3倍，或者相当于保护角增大了8°～10°。例如，杆高21.5m的110 kV杆塔，α=20°时，平地线路的Pα=0.1132%；山区线路的Pα=0.4725%。
图 3
4 降低输线路雷击跳闸率措施
为提高线路的耐雷水平，降低线路的雷击跳闸率，在对线路进行防雷改造的时候，应综合考虑线路的运行方式、电压等级和重要程度、线路经过地区雷电活动的强弱、地形地貌特点、土壤电阻率的高低等自然条件，并结合实际的运行经验与方法，根据技术经济比较，采取有针对性的改造措施。
1）降低杆塔接地电阻。对于一般高度的杆塔，降低杆塔冲击接地电阻是提高线路耐雷水平降低雷击跳闸率的有效措施。在土壤电阻率低的地区，应充分利用铁塔、钢筋混凝土杆的自然接地电阻。在高土壤电阻率的地区可采用多根放射形接地体，或连续伸长接地体，或采用某种有效的降阻剂降低接地电阻值。
另外，针对接地体因锈蚀、焊口断裂导致接地失效、接地电阻加大的问题，可以采用热镀锌钢材制作接地体，以提高接地体使用寿命，这也不失为一种有效降低雷击跳闸率的办法。
2）架设耦合地线。在基础周围多为岩石、坚土，降低杆塔接地电阻有困难的地区，可采用架设耦合地线的措施，即在导线下方再架设一组地线。它的作用主要有以下两个方面：①加强避雷线与导线间的耦合，从而减小绝缘子串两端电压的反击电压和感应电压的分量；②增加了雷击塔顶时向相邻杆塔分流的雷电流。
运行经验表明：耦合地线对减小雷击跳闸率的效果是显著的，尤其在山地高土壤电阻率地区的220kV及以上的输电线路上采用耦合地线，效果很好。运行经验证明，耦合地线可使线路的雷击跳闸率降低50%左右。
3）架设线路避雷器。装设线路避雷器。将带有间隙的复合外套氧化锌避雷器安装在雷电活动强烈、土壤电阻率高、降低杆塔接地电阻有困难的线路段，可以使由于雷击所产生的过电压超过一定的幅值时动作，给雷电流提供一个低阻抗的通路，使其泄放到大地，从而限制了电压的升高，当三相绝缘子串旁都配置线路避雷器时，可大大减少输电线路的雷击跳闸率，提高耐雷水平，保障线路、设备的安全运行。
然而，线路避雷器的防雷范围不大，只对安装点起保护作用，即使全线架设避雷器，也不能完全排除在导线上出现雷击过电压的可能性。同时为完全达到防雷效果需而全线安装线路避雷器，不仅经济上不可行，也为线路运行单位带来极大的压力。因此，为避免在使用线路避雷器时的盲目性，必须掌握线路的运行现状及重要性，有针对性地选用线路避雷器。
4）加强线路绝缘。在所有防雷措施中，采用加强绝缘的方法是最经济、也是最容易实现的。增大绝缘时的效果，一是提高了绝缘水平，从而提高了反击和绕击的耐雷水平；二是降低了建弧率；三是减少了保护角。由于大跨越、高杆塔线路雷击过电压高于一般线路段，为降低其跳闸率，可加大大跨越档距导线与避雷线之间的间距，或者增加线路绝缘子串的片数，以加强绝缘。
但是受制于塔头尺寸、风偏以及荷载等因素的影响，加强绝缘的方法不适用于老线路防雷改造，更多情况只能用于新建线路。
5）加强线路绝缘。杆塔的耐雷水平、绕击率等重要参数不仅仅取决于绝缘子串的干弧距离，同时也受制于导线的几何尺寸、布置和导线的波阻抗等因素的影响。导线和避雷线的位置不恰当，导线则得不到有效地保护。
因此为降低雷击跳闸率，应在线路初设阶段就综合考虑各种因素对防雷的影响，对杆塔塔头尺寸进行最优化，使线路得到有效地保护。
