输电线路的防雷毕业设计Word格式文档下载.docx

1、第二是感应雷。它可分为静电感应与电磁感应。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。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10

2、0KV。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危与电视、与联网微机等弱电设备。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围出现的闪电能量按照人们

3、设计的通道泄入到中去。把一定保护围的电放电捕获到，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，其功能就是把闪电电流引导入。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、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

4、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

5、路上产生的过电压波沿着这些导线进入室或设务时，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网、箔、壳、管等导体把需要保护的对象包围起来，阻隔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

6、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累积概率分布给出了计算式。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106个雷击塔顶的雷电流幅值测试数据推出的概率分布公式为lgP=-I/87.6 （1）式中，I为雷电流，kA;P为雷电流超过I的累积概率。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公

7、式：=-I/88 （2）对除陕南以外的西北地区、自治区的部分地区（这类地区的平均年雷暴日数一般在20与以下）的雷电流幅值的累积概率分布公式，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50KA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。11地面落雷密度和线

8、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=0.090.1。在国外最小值为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35220KV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

9、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1km21年的雷击数。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24；hb为避雷线平均高度，m。我国以前的标准沿袭前联的规定，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。从原理与其，与运行经验的对照关系考虑，本文推荐采用IEEE输电线路雷电

10、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3.003.52）比较，表明式（5）是可用的。12有避雷线线路雷击塔顶时线路绝缘上所受电压的计算方法以前的标准：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

11、于杆塔横担处，所以绝缘子串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指标。式（7）已被新标准3采用。13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

12、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110500KV线路耐雷水平和雷击跳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）以与线路雷击跳闸次数计算方法计算出的跳闸次数与运行经验统计值基本相当。这说明本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

13、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：14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110500KV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

14、与杆塔接地电阻的关系系统标称电压/KV110220500接地电阻/7153050耐雷水平/kV63.440.724.315.8110.275.747.732176.7125.481.255.2P1/%1934.552.966.15.613.828.743.30.983.811.923.6相对危险因数1.01.83.512.55.17.73.912.124.1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

15、“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

16、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。ZnO阀片具有非常优异的非线性特性，在较训电压下电阻很小很小，可以泄放大量雷电流残压很低，

17、在电网运行电压下电阻很大很大，泄漏电流只有50150A,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氧化锌避雷器，运行实践表明，它有损坏爆炸率高，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335KV系统串联间隙氧化锌避雷器才是当代最先进防雷电器。4根据作原理的不同，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

18、种方法造价高，效果好，目前110KV与以上线路与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与安装杆塔的高度，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

19、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与以上线路比较适宜。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，涉与对导线弧垂的调整。E、加装可控放电避雷针。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围不足。5架设耦合地线的防雷效果表2 几条有耦合线线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/100km架耦合线后运行/km有耦合线与无耦合线的跳闸率对比ne/n220KV

20、某线（Td=82）86.2（1961.011969.05;1971.081972.09）6812.49（1964.011972.09）3451.160.455220KV华东某一回线（Td=60）49.2（1960.091964.12）1994.01（1965011972.09）3882.570.64110KV某线（Td=70）29（1960.031972.09）2196.4（19651972.09）1143.470.54注：若无耦合线期间扣去线睡运行初期（1961.011963.12），则为419kma，ne/n=0.44。若无耦合线期间只计19651972年，则为82.8kma，n=9.7，

21、ne/n=0.40。一是增大避雷线与导线之间的耦合系数，从而减少绝缘子串两端电压的反击电压和感应电压的分量；现从运行经验来观察其防雷效果。表2为我国部分有耦合地线线路的运行结果汇总11。将上述3条线路平均，ne/n=0.54或ne=1.84：1。即架耦合线后，跳闸率降低46%。此外，澳大利亚在一条几百km长的330KV线路上，全线架设了耦合线，在一条双回路330KV线路上也架设一根耦合线来提高耐雷性（1968年国大电网会议报告第33-04号）。意大利的文献也认为架设耦合线是有效的。6同杆双回线路不平衡绝缘的防雷效果同杆双回线路因线路走廊占地少，近年来有一定发展。但因导线垂直排列，相塔较高，线路

