220kv輸電線路防雷設(shè)計.doc

目錄 1 目錄 摘要 2 ABSTRACT 3 第一章 緒論 4 1 1 輸電線路防雷設(shè)計的意義 4 1 2 輸電線路防雷設(shè)計的研究現(xiàn)狀 4 1 3 本文工作及章節(jié)安排 5 第二章 輸電線路的雷電防護(hù) 6 2 1 雷擊輸電線路的原理 6 2 1 1 雷電放電的過程 6 2 1 2 雷電參數(shù) 7 2 2 輸電線路雷擊過電壓的計算 10 2 2 1 感應(yīng)雷過電壓計算 10 2 2 2 直擊雷過電壓計算 11 2 3 輸電線路耐雷水平的計算 14 2 3 1 繞擊耐雷水平計算 14 2 3 2 反擊耐雷水平計算 14 2 4 輸電線路雷擊跳閘率的計算 15 2 4 1 雷擊桿塔的跳閘率 15 2 4 2 雷擊導(dǎo)線的跳閘率 16 第三章 輸電線路的基本防雷措施 17 3 1 架設(shè)避雷線 17 3 2 提高線路絕緣水平 17 3 3 降低桿塔接地電阻 18 3 4 雙回輸電線路采用不平衡絕緣 19 3 5 裝設(shè)線路避雷器 20 3 6 裝設(shè)自動重合閘裝置 20 第四章 220kV 輸電線路的防雷設(shè)計 22 4 1 避雷線的設(shè)計 22 4 2 絕緣配合與防雷接地 23 4 3 設(shè)計舉例 23 第五章 變電所的進(jìn)線段保護(hù) 26 5 1 避雷器雷電流計算 26 5 2 侵入波陡度的衰減計算 27 結(jié)論 28 參考文獻(xiàn) 29 致謝 30 摘要 2 摘要 架空輸電線路是整個電力系統(tǒng)中的重要組成部分 由于架空輸電線路分布 在曠野 縱橫交錯 且處于懸空狀態(tài)故極易受到外界環(huán)境的影響和損害 其中 最主要的一個方面就是雷電影響 雷擊輸電線路造成的跳閘事故 在電網(wǎng)總事 故中占很大比例 據(jù)統(tǒng)計 雷擊跳閘占總跳閘次數(shù)的 40 70 同時 當(dāng) 雷電波侵入變電所時 還會造成變電所內(nèi)電氣設(shè)備的損害 因此 為了盡可能 降低輸電線路因雷擊而引起跳閘停電事故 避免造成重大損失 必須采取適當(dāng) 的防雷措施 做好防雷設(shè)計工作 本文通過學(xué)習(xí)防雷保護(hù)的原理和各種防雷措 施 學(xué)習(xí)了各電壓等級的防雷原則 專門對 220kV 電壓等級的單回輸電線路和 同塔雙回輸電線路進(jìn)行了防雷設(shè)計研究 并且對變電所進(jìn)線段的防雷也做了簡 單的設(shè)計 關(guān)鍵字 架空線路 220kV 防雷設(shè)計 摘要 3 ABSTRACT 4 ABSTRACT Overhead transmission line is one of the most important part of electric power system Because the impractical transmission line distributes in wilderness spreads across therefore also is at the hanging condition extremely easy to receive the external environment the influence and the harm among a most main aspect is the thunder and lightning influence Tripping Accident by lightning strikes the transmission line Accounts for the very great proportion in the power grid total acciden According to statistics the lightning trip accounting for 40 to 70 of the trip the number of total acciden At the same time when the lightning wave invades the transformer substation but also can create in the transformer substation the electrical equipment harm Therefore in order to reduce the transmission lines trip caused by lightning strikes as far as possible and avoids causing the heavy losses Must take appropriate lightning protection measures and do a good job in mine design Through the study of lightning protection principles and a variety of lightning protection measures learn the principle of the voltage level of mine mine design studies dedicated to 220kV voltage level of the single circuit transmission lines and tower double circuit transmission lines andsimple design for substation line of lightning Keywords overhead line 220kV lightning protection design 第一章 緒論 5 第一章 緒論 1 1 輸電線路防雷設(shè)計的意義 雷電是一種自然現(xiàn)象 我國雷電分布特點是 夏季多于春秋季 山區(qū)多 余平原 南方多余北方 雷電電壓高達(dá)數(shù)百萬伏 瞬間電流可高達(dá)十萬安培 因此 一次雷電雖然只有 0 01 秒左右的放電時間 但其釋放出的能量和造成的 破壞卻是驚人的 輸電線路是電力系統(tǒng)的大動脈 它將巨大的電能輸送到四面八方 是連接 各個變電站 各重要用戶的紐帶 輸電線路的安全運行 直接影響到了電網(wǎng)的 穩(wěn)定和向用戶的可靠供電 因此 