输电线路的防雷研究论文文档格式.docx
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经过分析计算和积累,可以准确地掌握该系统所覆盖围的雷电活动规律。
杆塔的接地电阻是影响雷击跳闸率的重要因素,计算表明:
杆塔的接地电阻如增加10~20Ω,雷击跳闸率将会增加50%~100%。
为此,为提高供电可靠性,投入大量的人力和财力进行杆塔接地电阻的改造,使所有线路杆塔的接地电阻满足防雷设计的要求,保证了雷击跳闸率满足规程的要求。
表2杆塔耐雷水平与接地电阻的关系
接地电阻(Ω)
7
15
30
交流220kV耐雷水平(kA)
110.2
75.7
47.7
输电线路穿越山区时,由于地形引起线路保护角的变化,屏蔽失效的区间增大,雷击跳闸率比平原地区的输电线路高得多。
在杆塔的保护角相同的情况下,高度愈高,雷击跳闸率也愈高。
合理配置线路杆塔的绝缘水平和布置方式,会提高杆塔的耐雷水平,尤其是提高线路遭受绕击时的耐雷水平,从而降低雷击故障跳闸率。
雷直击塔顶或避雷线会造成对线路绝缘的反击,我国防雷与接地规程推荐用下式计算杆塔承受反击的耐雷水平:
式中:
U50%——绝缘子串50%冲击闪络电压,kV;
K——导线线间耦合系数;
Ko——导线与地线间的耦合系数;
K1——电晕效应校正系数;
β——杆塔分流系数;
Ri——杆塔冲击接地电阻,Ω;
Lt——杆塔电感,μH;
Hg——地线平均高度,m;
hc——导线平均高度,m;
ht——杆塔高度,m;
ha——横担对地高度,m。
从表2所列杆塔的耐雷水平看,当接地电阻为7Ω时,220kV交流线路杆塔的耐雷水平为110.2kA,超过这个幅值的雷电流出现概率仅为1%。
当接地电阻相同时。
因此,只要杆塔的接地电阻降低到上述水平以下,杆塔就有足够的耐受水平防止反击。
另一方面,由于地质条件不好,接地虽几经改造仍达不到设计要求或因接地腐蚀、外力破坏使接地电阻变大,杆塔的耐雷水平会因此而降低到较低水平,防止反击造成绝缘损坏便成为需要研究采取技术措施的问题了。
雷绕过避雷线的屏蔽,击于导线称为“绕击”。
由于影响发生绕击的因素比反击要复杂得多,人们对它感兴趣的程度和研究深度也较反击为多。
针对这种情况,我们在输电线路防绕击方面做了大量的工作,如采取增强杆塔绝缘提高其绕击耐雷水平;
减小边导线保护角,甚至采用负保护角或加装塔顶拉线、在横担处装侧向避雷针、装设耦合地线及旁路架空地线等措施,增强对导线的屏蔽作用,降低绕击概率。
在避雷线上加装侧向短针的方法,其机理是适当将可能发生的绕击引向避雷线,如能引发雷击短针,则可将绕击转化为反击。
二、输电线路的几种常见过电压
架空输电线路中常见的过电压有以下两种,第一种是:
架空线路上的感应过电压即雷击发生在架线路的附近,通过电磁感应在输电线路上产生的过电压;
第二种是直击雷过电压,即雷电直接打在避雷线或是导线上时产生的过电压。
1、架空输电线路上的感应过电压
当雷击线路附近的地面时,会在架空线路的三相导线上出现感应过电压(感应雷)。
这种感应过电压的形成过程如下。
