输电线路的防雷设计毕业设计论文.doc

1、东北电力大学毕业设计论文输电线路的防雷设计专 业： 电气工程及其自动化指导教师： 学生姓名： 尤忠宝学 校： 东北电力大学日 期： 2013 年 3 月输电线路的防雷设计 东北电力大学毕业设计论文 第 1 页 共 33 页 黑龙江 绥化目 录一 、 前 言 .3二 、 输 电 线 路 雷 电 的 原 因 及 危 害 的 种 类 .3三 、 线 路 防 雷 的 主 要 措 施 .4四 、 与 线 路 雷 电 性 能 有 关 的 参 数 和 线 路 耐 雷 水 平 的 计 算 方 法 .5五 输 电 线 路 防 雷 改 造 方 案 .12六 山 区 输 电 线 路 防 雷 综 合 措 施 研 究

2、及 实 施 方 案 .13七 、 输 电 线 路 防 雷 改 进 措 施 的 研 究 .19八 、 浅 谈 输 电 线 路 中 的 防 雷 保 护 .27九 、 结 论 .31十、参考文献 .31输电线路的防雷设计 东北电力大学毕业设计论文 第 2 页 共 33 页 黑龙江 绥化输 电 线 路 的 防 雷 设 计摘 要近 年 来 ， 随 着 电 网 规 模 的 不 断 发 展 ， 雷 击 引 起 输 电 线 路 跳 闸 故 障 也 逐 年 增 多 ， 严 生 影响 线 路 设 备 安 全 运 行 。 从 输 电 工 程 伊 始 ， 架 空 输 电 线 路 的 雷 击 跳 闸 一 直 是 困 扰

3、 安 全 供 电 的一 个 难 题 ， 雷 害 事 故 几 乎 占 线 路 全 部 跳 闸 事 故 的 1/3 或 更 多 。 因 此 ， 寻 求 更 有 效 的 线 路防 雷 保 护 措 施 ， 一 直 是 世 界 各 国 电 力 工 作 者 关 注 的 课 题 。为 了 减 少 输 电 电 路 的 雷 击 故 障 ， 近 年 来 ， 我 们 采 取 了 多 种 防 雷 措 施 ， 如 降 低 杆 塔 接 地电 阻 ， 提 高 线 路 绝 缘 水 平 ， 采 用 负 角 保 护 ， 架 设 耦 合 地 线 ， 安 装 线 路 避 雷 器 等 ， 这 对 维 护好 备 单 位 的 输 电 线

4、路 起 到 了 一 定 的 作 用 。本文从分析我国输电线路雷击跳闸事故的经验和有关研究入手，重点讨论了线路雷击次数、雷电流幅值概率、线路常规防雷保护措施的效果，以及近年来涌现的线路防雷用金属氧化物避雷器卓越的保护性能等有关问题，并对线路避雷器的应用提出了建议，供有关部门参考。输电线路的防雷设计 东北电力大学毕业设计论文 第 3 页 共 33 页 黑龙江 绥化一 、 前 言随 着 电 力 工 业 的 迅 速 发 展 ， 输 电 线 路 覆 盖 面 不 断 扩 大 ， 超 高 压 输 电 线 路 的延 伸 ， 因 雷 击 输 电 线 路 而 引 起 的 跳 闸 事 故 日 益 增 多 ， 据 国

5、 内 外 输 电 线 路 故 障 在近 十 几 年 来 的 分 类 统 计 表 明 ， 由 于 雷 击 引 起 输 电 线 路 的 跳 闸 次 数 占 输 电 线 路 总故 障 跳 闸 次 数 的 50%70%， 尤 其 是 在 多 雷 ， 土 壤 ， 电 阻 率 高 ， 地 形 复 杂 地区 的 输 电 线 路 雷 击 事 故 率 更 高 ， 这 将 给 社 会 带 来 世 大 的 经 济 损 失 。二 、 输 电 线 路 雷 电 的 原 因 及 危 害 的 种 类1 雷 电 的 产 生雷 电 是 自 然 界 中 一 种 常 见 的 放 电 现 象 。 关 于 雷 电 的 产 生 有 多 种

6、 解 释 理 论 ，通 常 我 们 认 为 由 于 大 气 中 热 空 气 上 升 ， 与 高 空 冷 空 气 产 生 摩 擦 ， 从 而 形 成 了 带有 正 负 电 荷 的 小 水 滴 。 当 正 负 电 荷 累 积 达 到 一 定 的 电 荷 值 时 ， 会 在 带 有 不 同 极性 的 云 团 之 间 以 及 动 云 团 对 地 之 间 形 成 强 大 的 电 场 ， 从 而 产 生 云 团 对 云 团 和 云团 对 地 的 放 电 过 程 ， 这 就 是 通 常 所 说 的 内 电 和 响 雷 。 具 体 来 说 ， 冰 晶 的 摩 擦 、雨 滴 的 破 碎 、 水 滴 的 冻 结