輸電線路的安全運行在電網(wǎng)中占據(jù)舉足輕重 的地位 是實現(xiàn) 強(qiáng)電強(qiáng)網(wǎng) 的需要 也是向工農(nóng)業(yè)生產(chǎn) 廣大人民生活提供 不間斷電力的需要 由于我國地處溫帶 部分地區(qū)屬于亞熱帶氣候 所以雷電活動比較強(qiáng)烈 漫長的輸電線路穿過平原 山區(qū) 跨越江河湖泊 遇到的地理條件和氣象條件 各不相同 所以遭受雷擊的機(jī)會較多 據(jù)統(tǒng)計 我國電力系統(tǒng)各類事故 障礙 統(tǒng)計中 輸 配電線路的雷害事故占有很大的比例 大約占到 60 以上 由 于輸電線路對于保 網(wǎng) 的重要地位 如何減少輸電線路的雷害事故成為電力 系統(tǒng)安全穩(wěn)定運行的一項重要課題 輸電線路雷害事故引起的條咋 不但影響電力系統(tǒng)的正常供電 增加輸電 線路及開關(guān)設(shè)備的維修工作量 而且由于輸電線路上的惡落雷 雷電波還會沿 線路侵入變電所 而在電力系統(tǒng)中 線路的絕緣最強(qiáng) 變電所次之 發(fā)電機(jī)最 弱 若發(fā)電廠 變電所的設(shè)備保護(hù)不完善 往往會引起其設(shè)備絕緣損壞 影響 安全供電 由此可見 輸電線路的防雷是減少電力系統(tǒng)雷害事故及其所引起電 量損失的關(guān)鍵 做好輸電線路的防雷設(shè)計工作 不僅可以提高輸電線路本身的 供電可靠性 而且可以使變電所 發(fā)電廠安全運行得到保障 1 2 輸電線路防雷設(shè)計的研究現(xiàn)狀 國內(nèi)外高壓 超高壓線路運行經(jīng)驗表明 線路絕緣閃絡(luò)主要是工作過電壓 及雷擊閃絡(luò) 而雷擊閃絡(luò)又占 60 70 即雷害是造成線路故障的主要原因 我國輸電線路防雷設(shè)計主要從以下幾個方面著手進(jìn)行 1 選擇合理的輸電線路架設(shè)路徑 2 架設(shè)避雷線 3 降低桿塔接地電阻 4 在部分地段裝設(shè)線路避雷器 第一章 緒論 6 5 提高線路絕緣水平 現(xiàn)代國內(nèi)外輸電線路防雷最常用的措施是架設(shè)避雷線 通常來說 線路電壓越 高 采用避雷線的效果越好 而且避雷線在線路造價中所占的比重越低 標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定 220kV 及以上等級的輸電線路應(yīng)全線架設(shè)避雷線 110kV 線路一般也應(yīng)全 線架設(shè)避雷線 35kV 線路不宜全線架設(shè)避雷線 一般在變電所的進(jìn)線段架設(shè) 1 2km 的避雷線 同時按照要求做好桿塔的接地 為了提高避雷線對導(dǎo)線的屏 蔽效果 減小繞擊率 避雷線對導(dǎo)線的保護(hù)角盡量做的小一些 一般采用 20 30 由于線路絕緣具有自恢復(fù)性能 大多數(shù)雷擊造成的閃絡(luò)事故在線路跳 閘后能自動消除 據(jù)統(tǒng)計 我國 110kV 及以上的高壓線路重合閘成功率達(dá) 75 95 因此 各個電壓等級的架空線路上都安裝了自動重合閘裝置 由于雷電現(xiàn)象的復(fù)雜性和雷電活動的分散性 雷擊幾率受制約因數(shù)的多樣 性 它的危害不可能完全消除和避免 我們只能不斷努力探索和嘗試 使危害 程度降到最低限度 1 雷電危害與氣候 環(huán)境 地質(zhì) 設(shè)備等多種因素有關(guān) 因此 防雷工作應(yīng) 深入一線 掌握現(xiàn)場第一手資料 要有針對性地采取綜合防雷措施 2 防雷技術(shù)措施的實施 要進(jìn)行技術(shù)經(jīng)濟(jì)綜合比較 合理選擇 已運行線路 還可能受桿塔結(jié)構(gòu)強(qiáng)度 高度等條件的影響 因此應(yīng)從實際出發(fā) 3 任何防雷措施 設(shè)施都不能一勞永逸 要不斷完善 勤于運行維護(hù)和檢修 才能充分發(fā)揮其作用 4 線路設(shè)計前期 對于路徑沿線氣候 地形地貌 地質(zhì)情況 已運行線路雷 害情況應(yīng)收集細(xì)致 完整的資料 對土壤電阻率等盡可能予以實測 1 3 本文工作及章節(jié)安排 本文從電力系統(tǒng)特別是輸電線路防雷的重要性和目前的防雷研究現(xiàn)狀出發(fā) 首先講述了雷擊輸電線路的基本原理 包括雷電放電的過程和常見常用的雷電 參數(shù) 在第二章中 對輸電線路雷擊過電壓 輸電線路的耐雷水平和雷擊跳閘 率的計算作了詳細(xì)的介紹 第三章介紹了輸電線路防雷設(shè)計的常用的方法和各 種電壓等級防雷設(shè)計的原則 第四章是本設(shè)計的主要章節(jié) 在此章中對 220kV 電壓等級的輸電線路防雷做了詳細(xì)的研究和設(shè)計 并且做了可行性分析和設(shè)計 性能的計算 因為輸電線路是連接在發(fā)電廠 變電所和用戶之間傳輸部分 所 以變電所的進(jìn)線段的防雷設(shè)計也是本文的工作之一 在第五章中設(shè)計者也做了 研究工作 最后作者對本文做了一個設(shè)計總結(jié) 對設(shè)計的心得和研究結(jié)論做了講述 第一章 緒論 7 第二章 輸電線路的雷電防護(hù) 8 第二章 輸電線路的雷電防護(hù) 2 1 雷擊輸電線路的原理 雷電放電是一種氣體放電現(xiàn)象 實測表明 當(dāng)云中某一電荷密集中心處的 場強(qiáng)達(dá)到 25 30kV cm 時 就可能引發(fā)雷電放電 雷電有幾種不同的形式 例 如線狀雷電 片狀雷電 球狀雷電等 在電力系統(tǒng)中絕大多數(shù)雷害事故都是 云 地 之間的線狀雷電所造成的 所以 在此主要介紹此種雷電 2 1 1 雷電放電的過程 在實際的經(jīng)驗和測驗中 人們已獲得 云 地 之間線狀雷電的大量照片和 示波圖 由此可以了解此種雷電發(fā)展的一般過程 如圖 2 1 所示 一般一次雷 擊分為先導(dǎo)階段 主放電階段和余輝階段三個主要階段 圖 2 1 雷電放電的發(fā)展過程和如地電流波形 1 1 先導(dǎo)放電先導(dǎo)放電 雷云下部伸出微弱發(fā)光的放電通道向地面的發(fā)展過程是分級推進(jìn)的 每級 的平均長度大于為 25 50m 每兩級之間約停歇 30 90 s 下行的平均速度大 約為 0 1 0 8m s 在先導(dǎo)放電階段 出現(xiàn)的電流還不大 