22、反击耐雷水平一般比同电压等级、导线水平排列的线路要低。国外此种线路的运行经验表明，会产生同塔双回线路的绝缘子相继反击的现象，从而造成双回路同时跳闸。日本曾在这种线路上采用过不平衡绝缘技术（一回线路绝缘较正常的另一回降低20%30%）。但运行经验表明，此种作法效果不大。我们曾就另一种不平衡绝缘技术（一回线路比正常绝缘的另一回线路增加部分绝缘），对某110KV同杆双回线路，应用自编程序进行过研究。该110KV同杆双回线路原均采用110KV合成绝缘子。对不平衡绝缘的作法是，在某一回线上每相再加2片玻璃绝缘子（LXP-70）。，根据实测的线路绝缘雷电冲击放电电压，对ZGU1-15型塔采用不平衡绝缘后线

23、路的雷击反击闪络概率进行了统计计算给出山了如表3所示的具体结果。表3 雷击塔顶时线路绝缘闪络概率冲击接地电阻/平衡绝缘不平衡绝缘绝缘效果（2）（1）/（1）第1回第2回0.200.140.019-86.40.330.270.066-75.60.480.420.11-73.8*两回线路绝缘子50%雷电放电电压相差24%。上述结果表明，不平衡绝缘方式下双回线路同时闪络的概率较目前平衡绝缘方式下有降低。杆塔接地电阻越少，效果越大。研究结果显示，在同杆双回线路的一回线路上增加绝缘子，确实可使双回线路同时跳闸的概率降低，但无法完全消除同时跳闸事故。7线路避雷器的防协保护效果与其应用的若干建议运行经验表明

24、，防止输电线路雷击闪络的常规措施效果是有限的。然而在应用了线路金属氧化物避雷器后，却出现了重要的变化。国外工程实践表明，线路防雷用金属氧化物避雷器无论在防止雷直击导线方面还是在雷击塔顶或避雷线时的反击方面都是非常有效的。1980年美国AEP和GE公司开始开发线路防雷用MOA。75支138KV避雷器于1982年开始在杆塔接地电阻一般为110（最大的194）的25个杆塔上试运行。取得了在这瞟杆塔上从未出现过的防国击闪络的良好效果12，13。在日本，1986年开发出带串联间隙的线路MOA。1988年275KV合成绝缘子线路MOA也已在双回线路上运行。为防止同杆双回500KV线路的双回路线同时雷击闪络

25、，从1990年开始500KV线路MOA安装在双回线路的某一回线上运行。据统计，截止到1993年，在66、77、275和500KV线路上运和的线路MOA已达30000支,且均取得良好的效果。日本在分析77KV线路各种防雷措施的效果时指出14：增加绝缘、架设耦合地线和减少杆塔接地电阻，只能便跳闸次数分别降至62%、56%和45%。但安装了线路金属氧化物避雷器后则可消除雷击跳闸事故。我国220KV谏奉线15在长江大跨越段在跨越塔2基、耐塔2基，总长2.338km。原为单回路，改成双回路后，顶端原两根避雷线改为运行的相线，成为无避雷线的双回路跨江段。1989年5月到1996年11月，在2基高塔顶上两相

26、导线与横担之间安装了MOA（具有0.5m串联空气间隙）。其间，所装4支MOA共动作6相次，线路均未发生闪络，开创了我国长江流域220KV线路无避雷线运行的先河。我院曾对110、220KV有避雷线线路应用线路避雷器的防雷效果进行过计算研究16。未安装线路避雷器时220KV线路反击耐雷水平仅为32KA（杆塔接受能力电阻50）。有线路避雷器时为350KA以上。如以前者相应概率下的相对危验因数为1.0，则后者比0.0001还要小，即根本不会发生闪络。为了充分利用有限的资金获得较好的效益，根据线路雷击特点，建议线路避雷器优先安装在下列杆塔：山区线路易击段易击点9的杆塔；山区线路杆塔接地电阻超过100且发

27、生过闪络的杆塔；水电站升压站出中线路路接地电阻大的杆塔；大跨越高杆塔；多雷区双回路线路易击段易击点的一回线路。8小总结（1）根据对我国不同年平均雷暴日地区输电线路雷击跳闸情况的分析，并参照国外的研究成果，可以认为：地面落雷密度r与年平均雷暴日数Td呈非线性关系；线路因地形地貌影响呈现出明显的选择性，会形成易击段易击点。因此，地于Td较高地区的线路以与频发雷击闪络线路上的易击段易击点，采取有效的防雷保护措施是非常必要的。（2）输电线路常规的防雷保护措施仅能部分的减少线路雷击跳闸次数，为大幅度降低或消除线路雷害事故，必须采取更有效的新措施。（3）线路防雷用金属氧化物避雷器可以防止雷直击导线或雷击塔顶、避雷线后绝缘子的冲击闪络，从而可以根本上消除线路雷击跳闸。（4）为充分利用有限资金以求得最佳效益，应根据运