输电线路的防雷接地技术.docx

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输电线路的防雷接地技术

输电线路的防雷接地技术

1绪论

第1章

1.1课题来源及研究的目的和意义

“雷电”影响在输电线路故障跳闸次数中占70%～90%，给电力系统带来了大量的麻烦并且造成了巨大损失。

虽然发达国家在上世纪初已提出并研究“雷电先导放电临界击距和暴露弧”这一理念与机理，我国在解放后也开始了研究，然而，这一知识大多只在科研单位和超高压、特高压输电相关单位部分专业人员中掌握和应用。

更甚者是由于教学单位及教科书的相对传统与滞后性，目前相关大学教材中仍相当部分未编入这个课题，知道这一理念的人不多。

目前在实际应用中仍然没有引起广泛、高度的重视，在一般高压输电和配电线路中几乎没有应用，致使输电和配电线路雷电伤害问题仍然没有较根本性地得到改进和完善。

随着温室效应的发展，全球气候不断升高，年雷暴日、雷暴次数和雷电强度也不断提升，同时随着经济社会的快速发展，输电线路长度也在快速增加，准确把握雷电对输电线路的伤害原因，“对症下药”，有针对性地采取相应防护措施，最大限度地避免和减少雷电对输电线路伤害造成的损失，在工业化、自动化、现代化进程日益加快，对供电安全可靠稳定要求日益提高的今天及将来，具有十分重要现实意义。

1.2架空输电线路防雷的具体措施

1．架设避雷线

架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。

避雷线的主要作用是防止雷直击导线，同时还具有以下作用：

1）分流作用，以减小流经杆塔的雷击电流，从而降低塔顶的电位。

2）通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压。

3）对导线的屏蔽作用还可以减低导线上的感应过电压。

通常来说，线路电压越高，采用避雷线的效果越好，而且避雷线在线路造价中所占的比重也就越低。

因此，110KV及以上电压等级的输电线路都应全架设避雷线。

同时，为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，减小绕击率等，避雷线对边导线的保护角应该做的小一些，一般采用20°～30°。

220KV及330KV双避雷线路应做到20°左右，550KV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线，保护角应在15°左右。

2．安装避雷针

安装避雷针也是架空输电线路常用的一种防雷措施。

国内外不少防雷专家，对避雷针能向保护物有多大的保护距离做了系统的研究得出的结论是：

对一根垂直避雷针无法获得十分肯定的保护区域。

英国的BS6511法规曾指出：

经验显示不能依赖避雷针提供任何保护区的完整保护。

由于避雷针的引雷作用，所以累计次数就会提高，当雷电被吸引到针上，在强大的雷电流沿针而流入大地过程中，雷电流周围形成的磁场会产生接应过电压，它与雷电流的大小及变化速度成正比，与雷击的距离成反比。

而被保护物的自然屏蔽装置对电磁感应或电磁干扰的屏蔽作用，不能达到有效屏蔽，是保护区的弱电设备因感应电压而损坏。

3.加强线路绝缘

由于输电线路个别地段需采用大跨越高杆塔，这就增加了杆塔落雷的机会。

高杆塔落雷时，塔顶电位高，感应过电压大，而且受绕击的概率大。

为降低线路跳闸率，可在高杆塔上增加绝缘子串片数，加大跨越当导线与地线之间的距离，以加强线路绝缘。

4.采用差绝方式

此措施适宜于中性地点不接地或经小弧线的接地的系统，并且导线为三角形排列的情况。

所谓差绝缘，是指同一杆塔上三相绝缘有差异，下面两相交之最上面一相各增加一片绝缘子，当雷击杆塔上或者导线上，由于导线上相对较弱的先击穿，雷电流经杆塔大地，避免两相闪路。

5.采用不平衡方式

在现在高压及超高压线路上，同杆架设的双回路线口日益增多，对此线路在采用通常的防雷措施尚不能满足要求，可以采用不平衡方式来降低双回路雷击时跳闸率，以保障线路的连续供电。

不平衡绝缘的原则是使双回路的绝缘子串数有差异，这样，雷击时绝缘子片数少的回路先闪路，闪路后的导线相当于地线，增加了另一回路的耦合作用，提高了线路的耐雷水平使之不发生闪路，保障另一回路的的连续供电。

6.预放电棒与负角保护针

预放电棒的作用机理是减小导线、地线的间距，增大耦合系数，降低杆塔分流系数，加大导线、绝缘子片数对敌整容，改善电压分布；负角保护针可看成装在线路边导线的外侧的避雷针，其目的是改善屏蔽，降低雷击距。