7、、 云 体 的 碰 撞 等 均 可 使 云 粒 子 起 电 。 一 般 云 的 顶 部 带正 电 ， 底 部 带 负 电 ， 两 种 极 性 不 同 的 电 荷 公 使 云 的 内 部 或 云 与 地 之 间 形 成 强 电声 场 ， 瞬 间 剧 烈 放 电 爆 发 出 强 大 的 电 火 花 ， 也 就 是 我 们 看 到 的 闪 电 。 在 闪 电 通道 中 ， 电 极 强 ， 温 度 可 骤 升 至 2 万 摄 氏 度 ， 气 压 突 增 ， 空 气 剧 烈 膨 胀 ， 人 们便 会 听 到 爆 炸 似 的 声 波 振 荡 ， 这 就 是 雷 声 。2 雷 电 危 害 的 种 类雷 击

8、的 危 害 主 要 有 三 方 面 ： 第 一 是 直 击 雷 。 是 指 雷 云 对 大 地 某 点 发 生 的 强烈 放 电 。 它 可 以 直 接 击 中 设 备 ， 雷 电 击 中 架 空 线 ， 如 电 力 线 ， 电 话 线 等 。 雷 电流 登 便 沿 着 导 线 进 入 设 备 ， 从 而 造 成 损 坏 。 第 二 是 感 应 雷 。 它 可 分 为 静 电 感 应及 电 磁 感 应 。 当 带 电 雷 云 （ 一 般 带 负 电 ） 出 现 在 导 线 上 空 时 ， 由 于 静 电 感 应 作用 ， 导 线 上 束 缚 了 大 量 的 相 反 电 荷 。 一 旦 雷 云

9、对 某 目 标 放 电 ， 雷 云 上 的 负 电 荷便 瞬 间 消 失 ， 此 时 导 线 上 的 大 旦 正 电 荷 依 然 存 在 ， 并 以 雷 电 波 的 形 式 沿 着 导 线经 设 备 入 地 ， 引 起 设 备 损 坏 。 当 雷 电 流 沿 着 导 体 流 入 大 地 时 ， 由 于 频 率 高 ， 强度 大 ， 在 导 体 的 附 近 便 产 生 很 强 的 交 变 电 磁 场 ， 如 果 设 备 在 这 个 场 中 ， 便 会 感应 出 很 高 的 电 压 ， 以 致 损 坏 。 对 于 灵 敏 的 电 子 设 备 ， 尤 需 注 意 。 第 三 是 地 电 位提 高 。

10、 当 10KA 的 雷 电 流 通 过 下 导 体 入 地 时 ， 我 们 假 设 接 地 电 阻 为 10 ， 根据 欧 姆 定 律 ， 我 们 可 知 在 入 地 点 A 处 电 压 为 100KV。 因 A 点 与 B、 C、 D 点相 连 ， 所 以 这 几 点 电 压 都 为 100KV。 而 E 点 接 地 ， 其 电 压 为 0， 设 备 的 D点 与 E 点 间 有 100KV 的 电 压 差 ， 足 以 将 设 备 损 坏 。 据 有 差 统 计 表 明 ： 直 击 雷的 损 坏 仅 占 15%， 感 应 雷 与 地 电 位 提 高 的 损 坏 占 85%。 目 前 ， 直

11、击 雷 造 成 的灾 害 已 明 显 减 少 ， 而 随 着 城 市 经 济 的 发 展 ， 感 应 雷 和 雷 电 波 侵 入 造 成 的 危 害 却大 大 增 加 。 一 般 建 筑 物 上 的 避 雷 针 只 能 预 防 直 击 雷 ， 而 强 大 的 电 磁 场 产 生 的 感应 雷 和 脉 冲 电 压 却 能 潜 入 室 内 危 及 电 视 、 电 话 及 联 网 微 机 等 弱 电 设 备 。输电线路的防雷设计 东北电力大学毕业设计论文 第 4 页 共 33 页 黑龙江 绥化三 、 线 路 防 雷 的 主 要 措 施在 科 学 技 术 日 益 发 展 的 今 天 ， 虽 然 人 类

