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文檔簡介

1、輸電線路架空地線輸配電線路*大飛1.概述1、概述架空輸電線路一般由基礎、桿塔、金具、絕緣子、導線、地線(含 OPGW光纜)、接地設施等部分組成(如下圖)。在架空輸電線路導線上方,為盡量避免輸電線路導線直接遭受雷擊而架設的電力線,既為架空地線(簡稱地線),又稱為避雷線。架空地線除具有防雷作用以外還具有短路電流分流的重要作用。圖架空輸電線路的基本組成架空輸電線路分布廣、地處曠野、縱橫交錯,延綿數(shù)百公里,在雷雨季節(jié)容易遭受雷擊而引起送電中斷,成為電力系統(tǒng)中發(fā)生停電事故的主要原因之一。安裝架空地線可以減少雷害事故,提高線路運行的安全性。架空地線是高壓輸 電線路結構的重要組成部分。高壓、超高壓及特高壓變

2、電所占地面積廣,要求 防直擊雷的區(qū)域大,安裝避雷針會有困難,因而有時也采用架空地線保護,架 空地線都是架設在被保護的導線上方。在線路上方出現(xiàn)雷云對地面放電時,雷 閃通道容易首先擊中架空地線,使雷電流進入大地,以保護導線正常送電。同 時,架空地線還有電磁屏蔽作用,當線路附近雷云對地面放電時,可以降低在 導線上引起的雷電感應過電壓,減少雷電直接擊于導線的機會。架空地線必須 與桿塔接地裝置牢固相連,以保證遭受雷擊后能將雷電流可靠地導入大地,降 低塔頂電位,并且避免雷擊點電位突然升高而造成反擊,提高耐雷水平。圖雷擊地線(雷擊桿塔與地線為反擊雷)據(jù)統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示,生活用電及工農(nóng)業(yè)用電中,電力系統(tǒng)斷電跳閘事

3、故主要因素分別為雷擊、人為或是自然災害等,而其中雷電導致跳閘約占總跳閘數(shù)的40%70% ,尤其是在多雷、土壤電阻率高、地形復雜的地區(qū)雷擊故障尤為突出。相關資料表面,日本50%以上事故的雷擊輸電線路引起,美國275kV500kV總長為2700km的輸電線路連續(xù)三年雷害事故占總事故的比例高達60%。天氣變化是不可控因素,所以只能在人力可控范圍內(nèi),提高輸電系統(tǒng)的安全性及防災性。架空地線就是電力系統(tǒng) 減災防災的一項重要技術措施。輸電線路架空地線運用實踐表明,架空地線能有效防止雷電直擊輸電導線;當 雷擊輸電線路桿塔時,架空地線能起到分流作用,減小桿塔塔頂電位,防止雷電反 擊;當雷擊輸電線路附近大地時,架

4、空地線能起到屏蔽作用,降低輸電導線上的感 應雷過電壓。2作用2.作用2.1 防止雷擊導線減少了雷電直擊導線的機會,降低了線路絕緣承受的雷電過電壓幅值。當 雷擊于塔頂或地線上時,塔身電位很高,加在絕緣子串上的電壓等于塔身電位 與導線電位之差, 這個電壓一般遠比雷電直接擊中導線時絕緣子串上的電壓低, 不會導致閃絡放電。但是,如果接地電阻很大,則塔身電位將會很高,這時就 會發(fā)生逆閃絡,也就是通常說的反擊”。2.2 雷電流分流作用當雷擊塔頂時,架空地線對雷電流有分流的作用,減少流入桿塔的雷電流,使 桿塔頂電位降低。2.3 對導線有耦合作用當雷擊塔頂或地線時,由于耦合,導線電位將抬高,所以耦合可使絕緣子

5、串上 的電壓降低。因此,為了減少 反擊”,在接地電阻很難降低時,可以利用架空地線 的分流、耦合性質,在導線下面再增加一條耦合地線。2.4 對導線有屏蔽作用由于架空地線接地,所以可以起到屏蔽感應雷對導線的作用,降低感應雷過電壓。2.5 具備通信功能常規(guī)的架空地線經(jīng)過適當改裝,把光纖放置在以 鋁包鋼線絞制成的 具地線與通 信雙重功能的架空地線 -光纖復合架空地線(OPGW ),它具有避雷、通信等多 種功能。3、防雷原理架設架空地線是高壓、超高壓及特高壓線路防雷的基本措施,架設于輸電線路桿塔頂端,其保護原理是: 當雷云放電接近地面時,它使地面電場發(fā)生畸變,在架 空地線頂端,形成局部電場強度集中空間,