僅約為數(shù)十至數(shù)百 安培 2 主放電和迎面流注階段主放電和迎面流注階段 當(dāng)先導(dǎo)接近地面時 因周圍電場強(qiáng)度達(dá)到了能使空氣電離的程度 在地面 或突出的接地物體上形成向上的迎面先導(dǎo) 也稱迎面流注 當(dāng)它與下行先導(dǎo) 相遇時 進(jìn)入了第二個階段 也就是主放電階段 出現(xiàn)了強(qiáng)烈的電荷中和過程 伴隨著雷鳴和閃光 主放電的時間極短 只有 50 100 s 放電發(fā)展速度為 50 100m s 電流幅值高達(dá)數(shù)十甚至數(shù)百千安培 第二章 輸電線路的雷電防護(hù) 9 3 余輝階段余輝階段 主放電完成之后 云中剩余電荷沿著導(dǎo)電通道開始流向大地 這一階段稱 放電的余輝 或余光 階段 電流約為數(shù)百安培 持續(xù)時間約 0 03 0 15s 云中的電荷主要是在這一階段泄入大地 雷云放電往往是多重的 如圖 2 1 所 示 即有重復(fù)雷擊和箭狀先導(dǎo)發(fā)生 由于有多個電荷中心 有某一個電荷中心開始的先導(dǎo)放電到達(dá)地面后 它 的電位變?yōu)榱汶娢?其余的電荷中心與它之間有很大的電位差 利用已有的主 放電通道又發(fā)生對地放電 造成多重雷擊 兩次放電時間間隔約為 0 03s 由 于原放電路徑已游離 所以它無分支 不分級 自上而下地連續(xù)發(fā)展 稱之為 箭狀先導(dǎo) 重復(fù)雷的持續(xù)時間 對于正確選定自動重合閘時間有著重要的意義 一般有 30 80 的雷暴至少有第二次重復(fù)雷擊 第二次及以后的放電電流一般 較小 不超過 30kA 2 1 2 雷電參數(shù) 在雷電過電壓計算和防雷設(shè)計中 需要各種雷電參數(shù) 參數(shù)的變化也會導(dǎo) 致計算結(jié)果的改變 人們就應(yīng)該參考計算結(jié)果來改變防雷措施 當(dāng)前采用的雷 電參數(shù)是建立在長時間雷電觀測數(shù)據(jù)上的基礎(chǔ)上的 這些參數(shù)有 一 雷暴日 一 雷暴日 T Td d 雷暴小時 雷暴小時 T Th h 和地面落雷密度和地面落雷密度 雷暴日或雷暴小時是某一地區(qū)多年統(tǒng)計得出的平均值 是為了評價此地區(qū) 雷電活動的強(qiáng)度 定義一天中或一個小時內(nèi)只要聽到雷聲 就算一個雷暴日或 一個雷暴小時 據(jù)計測 一個雷暴日約折合三個雷暴小時 雷暴日的分布主要與地理位置有關(guān) 一般地 熱而潮濕大的地區(qū)多于冷而 干燥的地區(qū) 陸地多于海洋 山區(qū)多于平原 整個地球上 赤道附近是雷電最 頻繁的地區(qū) 在我國 全國年平均雷暴日約為 80 日 我國相關(guān)規(guī)程規(guī)定 雷暴 日等于或少于 15 的地區(qū)稱少雷區(qū) 雷暴日多于 40 的稱為多雷區(qū) 90 雷暴日以 上的為特殊強(qiáng)雷區(qū) 在電力系統(tǒng)防雷措施設(shè)計中 應(yīng)充分考慮此地區(qū)的雷暴日 因地制宜 在雷暴小時或雷暴日的統(tǒng)計中 并沒有區(qū)分雷云對地的放電與雷云之間的 放電 只有雷云對地放電的落地雷會對供電系統(tǒng)造成過電壓的危害 所以 需 要另外一個表征參數(shù) 即地面落雷密度 它定義在每一雷暴日 每平方公里地 面所受的平均雷擊地面次數(shù) 用 表示 根據(jù)我國的實測結(jié)果 規(guī)程上建議地 面落雷密度取 0 07 但不同的地理位置和條件下 的值會有所變化 在 電力系統(tǒng)選線選廠時 應(yīng)注意盡量避開落雷密度高的區(qū)域 二 雷電流 二 雷電流 第二章 輸電線路的雷電防護(hù) 10 1 1 雷電流幅值 雷電流幅值 I I 雷電流強(qiáng)度的指標(biāo)用雷電流幅值表達(dá) 由于雷電流是產(chǎn)生雷擊過電壓的主 因 因此它是重要的雷電參數(shù) 雷擊某一物體時 會產(chǎn)生電流 其值與其波阻 抗有關(guān) 波阻抗越小 產(chǎn)生的電流越大 當(dāng)波阻抗為零時 所產(chǎn)生的電流定義 為 雷電流 但是實際上波阻抗不可能為零 因此 規(guī)程規(guī)定 雷擊于接地電 阻 30 的物體時 流過雷擊點的電流就是雷電流 圖 2 2 我國雷電流幅值概率曲線 圖 2 2 是我國目前一般地區(qū)根據(jù)常年實測整理出的雷電流幅值超過 I 的概 率曲線 用經(jīng)驗公式可表示為 P 2 88 I 1 式中 I為雷電流幅值的數(shù)值大小 單位為 kA P為雷電流超過幅值I的概率 部分地區(qū)的平均雷暴日只有 20 或者更少 則雷電流幅值也較小 此時公式 為 P 44 I 2 2 雷電流的波前時間 雷電流的波前時間 T T1 1 波長 波長 T T2 2 陡度 陡度 a a 據(jù)實測 雷電流的波前時間大多為 1 4 s 內(nèi) 平均為 2 6 s 左右 波長為 20 100 s 內(nèi) 我國規(guī)程規(guī)定防雷設(shè)計中采用 2 6 40 s 的波形 其中 波長對防 雷計算幾乎沒有影響 一般可當(dāng)做波長為無限長 雷電流上升的陡度是由其幅值和波前時間決定的 陡度即為電流隨時間的 變化率 雷電流的陡度對過電壓計算有直接影響 是一個比較重要的參數(shù) 雷 電流波前的陡度平均計算公式為 a 2 6 2 I 2 式中 雷電流陡度 a 單位是 kA s 一般認(rèn)為陡度為 50kA s 時是最大極限值 第二章 輸電線路的雷電防護(hù) 11 3 3 雷電流極性及等值計算波形雷電流極性及等值計算波形 各種實測結(jié)果表明 75 90 的雷電流為負(fù)極性的 且沖擊過電壓為負(fù) 極性時波沿線路傳播時衰減小 所以 在防雷設(shè)計的分析中一般按照負(fù)極性進(jìn) 行研究 為了方便處理 在電力系統(tǒng)的防雷設(shè)計計算中 常要求用公式描述雷電流 波形 經(jīng)典型化和簡化以后 得到下面常用的三種計算波形 如圖 2 3 所示 圖 2 3 雷電流的等值波形 圖 2 3 a 是由雙指數(shù)公式表示的標(biāo)準(zhǔn)沖擊波形 2 0 tt eeIi 3 式中 I0為某一個固定電流值 為兩個常數(shù) t 為作用時間 這種等值計 算波形表示雖然與實際雷電流波形最接近 但是比較繁瑣 當(dāng)被擊線路的阻抗是純電阻 R 