12、 不 可 能 完 全 控 制 暴 烈 的 雷 电 ， 但 是经 过 长 期 的 摸 索 与 实 践 ， 已 积 累 起 很 多 有 关 防 雷 的 知 识 和 经 验 ， 形 成 一 系 列 对防 雷 行 之 有 效 的 方 法 和 技 术 。1 接 闪接 闪 就 是 让 在 一 下 范 围 内 出 现 的 闪 电 能 量 按 照 人 们 设 计 的 通 道 泄 入 到 大 地中 去 。 把 一 定 保 护 范 围 的 内 电 放 电 捕 获 到 ， 纳 入 预 先 设 计 的 对 地 泄 入 的 合 理 途径 之 中 。 避 雷 针 是 一 种 主 动 式 接 闪 装 置 ， 其 功 能 就

13、 是 把 闪 电 电 流 引 导 入 大 地 。避 雷 线 和 避 雷 带 是 在 避 雷 针 基 础 上 发 展 起 来 的 。 采 用 避 雷 针 是 最 首 要 、 最 基 本的 防 雷 措 施 。2 接 地接 地 就 是 让 已 经 纳 入 防 雷 系 统 的 闪 电 能 量 泄 放 入 大 地 、 良 好 的 接 地 才 能 有效 地 降 低 引 下 线 上 的 电 压 ， 避 免 发 生 发 击 。 过 去 有 些 规 范 要 求 电 子 设 备 单 独 接地 ， 目 的 是 防 止 电 网 中 杂 散 电 流 或 暂 态 电 流 干 扰 设 备 的 正 常 工 作 。 接 地 是

14、 防 雷系 统 中 最 基 础 的 环 节 。 接 地 不 好 ， 所 有 防 雷 措 施 的 防 雷 效 果 都 不 能 发 挥 出 来 。防 雷 势 头 地 是 防 雷 设 施 安 装 验 收 规 范 中 最 基 本 的 安 全 要 求 。3 均 压 连 接接 闪 装 置 在 捕 获 雷 电 时 ， 引 下 线 立 即 升 至 高 电 位 ， 会 对 防 雷 系 统 周 围 的 尚处 于 地 电 位 的 导 体 产 生 旁 侧 闪 络 ， 并 使 其 电 位 升 高 ， 进 而 对 人 员 和 设 备 构 成 危害 。 为 了 减 少 这 种 闪 络 危 险 ， 最 简 单 的 办 法 是

15、 采 用 均 压 环 ， 将 处 于 地 电 位 的 导体 等 电 位 连 接 起 来 ， 一 直 到 接 地 装 置 。 金 属 设 施 、 电 气 装 置 和 电 子 设 备 ， 如 果其 与 防 雷 系 统 的 导 体 ， 特 别 是 接 闪 装 置 的 距 离 达 不 到 规 定 的 安 全 要 求 时 ， 则 应该 用 较 粗 的 导 线 把 它 们 与 防 雷 系 统 进 行 等 电 位 连 接 。 这 样 在 闪 电 电 流 通 过 时 ，所 有 设 施 立 即 形 成 一 个 “等 电 位 岛 ”， 保 证 导 部 件 之 间 不 产 生 有 害 的 电 位 差 ，不 发 生

16、旁 侧 闪 络 放 电 。 完 善 的 等 电 位 连 接 还 可 以 防 止 闪 电 电 流 入 地 造 成 的 地 电位 升 高 所 产 生 的 反 击 。4 分 流分 流 就 是 在 一 切 从 室 外 来 的 导 线 与 接 地 线 之 间 并 联 一 种 适 当 的 避 雷 器 。 当直 接 雷 或 感 应 雷 在 线 路 上 产 生 的 过 电 压 波 沿 着 这 些 导 线 进 入 室 内 或 设 务 时 ， 避雷 器 的 电 阻 突 然 降 到 低 值 ， 近 于 短 路 状 态 ， 将 闪 电 电 流 分 流 入 地 。 分 流 是 现 代防 雷 技 术 中 迅 猛 发 展

17、的 重 点 ， 是 防 护 各 种 电 气 电 子 设 备 的 关 键 措 施 。 由 于 雷 电流 在 分 流 之 后 ， 仍 会 有 少 部 分 沿 导 线 进 入 设 备 ， 这 对 于 不 耐 高 压 的 微 电 子 设 备来 说 仍 是 很 危 险 的 ， 所 以 对 于 这 类 设 备 在 导 线 进 入 机 壳 前 应 进 行 多 级 分 流 。 采用 分 流 这 一 防 雷 措 施 时 ， 应 特 别 注 意 避 雷 器 性 能 参 数 的 选 择 ， 因 为 附 加 设 施 的安 装 或 多 或 少 地 会 影 响 系 统 的 性 能 。5 屏 蔽屏 蔽 就 是 用 金 属