7.装设消雷器

消雷器是一种新型的直击防雷保护装置，消雷器对接地电阻的要求不严，其保护范围也比避雷针的较大，目前架设输电线路装设消雷器具有上千万套。

1.3本章小结

本章介绍了影响架空线路雷击的事故有很多，有一定的复杂性，解决线路的雷击问题，要从实际出发，综合治理。

在采取防雷措施前，要认真调查分析，充分了解地理、气象及线路运行等各方面的情况，核算线路的耐雷水平。

第2章雷电分析

2.1雷击过电压及种类

在输电线路上产生的大气过电压主要有两种,一种是由于雷击线路附近地面由电磁感应引起的,称为感应雷过电压;另一种是雷直击线路或杆塔引起的,称为直击雷过电压。

2.2击雷过电压

根据历年来电业局对输电线路雷害事故情况统计,直击雷过电压是线路跳闸、瓷瓶闪洛、绝缘击穿的主要因素。

当雷直接击于线路杆塔或导线时产生的感应过电压较大,往往超过绝缘子串的雷电冲击放电电压值,引发线路的跳闸事故很高,对线路绝缘破坏较大。

直接雷过电可以分为三种情况:

雷直接击于杆顶、击于避雷线档距中间、绕过避雷线击于导线。

通过统计分析,在上述三种雷击情况中,大部分雷击于杆顶,小部分雷击避雷线,还有一小部分雷绕击于导线。

下面是对雷击过电压正确的认识。

雷击线路铁塔或避雷线时，雷电流通过雷击电阻抗，使该点地电位与导线的电位差超过绝缘的冲击放电电压时，将会发生闪路，这种情况通常称为反击。

雷电直接击中导线，或者绕过避雷线击中导线即发生绕击。

2.3感应雷过电压

大多数雷云带有负电荷,当在输电线路附近有雷云时,由于静电感应,导线上靠近雷云处将感应出（集聚）大量正电荷,如果此时雷云在输电线路附近放电,导线由于静电感应而集聚的“束缚电荷”瞬间得到释放,以波的形式沿着导线向线路两侧运动,形成感应过电压,这种由电场变化引起的雷过电压称为感应过电压的静电分量;同时由于雷电流迅速变化,在周围空间产生强大的电磁场将通过电磁感应在导线上感应出很高的电压;这两部分共同构成感应雷过电压,这部份称为电磁分量。

过电压设计规程给出了雷击线路周围时,在导线上感应的过电压为

，若有避雷线时还将在避雷线上同时产生感应的过电压,反过来由于避雷线所产生的感应过电压还将与导线耦合,在导线上产生一耦合电压,k为耦合系数。

所以有避雷线时在导线上的感应过电压为=,以设计中常用的ZS2型直线杆（无避雷线）及ZS4型直线杆（有避雷线）为例计算当雷击线路周围时导线上的感应雷过电压,取得雷电流幅值I取计算，ZS2杆（无避雷线）上导线的平均悬挂高度,ZS4杆（有避雷线）上导线的平均悬挂高度。

ZS2杆（无避雷线）在导线上的感应过电压

ZS4杆（有避雷线）时在导线上的感应过电压

由于避雷线上的感应过电压在导线上产生的耦合电压为

耦合系数k=k1k0,k12电晕校正系数1.1,k02导地线间耦合系数0.238。

所以有避雷线时在导线上的感应过电压:

若35kV线路,采用3片X-4.5型绝缘子U50%放电电压为360kV,由此可见感应雷过电压对35kV及以下线路会引起一定的闪络事故,根据过电压设计规程提供的雷电流概率曲线可知,雷击时,雷电流幅值为100kA的概率仅有15%左右,。

50%的概率在40kA以下,因而当落雷距线路S>65m,对35kV及以下线路会引起一定的闪络事故,对110kV及以上线路,由于线路绝缘水平一般较高,7片XP-7型绝缘子放电电压为750kV左右,所以一般不会引起闪络事故。

当雷击点到线路的距离S<65m时,由于线路的引雷作用而将雷引向线路击于杆塔或导线。

2.4直击、绕击、反击的现象的可能原因及分析

（1）直击（雷直击铁塔顶部、雷直击避雷线中央）和反击（过高的接地电阻，造成塔顶电位大幅度上升）现象大体相同，其耐雷水平在规程中也是做统一规定，由于篇幅有限，在这我们把它们列入一起进行阐述，而绕击现象与直击和反击不同，它也是引起高压送电线路跳闸的主要原因，也是我们今后防雷工作的重点。