1 输电线路的雷击类型
根据雷电过电压形成的物理机理，雷电过电压可以分为两种：①直击雷过电压，即雷电直接击中杆塔、避雷线或者导线所引起的线路过电压；②感应雷过电压，即雷电击中线路附近的大地，由于电磁感应在导线上产生的过电压。实际运行经验表明，直击雷过电压对电力系统危害最大，感应雷过电压只对35kV及以下线路产生威胁。
按照雷击线路的部位不同，直击雷过电压又可分为两种情况：①雷击线路杆塔或避雷线时，雷电流通过雷击点阻抗使得该点对地电位大大升高，当雷击点与导线之间的电位差超过线路绝缘的冲击放电电压时，会对导线发生闪络，使导线出现过电压，由于杆塔或避雷线的电位（绝对值）高于导线，因此称之为反击；②雷电直接击中导线（无避雷线）或绕过避雷线（屏蔽失效）击中导线，直接在导线上引起过电压，这种形式的雷击通常称为绕击。
在工程实际中，输电线路防雷性能的优劣主要用耐雷水平和雷击跳闸率这两个指标来衡量。耐雷水平是指线路遭受雷击时所能耐受的不致引起绝缘闪络的最大雷电流幅值（kA），耐雷水平越高，线路防雷性能越好。雷击跳闸率是指折算至年平均雷电日数为40d的标准条件下，每100km线路每年因雷击引起的线路跳闸次数，其计算单位是1/100km·a。雷击跳闸率是衡量线路防雷性能的综合性指标。
2 雷击的电气模型和计算
2.1 反击的电气模型
1）雷击杆塔的等效电路。当雷击塔顶（或避雷线）时，避雷线对雷电流i具有一定的分流作用。由于杆塔的冲击接地电阻远小于避雷线及输电导线的波阻抗，因此雷电流的主要部分通过杆塔入地，另一部分则经两侧架空地线和相邻杆塔分流入地，其示意图如图1（a）所示。为提高输电线路防雷计算的准确性，通常采用多波阻抗模型进行仿真，但对于一般高度（约40m以下）的杆塔，传统的集中参数等效电路能有效减少计算量，同时仍能保证较高的准确性。其集中参数等效电路如图1（b）所示。
（a） （b）
图1 雷击杆塔顶部（a）示意图；（b）等效电路
2）杆塔接地电阻对反击的影响。对于杆塔高为hd，避雷线分流系数为β，耦合系数为k0的杆塔，负极性冲击耐受电压为U50%的杆塔，当雷击于该杆塔顶部时，反击导线的耐雷水平It为：
（1）
式中，k为电晕下耦合系数k0的修正系数。由（1）可知，在杆塔参数一定的情况下，杆塔接地电阻对杆塔的耐雷水平It有很重要的影响，见图2。
图2 接地电阻-耐雷水平曲线
2.2 绕击的电气几何模型
架空避雷线是将活动于输电线路上空的雷电先导引向自身放电，而保护了输电线路导线免遭雷电袭击的一种输电线路防雷措施。但是，避雷线的保护并不是绝对的，雷电先导有可能（即有一定的概率）进入暴露弧段，绕过避雷线的屏蔽而直击于输电线路，形成绕击。绕击发生的概率叫绕击率（Pα）。绕击率与保护角α的大小有很大关系，α越小，则Pα越小。线路经过地区的地形（尤其是地面角度）直接影响到Pα的大小。我国《电力设备过电压保护设计技术规程》中提供了在平地与山区绕击率的经验公式：
对平地线路： （2）
对山区线路： （3）
图3为在保护角α相同情况下，位于平地与山地的杆塔绕击率的比较。根据计算结果，山区线路的绕击率为平地线路的2.5～3倍，或者相当于保护角增大了8°～10°。例如，杆高21.5m的110 kV杆塔，α=20°时，平地线路的Pα=0.1132%；山区线路的Pα=0.4725%。