18、网 、 箔 、 壳 、 管 等 导 体 把 需 要 保 护 的 对 象 包 围 起 来 ， 阻 隔输电线路的防雷设计 东北电力大学毕业设计论文 第 5 页 共 33 页 黑龙江 绥化闪 电 的 脉 冲 电 磁 场 从 空 间 入 侵 的 通 道 。 屏 蔽 是 防 止 雷 电 电 磁 脉 冲 辐 射 对 电 子 设备 影 响 的 最 有 效 方 法 。四 、 与 线 路 雷 电 性 能 有 关 的 参 数 和 线 路 耐 雷 水 平 的 计 算 方 法1 雷 电 流 幅 值 累 积 概 率 分 布1979 年 我 国 标 准 就 线 路 防 雷 计 算 的 基 本 参 数 雷 电 流 幅 值

19、累 积 概 率 分 布1 给 出 了 计 算 式 。 该 式 是 基 于 我 国 各 地 实 测 的 1205 个 雷 电 流 数 据 整 理 出 来 的 。限 于 当 时 条 件 ， 其 绝 大 多 数 雷 电 流 数 据 是 利 用 磁 钢 记 录 器 由 多 塔 电 流 相 加 而 得 ，但 实 际 上 各 塔 雷 电 流 峰 值 并 非 在 同 一 时 刻 出 现 ， 这 就 使 得 相 加 结 果 明 显 偏 大 。我 国 220KV 新 杭 线 经 20 多 年 的 现 场 实 测 获 得 了 非 常 宝 贵 的 数 据 。 由 1062 个 雷 击 塔 顶 的 雷 电 流 幅 值

20、 测 试 数 据 推 出 的 概 率 分 布 公 式 为lgP =-I/87.6 (1) 1式 中 ， I 为 雷 电 流 ， kA;P 为 雷 电 流 超 过 I 的 累 积 概 率 。 1参 照 上 式 ,1997 年 的 标 准 采 用 以 下 公 式 作 为 我 国 雷 电 流 幅 值 概 率 分 布 的 计 算3 公 式 ：lgP =-I/88 (2) 1对 除 陕 南 以 外 的 西 北 地 区 、 内 蒙 古 自 治 区 的 部 分 地 区 （ 这 类 地 区 的 平 均 年雷 暴 日 数 一 般 在 20 及 以 下 ） 的 雷 电 流 幅 值 的 累 积 概 率 分 布 公

21、式 ， 参 照 以 前 标准 的 处 理 方 法 ： 在 式 （ 2） 的 基 础 上 ， 对 等 概 率 的 雷 电 流 值 减 半 。用 图 可 以 表 示 国 外 发 表 的 雷 电 流 概 率 数 据 曲 线 。 图 中 ， 画 曲 线 表 示ANDERSON-ERIKSSON 的 对 数 正 态 分 布 4， 曲 线 为 IEEE 输 电 线 路 雷 电 性能 工 作 组 报 告 推 荐 曲 线 5， 曲 线 1 为 对 应 本 文 式 （ 2） 的 曲 线 。 由 图 可 见 ，当 雷 电 流 在 50KA 以 下 时 ， 曲 线 1 与 曲 线 3 的 差 异 较 大 ； 在 5

22、0KA 以 上 时 则三 条 曲 线 相 当 接 近 。 由 于 我 国 雷 电 流 数 据 直 接 取 自 线 路 杆 塔 塔 顶 上 测 雷 专 用 小避 雷 针 ， 因 而 数 据 是 相 当 可 信 的 。1 1 地 面 落 雷 密 度 和 线 路 收 集 雷 击 宽 度以 前 的 标 准 中 ， 对 地 落 雷 密 度 r（ 即 每 km2 每 个 雷 暴 日 D 平 均 雷 击 地 面的 次 数 ） 取 为 0.015/km2D1。 近 年 来 我 国 一 些 单 位 的 雷 电 定 位 系 统（ LLS） 的 测 量 表 明 ， 多 数 情 况 下 r=0.09 0.1。 在 国