雷电直击、击跳闸一般雷电流较大，反如500KV典型铁塔反击耐雷水平可达125KA—175KA雷电反击一般有下列特征：

①雷电绕击一般只引起单相故障；②导线上非线夹部位有烧融痕迹（有斑点）结瘤现象或导线雷击断股）的，一般是雷电绕击引起；③水平排列的中相或上三角排列的上相导线一般不可能雷电绕击跳闸；④水平或上三角排列的边相或鼓形排列的中相有可能雷电绕击；⑤雷电绕击电流与导线保护角和塔高度有关，当雷电流幅值较大时，绕击的可能性较小。

（2）对于雷电反击故障，降低接地电阻、加强线路绝缘、加装耦合地线、安装线路避雷器比较有效，对于雷电绕击故障，减小避雷线保护角、安装线路避雷器、加装耦合地线比较有效。

对于双回路或多回线路，差绝缘配置有一定效果。

第3章架设防雷接地线路

避雷线又称架空地线，架设在杆塔顶部，一根或二根，用于防雷，110-220千伏线路一般沿全线架设。

架空送电线着雷时，可能打在导线上，也可能打在杆塔上。

雷击导线时，在导线上将产生远高于线路额定电压的所谓“过电压”，有时达几百万伏。

它超过线路绝缘子串的抗电强度时，绝缘子将“闪络”，往往引起线路跳闸，甚至造成停电事故。

避雷线可以遮住导线，使雷尽量落在避雷线本身上，并通过杆塔上的金属部分和埋设在地下的接地装置，使雷电流流入大地。

雷击杆塔或避雷线时，在杆塔和导线间的电压超过绝缘子串的抗电强度时，绝缘子串也将闪络，而造成雷击事故。

通常用降低杆塔接地电阻的办法，来减少这类事故。

避雷线的保护效果还同它下方的导线与它所成的角度有关，角度较小时，保护效果较好。

在架有两根避雷线的情况下，容易获得较小的保护角，线路运行时的雷击跳闸故障也较少，但建设投资较大。

我国近年来新建的220千伏以下线路，多采用一根避雷线。

在雷击不严重的110千伏及较低电压的线路上，通常仅在靠近变电所两公里左右范围内装设避雷线，作为变电所进线的防雷措施。

避雷线一般使用镀锌钢绞线架设，常用的截面是25、35、50、70平方毫米。

导线的截面越大，使用的避雷线截面也越大。

避雷线也会因风吹而振动，常易发生振动的地方通常装有防振锤。

近年来，国外超高压线路有采用良导线架空地线的趋势，主要采用铅包钢线，它具有强度较高、不生锈、又有适当的导电率的优点。

一般用绝缘子使之与杆塔相互绝缘，利用间隙引导雷电流入地，这样，可利用架空地线作为载波通道并减少电能感应损耗。

3.1调整架空地线保护角

调整架空地线保护角为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，减小绕击率。

雷线对边导线的保护角应避做得小一些，一般500KV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线，保护角在15°及以下。

采取措施：

雨季前，我们针对500KV输电线路，雷区频繁发生的区域分段进行了架空地线保护角间隙的调整。

3.2安装架空地线避雷针

安装架空地线避雷针为通过在架空地线上合理装设防绕击避雷针，有效地增强其屏蔽性能和引雷作用，将可能遭受的绕击转化为反击加以控制，大幅度降低雷击故障跳闸率。

研究表明，在架空地线上合理装设防绕击避雷针，可有效地增强其屏蔽性能和引雷作用，将可能遭受的绕击控制转化为反击，大幅度降低雷击故障跳闸率。

3.3安装线路可控放电避雷针

安装线路可控避雷针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，保障了线路、设备安全。

由于安装避雷器使得杆塔和导线电位差超过避雷器的动作电压时，避雷器就加入分流，保证绝缘子不发生闪络。

加装线路可控放电避雷针以后，当输电线路遭受雷击时，雷电流的分流将发生变化，一部分雷电流从避雷线传入相临杆塔，一部分经塔体入地，当雷电流超过一定值后，避雷针动作加入分流。

大部分的雷电流从可控避雷针流入导线，传播到相临杆塔。

雷电流在流经避雷线和导线时，由于导线间的