時 R 上的電壓和電流波形是相同的 沖擊 絕緣強(qiáng)度試驗電壓波形也用雙指數(shù)波形 它的標(biāo)準(zhǔn)波前和波長為 1 2 50 s 圖 2 3 b 是斜角平頂波 它的雷電流幅值 I 和波前時間決定了其陡度 a 斜 角波是最簡單的數(shù)學(xué)表達(dá)式 便于用來研究與雷電流波前相關(guān)的波過程 且發(fā) 生于 10 s 以內(nèi)的各波過程用此波形分析 有很好的等值性 圖 7 3 c 是等值半余弦波 雷電流波前的部分與半波余弦接近 公式表達(dá) 為 2 cos1 2 t I i 4 式中 I雷電流幅值單位為 kA 為角頻率 1 T 此種波形用于分析雷電流通過電感支路引起的壓降時比較方便 在設(shè)計特 高桿塔時為了使計算更加接近于實際 也采用此波形表示 三 雷道波阻抗 三 雷道波阻抗 0 Z 第二章 輸電線路的雷電防護(hù) 12 雷電主放電時相當(dāng)于導(dǎo)體的就是雷電通道 它有一個等值波阻抗 就是雷 道波阻抗 即解釋為主放電過程可以看做一個電流波沿著波阻抗為的雷電 0 Z 0 Z 通道投射到雷擊點 A A 的波過程 假設(shè)電流入射波為 則電壓入射波對應(yīng)的就 0 I 是 根據(jù)我國理論研究和實測分析 規(guī)程建議取值 300 000 Ziu 0 Z 2 2 輸電線路雷擊過電壓的計算 輸電線路在遭受雷擊時產(chǎn)生雷擊過電壓 這是對線路乃至整個輸配電系統(tǒng) 產(chǎn)生危害的主要原因 在防雷設(shè)計中 必須進(jìn)行研究分析 雷擊線路產(chǎn)生的過 電壓可分為兩種 1 感應(yīng)雷過電壓 2 直擊雷過電壓 下面從這兩種情況進(jìn)行分 析 2 2 1 感應(yīng)雷過電壓計算感應(yīng)雷過電壓計算 1 1 感應(yīng)雷過電壓的產(chǎn)生 感應(yīng)雷過電壓的產(chǎn)生 在雷云接近架空線路上空時 輸電線路正處于地面和雷擊與先導(dǎo)通道構(gòu)成 的電場中 因為靜電感應(yīng) 在輸電線表面場強(qiáng)E E的切向分量的作用下 與雷 x E 云異號的正電荷被吸引到靠近先導(dǎo)通道的一段導(dǎo)線上形成束縛電荷 而導(dǎo)線中 的負(fù)電荷則被排斥到導(dǎo)線兩側(cè)的遠(yuǎn)方或經(jīng)中性點流入大地 如圖 2 4 a 所示 圖 2 4 感應(yīng)雷過電壓形成圖 由于主放電的發(fā)展速度遠(yuǎn)大于先導(dǎo)放電的發(fā)展速度 這些電荷在導(dǎo)線中的 移動速度較慢 由此引起的電流也較小 相應(yīng)產(chǎn)生的電壓波可以忽略不計 由 此可見 在先導(dǎo)放電階段導(dǎo)線上的電位基本不變 如圖 2 4 b 所示 開始主放電以后 先導(dǎo)通道中的負(fù)電荷自下而上被快速 中和 因雷擊而造成的靜電場突然消失 導(dǎo)線上的束縛電荷此時變成了自由電 荷 形成電壓波 并且向?qū)Ь€兩側(cè)迅速傳播 此時由于先導(dǎo)通道中突然中和電 第二章 輸電線路的雷電防護(hù) 13 荷而引起的感應(yīng)過電壓就是雷擊感應(yīng)過電壓的靜電分量 此外 雷擊感應(yīng)過電 壓還有一個電磁分量 由于輸電線與主放電通道基本垂直 所以 電磁分量較 小 設(shè)計和計算時 只需要考慮其靜電分量就可以 2 2 無避雷線時的感應(yīng)雷過電壓無避雷線時的感應(yīng)雷過電壓 根據(jù)理論分析和實測結(jié)果 我國規(guī)程建議 當(dāng)雷擊點離開線路的水平距離 65m 時 導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓最大值可按下式計算d i U 2 d h IU c i 25 5 式中 I 雷電流幅值 kA d 雷擊點與導(dǎo)線的水平距離 m hc 導(dǎo)線對地的平均高度 m 實測表明 感應(yīng)雷過電壓的幅值大約為 300 400kV 在 35kV 及以下的水 泥桿塔線路可能會出現(xiàn)閃絡(luò)事故 而 110 及以上的絕緣水平較高的輸電線路 則一般不會引起威脅 50m 時 產(chǎn)生的感應(yīng)過電壓與輸電線的平均高度成正比 當(dāng)無避雷線時 d 感應(yīng)雷過電壓的計算可按照公式 2 6 計算 2 ci ahU 6 式中 感應(yīng)過電壓系數(shù) kV m 其數(shù)值上 2 6 aaI 3 3 有避雷線時的感應(yīng)過電壓有避雷線時的感應(yīng)過電壓 設(shè)導(dǎo)線和避雷線的對地平均高度分別為和 若避雷線不接地 根據(jù)式 c h b h 2 7 可求得避雷線和導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓分別為和 即 b U i U d h IU b b 25 2 7 b d b c i h h U d h IU 25 避雷線接地時 避雷線與大地連接保持地電位 電位為 0 可以假設(shè)為避 雷線上再疊加了 的感應(yīng)電壓 在導(dǎo)線上耦合電壓為 導(dǎo)線上的實際感 i U b U b kU 應(yīng)電壓 2 8 ii d b bii UkU h h kkUUU 1 1 第二章 輸電線路的雷電防護(hù) 14 2 2 2 直擊雷過電壓計算 架設(shè)有避雷線的輸電線路遭受雷電直擊可分為三種情況 即雷直擊桿塔塔 頂 雷擊避雷線和雷繞過避雷線直擊輸電線 第三種也稱為 繞擊 如圖 2 5 所示 圖 2 5 雷擊有避雷線輸電線路的情況 1 1 雷擊桿塔塔頂時的過電壓雷擊桿塔塔頂時的過電壓 一般地輸電線路的塔頂處于架空線路的最高位置 是最容易引起雷擊的地 方 雷擊塔頂時 大部分的雷電流經(jīng)過被擊桿塔及其接地部分 接地電阻 流 入大地 另一小部分電流流經(jīng)避雷線由相鄰桿塔入地 圖 2 6 給出了雷擊桿塔 塔頂?shù)牡戎惦娐穲D 第二章 輸電線路的雷電防護(hù) 15 圖 2 6 雷擊桿塔塔頂?shù)戎惦娐?