23、 外 最 小 值 为 0.06。 实 际上 ， r 值 与 年 平 均 雷 暴 日 数 Td 有 关 6。 一 般 来 说 ， 若 Td 变 大 ， 则 r 也 随 之 变大 。 由 于 我 国 幅 员 辽 阔 ， Td 的 变 化 很 大 ， 如 西 北 格 尔 木 的 Td 仅 为 0.3， 而 海南 省 的 澄 迈 高 达 133。 因 此 ， 在 标 准 中 仍 取 用 同 一 r 值 是 不 妥 当 的 。 经 过 对我 国 35 220KV 共 9400kma 架 空 线 雷 害 事 故 统 计 得 出 的 Td 和 r 之 间 的 非线 性 关 系 6进 行 比 较 （ 参 见

24、图 2） ， 本 文 认 为 采 用 国 际 大 电 网 会 议 33 委 员 会推 荐 的 计 算 式 较 为 合 理 。 该 计 算 式 为Ng=0.023Td1.3 (3)式 中 Ng 为 在 年 平 无 援 雷 暴 日 为 Td 的 条 件 下 ， 每 1km2大 地 1 年 的 雷 击 数 。输电线路的防雷设计 东北电力大学毕业设计论文 第 6 页 共 33 页 黑龙江 绥化用 图 表 示 圆 点 ， 是 根 据 文 献 7中 的 r 值 推 算 出 的 相 应 的 Ng 可 见 它 们 与 按式 （ 3） 计 算 出 的 结 果 相 当 接 近 。线 路 每 年 受 雷 击 次 数

25、 取 决 于 Ng 和 线 路 收 集 雷 击 的 等 值 面 积 。 等 值 面 积 取决 于 线 路 长 度 和 线 路 收 集 雷 击 的 等 值 宽 度 W。 W 一 般 可 用 下 式 描 述 ：W=b+Khhb (4)式 中 ， b 为 避 雷 线 间 宽 度 ， m;Kh 为 系 数 ， 一 般 取 2 4； hb 为 避 雷 线 平 均高 度 ， m。我 国 以 前 的 标 准 沿 袭 前 苏 联 的 规 定 ， 取 b=0 和 Kh=10。 该 值 与 模 拟 试 验和 直 击 雷 保 护 的 运 行 经 验 相 比 ， 似 乎 偏 大 。 从 原 理 及 其 ， 与 运 行

26、 经 验 的 对 照 关系 考 虑 ， 本 文 推 荐 采 用 IEEE 输 电 线 路 雷 电 性 能 工 作 组 报 告 使 用 的 线 路收 集 雷 击 宽 度 公 式 5， 即W=b+4hb1.09 (5)该 式 经 与 根 据 我 国 110KV 平 原 单 杆 线 路 4683kma 雷 击 跳 闸 次 数 的 运 行经 验 数 据 7反 推 出 的 线 路 收 集 雷 击 宽 度 确 定 的 Kh（ 变 动 于 3.00 3.52） 比 较 ，表 明 式 （ 5） 是 可 用 的 。1 2 有 避 雷 线 线 路 雷 击 塔 顶 时 线 路 绝 缘 上 所 受 电 压 的 计 算

27、 方 法以 前 的 标 准 ： 对 雷 击 有 避 雷 线 线 路 杆 塔 塔 顶 时 ， 绝 缘 上 所 爱 的 最 大 雷 电 过电 压 按 下 式 计 算 ：Uj=(Utd+Ug)(1-K) (6)式 中 ， Uj 为 绝 缘 上 受 到 的 最 大 电 压 ； Utd 为 杆 塔 顶 部 电 压 最 大 值 ； Ug 为导 线 上 感 应 过 电 压 最 大 值 ； K 为 导 线 与 避 雷 线 之 间 考 虑 避 雷 线 电 晕 的 耦 合 系数 。式 （ 6） 中 有 两 点 值 得 注 意 ： 其 一 ， 绝 缘 子 串 悬 挂 于 杆 塔 横 担 处 ， 所 以 绝缘 子 串

28、 的 反 击 电 压 应 取 横 担 处 的 杆 塔 电 压 ， 而 不 应 取 塔 顶 入 电 压 ； 其 二 ， 避 雷线 对 导 线 上 与 反 击 电 压 异 号 的 感 应 过 电 压 的 屏 蔽 作 用 应 采 用 Ug（ 1-k0hb/hd 计算 式 中 hd 为 导 线 平 均 高 度 ； K0 为 导 线 与 避 雷 线 之 间 的 几 何 耦 合 系 数 ） 。 由 此 ，式 （ 6） 宜 修 改 为Uj=Utd（ ha/ht-k） +Ug（ 1-ha/ht-k0） (7)式 中 ， ht 为 塔 杆 高 度 。 据 此 ， 可 计 算 出 线 路 的 耐 雷 水 平 等