在雷电放电的先导阶段,在先导通道中充满了电荷,它对导线产生了静电感应,在负先导通道附近的导线上积累了异号的正束缚电荷,而导线上的负电荷则被排斥到导线的远端。
因为先导的发展速度很慢,所以在上一过程中导线的电流不大,可以忽略不计,而导线将通过系统的中性点或泄漏电阻而保持其零电位(如果不计工频电压的话)。
2.架空输电线路上的直击雷过电压
雷直击于有避雷线的输电线路分为三种情况,a、雷击杆塔顶部;
b、雷击避雷线中央部分;
c绕过避雷线击于导线。
a、当雷击于导线时,导线的电位可按下式计算:
式中的是雷击点左右两则导线波阻并联的结果,是雷击于波阻()近似于等于雷电通道波阻(Z0)时的雷电流比雷击零欧时减半的缘故。
即使以绝缘很强的330~500kV线路来说,不难算出在10~15kA的雷电流下也将发生闪络,而出现等于及大于这一电流的概率是很大的(81~73%),因此,采用避雷线来大大减少雷击于导线的情况是很重要的措施。
b、雷击线路杆塔顶部
雷击线路杆塔顶部时,有很大的电流igt流过杆塔入地。
对一般高的杆塔,塔身可用等值电感Lgt代替,其冲击接地电阻为Rch,于是塔顶电位为
在一般情况下冲击接地电阻Rch对Ugt起很大的作用,而在山区或高阻区,Rch可达上百欧,此时它对Ugt的值将起决定性的作用。
至于杆塔电感只有在特高塔或大跨越时才会起决定作用。
c、雷直击于档距中央的避雷线。
当雷直击于档距中央的避雷线会产生很高的过电压,可用下式计算:
式中Lb为半档避雷线的电感,a为雷电流陡度。
从世界各国运行的情况看在档中发生相地线间的闪络是很少见的。
三、架空输电线路防雷的基本原则及措施
线路防雷的基本任务是采用技术上与经济上合理的措施,将雷击事故减少到可以接受的程度。
以保证供电的可靠性与经济性。
为此,一般设有四道防线:
第一道防线是保护导线不受或少受雷直击,为此可采用避雷线、可控放电避雷针、消雷器或改用电缆。
目前采用避雷线仍然是架空线路防雷的首选措施,这已是被长期工程实践所证实了的行之有效的防雷措施,当然在某些线段由于特殊的地理环境造成绕击率偏高,或是由于接地电阻降不下来造成雷击跳闸率偏高,为提高线路的安全运行水平可采用可控放电避雷针(它的原理将在下节中详细说明),改用电缆在经济上是难以接受的。
第二道防线是雷击塔顶或避雷线时不使或少使绝缘发生闪络。
为此需提高线路的耐雷水平或线路的绝缘水平。
最经济实用的办法是降低接地电阻来提高线路的耐雷水平。
在山区当降低接地电阻很困难时,可采用可控放电避雷针,加装耦合地线、接地拉线,或适当加强绝缘,或是在个别杆塔上采用线路型避雷器。
采用可控放电避雷针时由于绕击率很低,而且主放电电流很小(平均为7kA)一般线路杆塔的耐雷水平都大于此值,所以它能大大降低线路的雷击跳闸率,提高线路的安全运行水平。
加装耦合地线在山区实施时难度很大,一般情况下很少采用。
加装接地拉线,就是在塔顶的避雷线处并联一接地拉线,这样可以提高雷击时的分流系数从而实现降低雷击跳闸率,但这种措施的效果不是很显著(有计算表明,接地拉线可提高分流系数约10%).