桿塔的接地電阻較小 從接地點反射回來的電流會立即到達(dá)塔頂 入射 i R 電流因此加倍 即注入線路的總電流就是雷電流 i 由于避雷線的分流作用 流經(jīng)桿塔的電流會略小于雷電流 即 應(yīng)該乘以i 一個系數(shù) 桿塔分流系數(shù) 值約為 0 86 0 92 不同電壓等級和避雷線架設(shè)方法的 值不同 如表 2 1 可查找 表 2 1 一般長度檔距的線路桿塔分流系數(shù) 值 線路額定電壓 kV避雷線根數(shù) 值 110 220 330 500 1 2 1 2 2 2 0 90 0 86 0 92 0 88 0 88 0 88 在工程計算中 一般認(rèn)為雷電流為斜角平頂波 波前時間取 2 6 s 于 1 T 是 I 2 6 用集中參數(shù)電感和代替桿塔和避雷線的電感 為桿塔接地 t L b L i R 電阻 則塔頂電位的計算公式為 2 dt di LRi dt di LiRu L tiL t ttitop 9 以 代入 2 9 式 求得塔頂電位幅值為 dt diL 6 2 I T I top U 2 top U 6 2 ti LRI 10 無避雷線時 式中 為 1 說明由于避雷線的分流作用 使得雷擊桿塔塔 頂時的電位降低 2 2 雷擊避雷線時的過電壓雷擊避雷線時的過電壓 第二章 輸電線路的雷電防護(hù) 16 圖 2 7 雷擊避雷線示意圖 如圖 2 7 中所示 雷擊避雷線的 A 點過電壓的產(chǎn)生為 避雷線雷擊點 A 的電壓 b b L b gA ZZ ZZ i Z iU 0 0 22 雷擊點最高點電位出現(xiàn)在從桿塔反射回來的負(fù)電壓波到達(dá)時刻 此時雷電流 間隙 S 承受的最大電壓 b V L L aati 2 1 2 0 0 k ZZ ZZL kUUU b b b AAd 11 3 3 雷擊導(dǎo)線 繞擊時的過電壓雷擊導(dǎo)線 繞擊時的過電壓 線路雖然裝設(shè)了避雷線 仍會出現(xiàn)雷電繞過避雷線直擊于輸電線的可能 即使這種繞擊導(dǎo)線的概率很小 如果一旦發(fā)生 也會引起線路上發(fā)生閃絡(luò) 各種實測 運行經(jīng)驗以及模擬實驗表明 繞擊概率與桿塔高度 避雷 a Ph 線對邊導(dǎo)線的保護(hù)角 和線路所處于的地理位置有關(guān) 規(guī)程建議計算的公式 a P 為 平原線路 2 9 3 86 lg h P 12 山地線路 2 35 3 86 lg h P 13 式中 單位度 單位米 m h 當(dāng)雷電流繞擊輸電線后 會沿著導(dǎo)線向兩側(cè)流動 如果雷電通道的波阻抗 第二章 輸電線路的雷電防護(hù) 17 為 雷擊點兩側(cè)輸電線的并聯(lián)波阻抗為 如圖 2 8 a 所示 建立等值 0 Z2Z 電路如圖 2 8 b 雷擊點 A 的過電壓為 2 14 422 IZZI UA 2 3 輸電線路耐雷水平的計算 2 3 1 繞擊耐雷水平計算 由上一節(jié)式 2 14 可知 雷擊輸電線的過電壓與雷電流成正比 如果此時過 電壓大于線路絕緣所能承受的電壓 就會發(fā)生沖擊閃絡(luò) 由此可得出線路在繞 擊時的耐雷水平 100 50 2 U I 2 15 式中 耐雷水平的單位為 KA 它在數(shù)值上等于 單位為 kV 沖放電壓 2 I 50 U 的 1001 繞擊線路的耐雷水平很低 經(jīng)驗和實測總結(jié)各電壓等級的繞擊耐雷水平為 500kV 線路為 27 4kA 220kV 線路為 12kA 110kV 線路為 7kA 因此規(guī)程規(guī)定 110kV 以上線路要求全線架避雷線 對于 35kV 及以下的線路一般不架設(shè)避雷線 則線路不純在繞擊問題 對于其雷直擊導(dǎo)線的過電壓和耐雷水平同樣可以用上 述公式計算 2 3 2 反擊耐雷水平計算 當(dāng)塔頂電位為時 避雷線與塔頂相連 因此具有相同的電位 由于 top u top u 避雷線與輸電線之間的耦合作用 輸電線上將產(chǎn)生耦合電壓 為考慮有 top kuk 電暈影響的耦合系數(shù) 另外 由于雷電流通道上的電磁場作用 在導(dǎo)線上也 會有感應(yīng)過電壓 前者與雷電流 極性相同 后者與雷電流極性相 1 c g c h h kah 反 于是 如果認(rèn)為輸電線上電位的幅值為 gc hh 2 1 21 khkUUUU ctopc 16 由此可求出線路絕緣子串兩端的電壓即為輸電線電位與塔頂電位之差 1 kahuuuu ctopctopj 以式 2 10 及代入得 6 2 I a 1 6 26 2 k hL RIU ct Ij 2 17 當(dāng)作用在線路絕緣子上的電壓 絕緣子串沖擊閃絡(luò)電壓絕緣子將 j U 50j U 第二章 輸電線路的雷電防護(hù) 18 發(fā)生閃絡(luò) 由于塔頂電位高于導(dǎo)線電位 閃絡(luò)將從桿塔向?qū)Ь€發(fā)展 故稱為反 擊 反擊時的耐雷水平即為雷擊桿塔時絕緣子串上承受最大雷電沖擊電壓所對 應(yīng)的雷電流 6 2 6 2 1 50 1 dt i j hL Rk U I 2 18 反擊耐雷水平與導(dǎo)線 地線間的耦合系數(shù) k 桿塔分流系數(shù) 桿塔沖擊 接地電阻 桿塔等值電感以及絕緣子串的 50 放電電壓等因素有關(guān) i R t L 50j U 還必須考慮工頻電壓的作用以及觸發(fā)相位 距離遠(yuǎn) 耦合系數(shù)小 一般以外側(cè) 或下方導(dǎo)線計算 通常以降低 提高 k 為提高反擊耐雷水平的主要手段 i R 以下為幾個電壓等級的反擊耐雷水平 35kV 20 30kA 110kV 40 75kA 220kV 75 110kA 330kV 100 150kA 500kV 125 175kA 2 4 輸電線路雷擊跳閘率的計算 從輸電線路雷害事故的發(fā)展過程看 雷擊導(dǎo)線時 如果雷電流超過線路的 耐雷水平 就會引起線路絕緣發(fā)生沖擊閃絡(luò) 此時 雷電流沿閃絡(luò)通道流入大 地 由于持續(xù)時間僅有幾十微妙 線路開關(guān)還來不及動作 不會發(fā)生跳閘 但 是 若沿閃絡(luò)通道流過持續(xù)燃燒的工頻短路電流電弧 開關(guān)將會動作而發(fā)生跳 閘 線路因雷擊而跳閘 有可能是由繞擊造成的 也會可能因反擊而引起 從 雷擊點部位來看 如圖 2 5 中 反擊包括 部位 之前已經(jīng)分析 在計算雷 擊跳閘率時 不需要考慮 而繞擊發(fā)生在 部位 因此 雷擊跳閘率只需要 分析 兩種情況的跳閘率 2 4 1 雷擊桿塔的跳閘率 已知每 100km 架設(shè)避雷線的線路每年 40 個雷暴日 落雷次數(shù)為 次 為避雷線對地平均高度 m 若擊桿率為 則每 100km 線路 g hN8 2 g hg 