29、指 标 。 式（ 7） 已 被 新 标 准 3采 用 。1 3 线 路 雷 击 跳 闸 次 数 的 计 算 结 果 与 讨 论除 上 述 各 点 外 ， 以 前 的 标 准 中 ， 关 于 输 电 线 路 雷 击 跳 闸 率 计 算 的 其 他 参 数（ 如 绕 击 率 Pa、 建 弧 率 、 击 杆 率 g 等 ） 在 新 标 准 3中 均 未 作 变 化 。 雷 电 流波 头 长 度 也 仍 为 2.6s（ 该 值 与 文 献 5推 荐 的 2.5s 斜 角 波 头 极 为 接 近 ） 。按 式 （ 7） 计 算 出 的 我 国 110 500KV 线 路 耐 雷 水 平 和 雷 击 跳

30、闸 次 数 的 结 果 与运 行 统 计 数 据 已 在 文 献 8中 发 表 。 从 其 基 本 势 头 近 的 结 果 可 以 看 出 ， 按 本 文提 出 的 线 路 绝 缘 所 受 最 大 电 压 计 算 方 法 、 所 取 的 雷 电 参 数 （ 雷 电 流 幅 值 累 积 概率 分 布 、 对 地 落 雷 次 数 和 线 路 雷 击 次 数 等 ） 以 及 线 路 雷 击 跳 闸 次 数 计 算 方 法 计输电线路的防雷设计 东北电力大学毕业设计论文 第 7 页 共 33 页 黑龙江 绥化算 出 的 跳 闸 次 数 与 运 行 经 验 统 计 值 基 本 相 当 。 这 说 明 本

31、 文 的 计 算 方 法 是 合 理 、可 用 的 。2 线 路 常 规 的 防 雷 保 护 措 施 与 效 果当 前 ， 线 路 的 常 规 防 雷 保 护 措 施 主 要 是 通 过 架 设 避 雷 线 ， 以 减 少 雷 电 直 击导 线 的 概 率 ； 另 一 方 面 则 是 尽 可 能 的 提 高 耐 雷 水 平 ， 以 减 少 雷 电 击 中 杆 塔 或 避雷 线 时 反 击 至 导 线 的 概 率 。 对 于 前 者 ， 主 要 是 采 用 双 避 雷 线 以 获 得 较 小 的 保 护角 。 在 山 区 ， 由 于 地 形 的 影 响 即 使 是 0的 保 护 角 ， 也 难

32、免 出 现 雷 绕 击 导 线的 情 况 9。 而 对 于 后 者 ， 实 际 可 能 采 用 的 措 施 是 尽 量 减 少 杆 塔 的 接 地 电 阻 、架 设 耦 合 地 线 、 对 于 同 塔 双 回 线 线 路 适 当 地 采 用 不 平 衡 绝 缘 技 术 以 减 少 双 回 线同 时 雷 击 跳 闸 的 概 率 等 。 现 主 要 就 减 少 反 击 的 措 施 讨 论 如 下 ：1 4 降 低 杆 塔 接 地 电 阻 的 防 雷 效 果 分 析当 杆 塔 型 式 、 尺 寸 和 绝 缘 子 型 式 、 数 量 确 定 后 ， 影 响 线 路 反 击 耐 雷 水 平 的主 要 因

33、 素 则 是 杆 塔 接 地 电 阻 的 阻 值 。现 将 按 1997 年 电 力 行 业 标 准 确 率 3中 的 110 500KV 线 路 的 标 塔 尺 寸和 绝 缘 子 的 50%雷 冲 击 绝 缘 水 平 ， 针 对 不 同 的 杆 塔 接 地 电 阻 冲 击 值 计 算 出 的 各自 的 耐 雷 水 平 列 入 表 1。表 1 110-500KV 线 路 耐 雷 水 平 与 杆 塔 接 地 电 阻 的 关 系系统标称电压/KV110 220 500接地电阻/7 15 30 50 7 15 30 50 7 15 30 50耐雷水平/kV63.4 40.7 24.3 15.8 11

34、0.275.7 47.7 32 176.7 125.4 81.2 55.2P1/%19 34.5 52.9 66.1 5.6 13.8 28.7 43.3 0.98 3.8 11.9 23.6相对危1.0 1.8 3.5 3.5 1 2.5 5.1 7.7 1 3.9 12.1 24.1输电线路的防雷设计 东北电力大学毕业设计论文 第 8 页 共 33 页 黑龙江 绥化险因数由 表 1 可 见 ， 各 种 电 压 等 级 ， 线 路 耐 雷 水 平 均 随 杆 塔 接 地 电 阻 的 增 加 而 降低 。 依 据 雷 电 流 幅 值 累 积 概 率 分 布 的 固 有 特 点 ： 低 幅 值