任何一种加强线路绝缘水平的措施,都是一种实施起来很困难的措施。
最近几年在部分线路上使用线路型避雷器,从防雷效果上看是肯定的,但它也存在以下问题:
1、它的造价较高,特别是在超高压线路,更是如此,如在220kV线路每基塔的费用达6-7万元,2、它的运行维护是一大问题,由于它的安装地点都在丛山峻岭之中,而且是在线路塔上,它的运行工况不易被监测,每年的预放性试验是一个大问题,现场无法做,只能是拆下运回,做完试验后重新安装,这样运行部门的运行维护工作量将成倍地增加。
3、它的保护围也很有限,只能有效地保护本基杆塔。
第三道防线是当绝缘发生闪络时,尽量减少由冲击闪络转变为稳定电力电弧的概率,从而减少雷击跳闸率,为此应减少绝缘上的工频电场强度,或电网中性点采用不直接接地方式。
采用这种方法应谨慎,因为改变中性点的接地方式,将改变系统的运行方式和系统参数,搞不好会出大事故。
第四道防线是即使跳闸也不中断电力的供应,可用自动重合闸或用双回线以及环网供电。
当然,不是所有线路都要具备以上四道防线,而是要因地制宜,合理采用,把雷害引起的停电事故次数减少到可以接受的程度。
四、杆塔的接地
对架空线路杆塔的接地电阻和型式在电力行业标准DL/T620---1997《交流电气装置的过电压保护和绝缘配合》、DL/T621----1997《交流电气装置的接地》中都提出了具体的要求。
是设计、安装和改造架空线路杆塔接地的依据。
1、杆塔的接地电阻
⑴有避雷线线路杆塔的接地电阻。
有避雷线的线路,每基杆塔不连避雷线时的工频接地电阻,在雷季干燥时,不宜超过表4所列数值。
雷电活动强烈的地方和经常发生雷击故障的杆塔和线段,应改善接地装置,适当提高绝缘水平或架设耦合地线。
表4有避雷线的线路杆塔接地电阻
土壤电阻率(Ω·
m)
≤100
>
100~500
500~1000
1000~2000
2000
10
20
25
注:
如土壤电阻率超过2000Ω·
m,接地电阻很难降低到30Ω时,可采用6~8根总长不超过550m的放射形接地体,或采用连续伸长接地体,其接地电阻不受限制。
⑵无避雷线线路杆塔的接地电阻。
对于中雷区及多雷区35kV及66kV无避雷线线路,宜采取措施,减少雷击引起的多相短路和两相异地接地引起的断线事故,钢筋混凝土杆和铁塔宜接地,其接地电阻不受限制,但多雷区不宜超过30Ω。
钢筋混凝土杆和铁塔应充分利用其自然接地作用,在土壤电阻率不超过100Ω·
m或有运行经验的地区,可不另设人工接地装置。
需要说明的是,作为通用行业标准,对杆塔接地电阻的要比较宽松的。
在多雷区,如是联络线路或重要线路,杆塔接地电阻最好能处理到10Ω以下,因为只有这样才能提高线路的耐雷水平,有效地限制雷击跳闸率,从而保证电网的安全稳定运行。
2、杆塔接地型式
DL/T621—1997《交流电气装置的接地》的6.3条还对高压架空线路杆塔接地装置的型式做了具体的要求如下:
⑴在土壤电阻率的潮湿地区,可利用杆塔和钢筋混凝土杆自然接地。
对发电厂、变电站的进线段应另设雷电保护接地装置。
在居民区,当自然接地电阻符合要求时,可以不设人工接地装置。
⑵在土壤电阻率的地区,除利用铁塔和钢筋混凝土杆的自然接地外,并应增设人工接地装置,接地极埋设深度不宜小于0.6m。
⑶在土壤电阻率的地区,可采用水平敷设的接地装置,接地极埋设深度不宜小于0.5m。
⑷在土壤电阻率地区,可采用6~8根总长不超过500m的放射形接地极或连续伸长接地极。
放射形接地极可采用长短结合的方式。
接地极埋设深度不宜小于0.3m。
⑸居民区和水田中的接地装置,宜围绕杆塔基础敷设成闭合环形接地装置。
⑹放射形接地极的最大长度,应符合表5的要求。
表5杆塔放射形接地极每根的最大长度方式
≤500
≤1000
≤2000
≤5000
最大长度(m)
40
60
80
100
⑺在高土壤电阻率地区采用放射形接地装置时,当在杆塔基础的放射形接地极每根长度的1.5倍围有土壤电阻率较低的地带时,可部分采用引外接地或其他措施。
⑻雷电活动强烈的地方和经常发生雷击故障的杆塔和线段,应改善接地装置,架设避雷线,适当加强绝缘或架设耦合地线。
⑼钢筋混凝土