每年雷擊桿塔的次數(shù)為次 若雷擊桿塔時的耐雷水平為 雷電流ghN gg 8 2 1 I 超過的概率為 建弧率為 于是 100km 線路每年雷擊桿塔的跳閘次數(shù)為 1 I 1 P 11 8 2Pghn g 2 19 第二章 輸電線路的雷電防護(hù) 19 式中 擊桿率為雷擊桿塔次數(shù)與雷擊輸電線路總次數(shù)的比值 如表 2 2g 表 2 2 擊桿率g 避雷線根數(shù) 地形 0 1 2 平原 山區(qū) 1 2 1 4 1 6 1 3 1 4 2 4 2 雷擊導(dǎo)線的跳閘率雷擊導(dǎo)線的跳閘率 設(shè)繞擊率為 則 100km 線路每年繞擊次數(shù)為 繞擊時的 P PhNP g 8 2 耐雷水平是 雷電流幅值超過的概率為 建弧率為 則每 100km 線路 2 I 2 I 2 P 每年的繞擊跳閘次數(shù)為 21 8 2PPhn g 2 20 反擊跳閘率與繞擊跳閘率之和即為線路雷擊跳閘率 1 n 2 nn n 2 1 n 2 n 8 2 21 PPgPhg 21 以上所有雷擊跳閘率單位均為 次 100km雷暴日 40 建弧率 當(dāng)雷電流超過線路耐雷水平時 線路絕緣發(fā)生閃絡(luò) 雷電流經(jīng)閃絡(luò) 通道入地 時間在幾十微秒 線路開關(guān)來不及動作 只有當(dāng)沿閃絡(luò)通道流過的工 頻短路電流的電弧持續(xù)燃燒時 線路才會跳閘停電 建弧率 沖擊閃絡(luò)轉(zhuǎn)為工頻 電弧的概率 第三章 輸電線路的基本防雷措施 20 第三章 輸電線路的基本防雷措施 在對輸電線路的防雷進(jìn)行設(shè)計時 應(yīng)全面考慮該線路的重要程度 系統(tǒng)運 行方式 線路所處地區(qū)雷電活動的強(qiáng)弱 地形地貌特征 土壤電阻率的高低等 條件 并結(jié)合當(dāng)?shù)匾延芯€路的運行經(jīng)驗 進(jìn)行全面的技術(shù)和經(jīng)濟(jì)的分析和比較 從而設(shè)計出合理的保護(hù)措施 現(xiàn)有的輸電線路防雷保護(hù)措施一般有以下各項 3 1 架設(shè)避雷線 架設(shè)避雷線是輸電線路對雷擊防護(hù)的最基本和最有效的措施 避雷線的主 要作用是防止雷直擊導(dǎo)線 同時還具有以下作用 分流作用 以減小流經(jīng)桿塔的雷電流 從而降低桿頂電位 通過對導(dǎo)線的耦合作用可以減小線路絕緣子的電壓 對導(dǎo)線的屏蔽作用還可以降低導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓 通常來說 線路多的電壓等級越高 采用避雷線的效果越好 而且避雷線 在線路造價中所占的比重也越低 一般不超過線路總造價的 10 因此規(guī)程 規(guī)定 220kV 及以上電壓等級的輸電線路應(yīng)全線架設(shè)避雷線 110kV 線路一般也 應(yīng)全線架設(shè)避雷線 35kV 及以下不用架設(shè)避雷線 為了提高避雷線對輸電線的屏蔽效果 保證雷電不致繞過避雷線而直接命 中導(dǎo)線 形成繞擊 為了減小繞擊率 避雷線對邊導(dǎo)線的保護(hù)角應(yīng)做得小一 些 有關(guān)規(guī)程建議 輸電線路的避雷線一般采用 20 30 220kV 及 330kV 雙避雷線線路應(yīng)做到 20 左右 500kV 及以上的超高壓 特高壓線路都應(yīng)架設(shè) 雙避雷線 保護(hù)角在 15 以下 為了起到保護(hù)分流作用 避雷線應(yīng)在每個桿塔處都接地 在雙避雷線的超 高壓輸電線路上 正常的工作電流 會在每個擋距中兩根避雷線所組成的閉合 回路里感應(yīng)出電流 因此引起功率損耗 為了減小這一損耗 同時為了把避雷 線兼作繼電保護(hù)及通訊的通道 可將避雷線經(jīng)過一個較小間隙對地 桿塔 絕 緣起來 雷擊時 間隙被擊穿 使避雷線接地 隨著線路電壓等級的下降 線路的絕緣水平也隨之逐級下降 避雷線的防 護(hù)效果也就逐步降低 以致在很低的電壓等級時失去保護(hù)意義 因此 避雷線 一般只用于高電壓等級的輸電線路中 第三章 輸電線路的基本防雷措施 21 3 2 提高線路絕緣水平 輸電線路的絕緣與承受雷擊的能力也有很大的關(guān)系 輸電線路的絕緣水平 跟很多因素有關(guān) 包括絕緣子的片數(shù) 線路上各種空氣間隙的極間距離 空氣 間距等 其中 空氣間距對線路建設(shè)費用的影響遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過絕緣子片數(shù)對此的影 響 輸電線路上的空氣間隙包括 1 導(dǎo)線對地間隙 主要考慮地面導(dǎo)線對車輛和行人等的安全距離和地面 電場強(qiáng)度以及靜電感應(yīng)等問題 2 相導(dǎo)線之間的距離 應(yīng)考慮相間過電壓的作用 相鄰導(dǎo)線在大風(fēng)中因 舞動而相互靠近的問題等 導(dǎo)線與塔身之間的間隙也決定著相導(dǎo)線之間的空氣 間距 3 導(dǎo)線與地線的間距 按照雷擊于檔距中央避雷線上時不至于引起導(dǎo)線 與地線間隙擊穿這一原則來確定 線路絕緣子片數(shù)的選擇因雷電過電壓方面要求的影響不是很大 這是因為 線路的耐雷性能取決于各種防雷措施的綜合效果 影響因素較多 在校驗線路 耐雷水平和雷擊跳閘率與絕緣子片數(shù)關(guān)系時 即使驗算結(jié)果表明不能滿足要求 一般也不會再增加絕緣子片數(shù) 而是采用其他方法解決 例如降低桿塔接地電 阻等 一般來說 不提倡采用提高線路絕緣水平的方法來進(jìn)行防雷 因為這種措 施造價過高 且效果往往達(dá)不到預(yù)期效果 3 3 降低桿塔接地電阻 避雷線與塔腳電阻相配合 在輸電線路遭受雷擊時能夠起到大幅度降壓的 作用 故而對 110KV 以上的混凝土桿塔或鐵塔線路 是一種最有效的防護(hù)措施 規(guī)程要求 有避雷線的線路 每基桿塔的工頻接地電阻在雷季干燥時不宜超過 一定的數(shù)值 表 3 1 所示 對于 30 60kV 的鐵塔或混凝土桿線路 雖然一般加掛避雷線的意義不大 但卻仍然要逐塔接地 因這時若一相因雷擊閃絡(luò)接地后 他就實際上起到了避 雷線的作用 在一定程度上可以防止其他兩相進(jìn)一步閃絡(luò) 其接地電阻不受限 制 但年平均雷暴日數(shù)找過 40 的地區(qū) 不易超過 30 表 3 1 