35、雷 电 流 出 现 的 概 率 明 显大 于 高 幅 值 雷 电 流 出 现 的 概 率 。 由 此 可 知 ， 随 着 系 统 标 称 电 压 的 提 高 ， 杆 塔 接地 电 阻 的 作 用 将 变 得 更 加 重 要 。 表 1 中 引 入 了 “相 对 危 险 因 数 ”参 数 。 对 于备 种 电 压 等 级 下 的 “相 对 危 险 因 数 ”， 均 以 杆 塔 接 地 电 阻 为 7 时 耐 雷 水 平的 相 应 概 率 下 的 危 险 因 素 1.0 为 参 数 ， 其 他 杆 塔 接 地 电 阻 时 的 相 对 危 险 因 数 ，则 由 该 接 地 电 阻 下 相 应 耐 雷

36、 水 平 的 相 应 概 率 与 接 地 电 阻 为 7 时 耐 雷 水 平 的相 应 概 率 之 比 来 确 定 。 这 样 110-500KV,50 时 的 相 对 危 险 因 数 分 别 为3.5、 7.7 和 24.1。杆 塔 接 地 电 阻 对 高 压 直 流 输 电 线 路 的 也 有 类 似 的 作 用 。 随 杆 塔 接 地 电 阻 的增 加 ， 对 于 500KV 高 压 直 流 线 路 ， 单 极 反 击 或 双 极 反 击 的 概 率 均 有 所 增 加 。因 双 极 反 击 耐 雷 水 平 一 般 明 显 高 于 单 极 反 击 耐 雷 水 平 ， 所 以 因 杆 塔

37、接 地 电 阻 变大 （ 由 7 增 加 至 30 时 ） ， 双 极 反 击 的 相 对 危 险 因 数 高 达 48.8 而 单 极 反击 的 相 对 危 险 因 数 遇 为 13.010。2 架 设 耦 合 地 线 的 防 雷 效 果对 运 行 中 查 明 经 常 发 生 选 择 性 雷 击 的 杆 塔 或 线 段 ， 我 国 运 行 部 门 曾 对110KV 和 220KV 有 避 雷 线 线 路 采 用 过 加 装 耦 合 地 线 的 作 法 。耦 合 地 线 的 作 用 主 要 有 两 个 ： 一 是 增 大 避 雷 线 与 导 线 之 间 的 耦 合 系 数 ， 从而 养 活 绝

38、 缘 子 串 两 端 电 压 的 反 击 和 感 应 电 压 的 分 量 ； 二 是 增 大 雷 击 塔 顶 时 向 相邻 杆 塔 分 流 的 雷 电 流 。3 装 设 氧 化 锌 避 雷 器氧 化 锌 避 雷 器 是 现 代 避 雷 器 第 三 代 产 品 ， 是 世 界 公 认 的 当 代 最 先 进 防 雷 电器 ， 在 我 国 为 20 世 纪 80 年 代 引 进 日 本 生 产 设 备 和 生 产 技 术 的 新 产 品 。 其 结构 为 将 若 干 片 ZnO 阀 片 压 紧 封 在 避 雷 器 瓷 套 内 。 ZnO 阀 片 具 有 非 常 优 异 的 非线 性 特 性 ， 在

39、 较 训 电 压 下 电 阻 很 小 很 小 ， 可 以 泄 放 大 量 雷 电 流 残 压 很 低 ， 在 电网 运 行 电 压 下 电 阻 很 大 很 大 ， 泄 漏 电 流 只 有 50 150A,电 流 忒 小 可 视 为 无 工频 续 流 ， 这 就 是 可 以 作 成 无 间 隙 氧 化 锌 避 雷 器 的 原 因 ， 它 对 雷 电 陡 波 和 雷 电 幅值 同 样 有 限 压 作 用 ， 防 雷 保 护 功 能 完 全 是 其 突 出 优 点 。 在 我 国 先 生 产 使 用 的 正是 无 间 孙 氧 化 锌 避 雷 器 ， 运 行 实 践 表 明 ， 它 有 损 坏 爆 炸