图 3
4 降低输线路雷击跳闸率措施
为提高线路的耐雷水平，降低线路的雷击跳闸率，在对线路进行防雷改造的时候，应综合考虑线路的运行方式、电压等级和重要程度、线路经过地区雷电活动的强弱、地形地貌特点、土壤电阻率的高低等自然条件，并结合实际的运行经验与方法，根据技术经济比较，采取有针对性的改造措施。
1）降低杆塔接地电阻。对于一般高度的杆塔，降低杆塔冲击接地电阻是提高线路耐雷水平降低雷击跳闸率的有效措施。在土壤电阻率低的地区，应充分利用铁塔、钢筋混凝土杆的自然接地电阻。在高土壤电阻率的地区可采用多根放射形接地体，或连续伸长接地体，或采用某种有效的降阻剂降低接地电阻值。
另外，针对接地体因锈蚀、焊口断裂导致接地失效、接地电阻加大的问题，可以采用热镀锌钢材制作接地体，以提高接地体使用寿命，这也不失为一种有效降低雷击跳闸率的办法。
2）架设耦合地线。在基础周围多为岩石、坚土，降低杆塔接地电阻有困难的地区，可采用架设耦合地线的措施，即在导线下方再架设一组地线。它的作用主要有以下两个方面：①加强避雷线与导线间的耦合，从而减小绝缘子串两端电压的反击电压和感应电压的分量；②增加了雷击塔顶时向相邻杆塔分流的雷电流。
运行经验表明：耦合地线对减小雷击跳闸率的效果是显著的，尤其在山地高土壤电阻率地区的220kV及以上的输电线路上采用耦合地线，效果很好。运行经验证明，耦合地线可使线路的雷击跳闸率降低50%左右。
3）架设线路避雷器。装设线路避雷器。将带有间隙的复合外套氧化锌避雷器安装在雷电活动强烈、土壤电阻率高、降低杆塔接地电阻有困难的线路段，可以使由于雷击所产生的过电压超过一定的幅值时动作，给雷电流提供一个低阻抗的通路，使其泄放到大地，从而限制了电压的升高，当三相绝缘子串旁都配置线路避雷器时，可大大减少输电线路的雷击跳闸率，提高耐雷水平，保障线路、设备的安全运行。
然而，线路避雷器的防雷范围不大，只对安装点起保护作用，即使全线架设避雷器，也不能完全排除在导线上出现雷击过电压的可能性。同时为完全达到防雷效果需而全线安装线路避雷器，不仅经济上不可行，也为线路运行单位带来极大的压力。因此，为避免在使用线路避雷器时的盲目性，必须掌握线路的运行现状及重要性，有针对性地选用线路避雷器。
4）加强线路绝缘。在所有防雷措施中，采用加强绝缘的方法是最经济、也是最容易实现的。增大绝缘时的效果，一是提高了绝缘水平，从而提高了反击和绕击的耐雷水平；二是降低了建弧率；三是减少了保护角。由于大跨越、高杆塔线路雷击过电压高于一般线路段，为降低其跳闸率，可加大大跨越档距导线与避雷线之间的间距，或者增加线路绝缘子串的片数，以加强绝缘。
但是受制于塔头尺寸、风偏以及荷载等因素的影响，加强绝缘的方法不适用于老线路防雷改造，更多情况只能用于新建线路。
5）加强线路绝缘。杆塔的耐雷水平、绕击率等重要参数不仅仅取决于绝缘子串的干弧距离，同时也受制于导线的几何尺寸、布置和导线的波阻抗等因素的影响。导线和避雷线的位置不恰当，导线则得不到有效地保护。
因此为降低雷击跳闸率，应在线路初设阶段就综合考虑各种因素对防雷的影响，对杆塔塔头尺寸进行最优化，使线路得到有效地保护。