有避雷線輸電線路桿塔的工頻接地電阻 土壤電阻率 m 100100 500500 10001000 2000 2000 工頻接地電阻 1015202530 第三章 輸電線路的基本防雷措施 22 目前降低桿塔接地電阻的方法 1 利用接地電阻降阻劑 在接地極周圍敷設(shè)了降阻劑后 可以起到增大接地極外形尺寸 降低桿塔 接地極與周圍大地介質(zhì)之間的接觸電阻的作用 因而能在一定程度上降低接地 極的接地電阻 降阻劑大多用于小面積的集中接地 小型接地網(wǎng)時的其效果較 為顯著 降阻劑是由集中物質(zhì)配制而成的化學(xué)降阻劑 是具有導(dǎo)電性能良好的強(qiáng)電 介質(zhì)和水分這些強(qiáng)電介質(zhì)和水分被網(wǎng)狀膠體所包圍 網(wǎng)狀膠體的空格又被部分 水解的膠體所填充 使它不至于隨地下水和雨水而流失 因而能長期保持良好 的導(dǎo)電作用 這是目前采用的一種較新和積極推廣普及的方法 2 采用爆破接地技術(shù) 爆破接地技術(shù)是近些年發(fā)展起來的降低接地裝置接地電阻的新技術(shù) 通過 爆破制造裂縫 再用壓力機(jī)向爆破裂隙中打入低電阻率的材料 從而達(dá)到改善 大范圍土壤導(dǎo)電性能的目的 相當(dāng)于對大范圍的土壤電阻率改良 3 采取伸長水平接地體 結(jié)合工程實際運用 經(jīng)過分析 結(jié)果表明 當(dāng)水平接地體長度增大時 電 感的影響隨之增大 從而使沖擊系數(shù)增大 當(dāng)接地體達(dá)到一定長度后 再增加 其長度 沖擊接地電阻也不再下降 4 外引接地 就是將主接地網(wǎng)與主接地網(wǎng)區(qū)域外的某一土壤電阻率較低的區(qū)域鋪設(shè)的輔 助接地裝置相連 從而達(dá)到使整個接地系統(tǒng)接地電阻降低的目的 它的缺點是 增加了經(jīng)濟(jì)投資 如果接地裝置附近有導(dǎo)電良好及不凍的河流湖泊 可采用此 法 但是在設(shè)計安裝時 考慮到連接接地極干線自身電阻所帶來的影響 外引 式接地極長度不宜超過超過 100m 另外 還有其他幾種在工程中不常用的降低桿塔接地電阻的方法 如 深 埋接地極 采取污水引入接地體 采取深井接地 更換土壤 對土壤進(jìn)行化學(xué) 處理等 在確定降低高土壤電阻率地區(qū)接地電阻的具體措施時 應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)卦械?運行經(jīng)驗 氣候情況 地理地形的特點和土壤電阻率的大小等情況進(jìn)行全面的 綜合的分析 通過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較分析來確定 因地質(zhì)與地理選擇合理的方法 這樣 即可保障線路 設(shè)備的正常運行 又可避免接地裝置工程投資過高情況 的發(fā)生 3 4 雙回輸電線路采用不平衡絕緣 第三章 輸電線路的基本防雷措施 23 現(xiàn)代高壓和超高壓輸電線路中 采用同桿并架雙回路的輸電線路模式日益 增多 為了降低雷擊時雙回路同時跳閘的幾率 通常的防雷措施可能無法滿足 要求 此時可以考慮采取不平衡絕緣方式 即一個回路適當(dāng)增加絕緣 另一個 回路采用正常絕緣 這樣 雷擊時 絕緣子片數(shù)少的回路先發(fā)生閃絡(luò) 閃絡(luò)后 的導(dǎo)線相當(dāng)于地線 增加了對另一回路導(dǎo)線的耦合作用 使其耐雷水平提高而 不再發(fā)生閃絡(luò) 從而保證了輸電線路的持續(xù)正常輸電 3 5 裝設(shè)線路避雷器 在我國跳閘率比較高的地區(qū) 高壓輸電線路的總跳閘次數(shù)中 由于雷擊引 起的跳閘次數(shù)約占到 40 70 為了減少雷害引起的輸電線路跳閘事故 提高 供電可靠性 可以在處于雷電活動強(qiáng)烈或土壤電阻率很高的地方的線段及線路 絕緣薄弱處裝設(shè)避雷器 一般在線路交叉處和大跨越高桿塔處等裝設(shè) 如圖 3 1 所示 裝設(shè)線路避雷器以后 當(dāng)輸電線路遭受雷擊時 雷電流的分流將發(fā)生變化 一部分雷電流從避雷線傳入相鄰桿塔 一部分經(jīng)塔體入地 當(dāng)雷電流超過一定 值后 避雷器動作 也會產(chǎn)生分流作用 大部分的雷電流從避雷器流入導(dǎo)線 傳到相鄰桿塔 雷電流在流經(jīng)避雷線和導(dǎo)線時 由于導(dǎo)線間的電磁感應(yīng)作用 將分別在導(dǎo)線和避雷線上產(chǎn)生耦合分量 因而避雷器的分流作用遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于避雷 線的分流作用 這種分流的耦合作用將會使導(dǎo)線電位升高 使導(dǎo)線和塔頂之間 的電位差小于絕緣子串的閃絡(luò)電壓 絕緣子就不會發(fā)生沖擊閃絡(luò) 因此 線路 避雷器具有很好的鉗電位作用 這也是利用線路避雷器進(jìn)行防雷的顯著優(yōu)點 安裝的線路避雷器的幾個顯著特點 具良好的伏秒特性 實現(xiàn)了合理的絕 緣配合 良好的絕緣強(qiáng)度自 恢復(fù)能力 利于快速切斷工 頻續(xù)流 使電力系統(tǒng)得以繼 續(xù)運行 硅橡膠護(hù)套氧化鋅 線路避雷器已取得良好應(yīng)用 效果 是線路避雷器的投資較大 難以普遍采用 建議優(yōu)先安 裝在下列條件的桿塔 山區(qū)線路易擊段 易擊 點的桿塔 圖 3 1 線路避雷器 第三章 輸電線路的基本防雷措施 24 山區(qū)線路接地電阻超過 100 且發(fā)生過閃絡(luò)的桿塔 水電站升壓站出口線路接地電阻大的桿塔大跨越高桿塔 多雷區(qū)雙回線路易擊段 易擊點的一回線路上 3 6 裝設(shè)自動重合閘裝置 由于線路絕緣具有自恢復(fù)的能力 大多數(shù)雷擊造成的閃絡(luò)事故在線路跳閘 后能夠自行消除 因此 安裝自動重合閘裝置對于降低線路的雷擊事故率具有 較好的效果 據(jù)統(tǒng)計 我國 110kV 及以上的高壓線路重合閘成功率達(dá) 75 95 35kV 及以下的線路成功率約為 50 80 規(guī)程 SDJ7 79 要求 各級電 壓線路應(yīng)盡量裝設(shè)三相或單相自動重合閘 因此 各級電壓等級的線路均應(yīng) 盡量安裝自動重合閘裝置 加裝線路自動重合閘作為線路防雷的一種有效措施 