40、 率 高 ， 使 用 寿 命 短 等 缺点 ， 究 其 原 因 ， 暂 态 过 电 压 承 受 能 力 差 是 其 致 命 弱 点 。 而 串 联 间 隙 氧 化 锌 避 雷器 仍 有 无 间 隙 氧 化 锌 避 雷 器 的 保 护 性 能 优 点 ， 同 时 有 暂 态 地 电 压 承 受 能 力 强 的特 点 ， 是 一 种 理 想 地 扬 长 避 短 产 品 ， 结 合 国 性 在 3 35KV 系 统 串 联 间 隙 氧 化输电线路的防雷设计 东北电力大学毕业设计论文 第 9 页 共 33 页 黑龙江 绥化锌 避 雷 器 才 是 当 代 最 先 进 防 雷 电 器 。4 根 据 作 原

41、 理 的 不 同 ， 目 前 在 输 电 线 路 上 普 遍 采 用 的 防 雷 技 术 主 要 有 以 下几 种A、 采 用 架 空 地 线 。 这 种 方 法 造 价 高 ， 效 果 好 ， 目 前 110KV 及 以 上 线 路及 35KV 线 路 的 进 线 段 采 用 较 多 。 但 是 由 于 线 路 设 计 时 未 进 行 保 护 角 校 验 ， 目前 渝 东 南 线 路 的 地 线 保 护 角 普 遍 偏 大 ， 影 响 了 防 护 效 果 。B、 加 装 氧 化 锌 避 雷 器 ， 这 种 方 法 造 价 高 ， 效 果 最 好 ， 可 以 防 止 各 种 过 电压 ， 但

42、避 雷 器 本 身 需 要 定 期 检 查 试 验 ， 运 行 成 本 较 高 ， 对 于 交 通 不 便 的 地 主 不适 宜 ， 一 般 用 于 35KV 线 路 。C、 加 装 消 雷 器 。 它 主 要 是 利 用 雷 云 与 地 面 之 间 的 电 场 能 量 、 本 身 的 特 殊构 造 形 式 及 安 装 杆 塔 的 高 度 ， 使 消 雷 针 产 生 一 定 数 量 的 荷 电 粒 子 ， 对 雷 云 下 方电 场 发 生 作 用 ， 由 于 电 晕 的 效 应 ， 使 消 雷 器 周 围 电 场 均 匀 ， 从 而 减 少 输 电 线 路的 落 雷 概 率 ， 削 弱 雷 电

43、 强 度 ， 使 雷 击 跳 闸 率 和 雷 击 事 故 率 下 降 。 这 种 方 法 造 价比 较 便 宜 ， 安 装 后 几 乎 不 需 要 维 护 。 因 实 际 安 装 使 用 后 ， 发 生 多 次 装 有 消 雷 器的 杆 塔 直 接 被 雷 击 的 情 况 ， 故 其 效 果 还 有 待 考 证 。 消 雷 器 用 于 110KV 及 以 上线 路 比 较 适 宜 。D、 适 当 增 加 线 路 的 绝 缘 配 置 ， 降 低 建 弧 率 。 这 种 方 法 投 资 巨 大 ， 施 工 工作 量 也 大 ， 涉 及 对 导 线 弧 垂 的 调 整 。E、 加 装 可 控 放 电

44、 避 雷 针 。 该 装 置 以 缓 慢 变 化 的 小 电 流 上 行 雷 闪 放 电 形 式泄 放 雷 云 电 荷 ， 从 而 避 免 强 烈 的 下 行 雷 闪 放 电 。 这 种 方 法 造 价 比 较 便 宜 ， 使 用效 果 好 ， 但 对 大 档 距 一 路 保 护 范 围 不 足 。5 架 设 耦 合 地 线 的 防 雷 效 果对 运 行 中 查 明 经 常 发 生 选 择 性 雷 击 的 杆 塔 或 线 段 ， 我 国 运 行 部 门 曾 对110KV 和 220KV 有 避 雷 线 线 路 采 用 过 加 装 耦 合 地 线 的 作 法 。表 2 几 条 有 耦 合 线 线

45、 路 的 雷 电 性 能 比 较线 路 名对 比线 段总 长/KM架 耦 合 线 前 运行 /kma跳 闸 率/100kma架 耦 合 线后 运 行/kma跳 闸 率/100kma有 耦 合线 与 无耦 合 线的 跳 闸率 对 比ne/n220KV 广 东某 线（ Td=82）86.2(1961.01 1969.05;1971.08 1972.09)6812.49(1964.01 1972.09)3451.16 0.455220KV 华 东某 一 回 线（ Td=60）49.2(1960.09 1964.12)199 4.01（ 1965 01 1972.09） 3882.57 0.64110KV 福 建某 线（ Td=70）29 (1960.03 1972.09)219 6.4 (1965 1972.09)114 3.47 0.54