在線路正常運行中和保證供電可靠性上都發(fā)揮了積極的作用 但應(yīng)對瞬時故障 加強(qiáng)巡視 分析和判斷 并及時予以查清處理 防止給線路安全運行留下隱患 輸電線路有效的防雷措施很多 除了以上敘述的常用措施外 還有許多較 好的防雷措施比如 架設(shè)耦合地線 在降低桿塔接地電阻有困難時 在導(dǎo)線 下方架設(shè)一條接地線 它具有分流作用 又加強(qiáng)了避雷線對導(dǎo)線的耦合 運行 經(jīng)驗表明 該措施可降低雷擊跳閘率 50 左右 采用消弧線圈接地方式 適 用 110kV 及以下電壓等級電網(wǎng) 可使大多數(shù)雷擊單相閃絡(luò)接地故障被消弧線圈 消除 不至發(fā)展為持續(xù)工頻電弧 我國的運行經(jīng)驗表明 該措施可使雷擊跳閘 率降低 1 3 左右 另外 為了避免雷擊 架設(shè)輸電線路要選擇合理的架設(shè)路徑 在架設(shè)輸電 線路時應(yīng)該避開易受雷擊的地區(qū) 雷暴走廊 如山區(qū)風(fēng)口以及順風(fēng)的河谷和峽 谷等處 四周是山丘的潮濕盆地 如桿塔周圍有魚塘 水庫 湖泊 沼澤地 森林或灌木 附近又有蜿蜒起伏的山丘等處 地下有導(dǎo)電性礦的地面和地下水 位較高的地方 土壤電阻率有突變的地帶 如地質(zhì)斷層地帶 巖石與土壤 山 坡與稻田的交界區(qū)等 第三章 輸電線路的基本防雷措施 25 第四章 220kV 輸電線路的防雷設(shè)計 26 第四章 220kV 輸電線路的防雷設(shè)計 運行經(jīng)驗表明 架空輸電線路平均雷擊跳閘約占到全部事故跳閘總次數(shù)的 10 20 隨著線路額定電壓等級的升高 雷擊跳閘次數(shù)會減少 但是其重要 地位上升了 雷擊跳閘占架空線路總可靠性的百分比就上升了 因此 做好高 電壓等級線路的防雷設(shè)計工作非常重要 4 1 避雷線的設(shè)計避雷線的設(shè)計 a 保護(hù)范圍 b 保護(hù)角 圖 4 1 兩根等高避雷線的保護(hù)范圍和保護(hù)角 220kV 輸電線路采用全線架設(shè)避雷線 避雷線對邊導(dǎo)線的保護(hù)角采用 20 30 避雷線在每基桿處接地 架設(shè)雙根避雷線 為了減小工作電流在 每檔距中兩根避雷線回路中的感應(yīng)電流引起的損耗 同時為了使通訊及繼電保 護(hù)的通道亦使用避雷線 可將避雷線經(jīng)過一個小間隙與桿塔絕緣起來 當(dāng)雷擊 過電壓過高時就可擊穿間隙 起到降低電壓的作用 220kV 架空線路一般架設(shè)雙避雷線 兩根等高避雷線的保護(hù)范圍如圖 4 1 a 所 示 避雷線兩邊外側(cè)的保護(hù)范圍用下面公式確定 Phhr xx 47 0 2 h hx 4 1 Phhr xx 53 1 2 h hx 兩避雷線之間的保護(hù)范圍橫截面 是通過兩線及保護(hù)范圍上部邊緣最低點 的圓弧確定 點的高度為OO 4 p D hh 4 0 2 第四章 220kV 輸電線路的防雷設(shè)計 27 式中 為避雷線的高度h 為兩根避雷線見的水平距離D 為高正修正系數(shù)p 為導(dǎo)線高度 x h 架空輸電線路上 避雷線的保護(hù)程度用保護(hù)角來表示 如圖 4 1 b 中所 示 保護(hù)角是避雷線的鉛垂線與避雷線和邊導(dǎo)線連線的夾角 顯然 當(dāng)越小 雷擊導(dǎo)線的概率就越小 避雷線對導(dǎo)線的屏蔽保護(hù)也就越可靠 導(dǎo)線與避雷線的應(yīng)力配合 導(dǎo)線最大使用應(yīng)力按規(guī)程規(guī)定安全系數(shù) 5 2 避雷線的使用應(yīng)力則按避雷線檔距中央配合要求計算 在避雷線 與檔距中央導(dǎo)線的距離在檔距 小于等于 500m 時 通常Sl lS15 0 1 或者 亦可以滿足下面兩個條件之一S 或 6 U S 10 1 I S 式中是線路的最高運行相電壓 kV 為所要求的耐雷水平 kA 這是 U 1 I 因為 是從保證建弧率接近零的角度提出的 而則是從不必利用 6 U S 10 1 I S 塔腳負(fù)反射的降壓作用即足以抵抗所產(chǎn)生的電壓角度考慮的 1 I 4 24 2 絕緣配合與防雷接地絕緣配合與防雷接地 選擇合適的絕緣子 可以加強(qiáng)線路自身的絕緣水平 有利于防雷保護(hù) 棒 類復(fù)合絕緣子具有不可擊穿型結(jié)構(gòu) 較好的自清洗能力以及較大的爬距系數(shù) 在相同的環(huán)境下的積污比盤型絕緣子低 就能獲得較高的污閃電壓 但在 雷 擊時的閃絡(luò)電壓略低 應(yīng)該配合裝設(shè)均壓環(huán) 避免電弧灼傷絕緣子 綜合各種 因素考慮 直線桿塔的絕緣子采用 15 片 X 7 絕緣子組成 耐張桿塔絕緣子采用 LXYI 70 鋼化玻璃絕緣子 耐張桿塔引流塔頭線應(yīng)呈近似自然下垂 弧垂從橫 擔(dān)下邊沿算取 1 4m 至 1 5m 施工時具體再確定 避雷線全線對敵不絕緣 采用直接接地防雷 根據(jù)輸電線路桿塔所處的土 壤條件 結(jié)合土壤電阻率來確定合適的接地裝置 采取合適的降低接地電阻的 方法 具體的降低接地電阻方法在本設(shè)計中的 3 3 節(jié)中已經(jīng)討論 接地極的埋 設(shè)深度根據(jù)不同的地質(zhì)來確定 一般來說 耕地 0 8m 粘土 0 5m 巖石 0 3m 4 3 設(shè)計舉例 圖 4 1 為設(shè)計的某平原地區(qū) 220kV 電壓等級輸電線路防雷 絕緣子由 13 片 X 7 組成 其正極性沖擊放電電壓為 1410kV 負(fù)極性 50 U 第四章 220kV 輸電線路的防雷設(shè)計 28 沖擊放電電壓為 1560kV 桿塔沖擊接地電阻為 7 避雷線和導(dǎo)線的弧 50 U i R 垂非別為m 和m 避雷線半徑為 5 5mm 避雷線間距為 11 6m 絕7 g f12 c f 緣子高度 2 2m 導(dǎo)線高度 23 4m 避雷線與邊導(dǎo)線水平距離為 1 7m 避雷線與 導(dǎo)線垂直高度為 3 5m 這樣 可以計算出線路的耐雷水平和雷擊跳閘率 1 計算幾何參數(shù) a 避雷線與導(dǎo)線的平均高度 m 24 5m 7 3 2 1 29 3 2 gbgp fhh m 15 4m 12 3 2 4 23 3 2 cdcp fhh b 雙避雷線對外側(cè)導(dǎo)線的耦合系數(shù) 幾何耦合系數(shù)為 229 0 ln 2