6、以影響雷電先導放電的發(fā)展方向,引導 雷電向架空地線放電,再通過接地引下線和接地裝置將雷電流引入大地,從而使被 保護物體免受雷擊。架空地線的材料一般是鍍鋅鋼絞線、鋁包鋼絞線和光纖復合架 空地線,特殊情況下也用鋼芯鋁絞線、銅包鋼絞線或鐵鋁合金絞線。架空地線在桿 塔上的位置如下圖所示。圖架空地線在桿塔上的位置架空地線使雷云先導放電電場畸變的范圍(即高度)是有限的。當雷電先導剛開始形成時,架空地線不能影響它的發(fā)展路徑,如下圖左圖所示,只有當雷電先導通道發(fā)展到離地面一定高度 H (稱為定向高度)時,架空地線才可能影響雷電先導的發(fā)展方向,如下圖右圖所示,使雷電先導通道沿著電場強度最大的方向擊向架空地線。這

7、個雷電定向高度 H與架空地線架設高度h有關,根據(jù)模擬實驗,h40 m ,H 或0h; h>30 m 時,H«600h圖架空地線對雷電先導發(fā)展的影響4、類型架空地線由于不負擔輸送電流的功能,所以不要求具有與導線相同的導電率和導線截面,架空地線一般采用鍍鋅鋼絞線。鍍鋅鋼絞線因為導電性能、防腐性能差,多用于以前的老線路,近年來,國內(nèi)外架空輸電線路采用良導線架空地線的也較多,即用鋁合金或鋁包鋼導線制成的架空地線。這種地線導電性能較好,可以改善線路輸電性能,減輕對鄰近通信線的干擾。由于鋁包鋼絞線具有高機械性能、高導電性和良好的抗腐蝕性的優(yōu)點,現(xiàn)在國內(nèi)多采用鋁包鋼絞線。隨著電力工業(yè)的迅速發(fā)

8、展,電力系統(tǒng)現(xiàn)代化管理水平的提高,在電力系統(tǒng)內(nèi)部需要傳遞的信息形式和信息容量日益增多。綜合光纖通信的傳輸容量大、速度快、適于遠距離傳輸、能抗電磁感應和串音干擾等優(yōu)點,鋁包鋼線的高機械性能、高導電性和良好的抗腐蝕性,把光纖放置在以 鋁包鋼線絞制成的 具地線與通信雙重功能的架空地線叫 光纖復合架空地線 ,一般稱作 OPGW 光纜。OPGW 光纜具有防雷、通信等多種功能,由于光纖具有抗電磁干擾、自重輕等特點,它可以安裝在輸電線路桿塔頂部而不必考慮最隹架掛位置和電磁腐蝕等問題,所以OPGW光纜現(xiàn)在在架空輸電線路地線中應用較多。采用 OPGW光纜作為架空地線具有許多優(yōu)點:傳輸信號損耗小,通信質量高,光纜

9、的芯數(shù)可以較多;安全性好,不易被盜割,也不易遭到破壞性槍擊; 適應用于多種電壓等級的輸電線路; 光纜與常 規(guī)地線同為一體,避免了重復建設和維護的巨大費用。工程中采用多大的架空地線,不同冰區(qū)與不同的導線截面對于的截面是不一樣的,除滿足規(guī)程要求的截面要求外,還需要滿足因線路發(fā)生故障時,地線上會通過很大的短路電流,使地線溫度急劇升高, 很可能導致地線損壞, 因此,選擇的架架空地線還應滿足熱穩(wěn)定的要求。圖架空地線5、保護角架空輸電線路需要采用架空地線將被保護的導線全部置于它的保護范圍內(nèi)。此保護范圍通常用保護角a來表示,a角是指架空地線與最外側的導線所處的平面和架空地線垂直于地面的平面之間所構成的夾角(

10、如下圖所示)。保 護角越小,架空地線就越可靠的保護線路。緣子串懸垂納緣子串懸垂絕圖單地線保護角示意圖單架空地線,為介紹保護角,可提高架空地線的懸掛高度,但會增加桿塔重量,導致造價升高。架空地線就越可靠的保護線路。一般架空單地線保護角a不大于25 °為宜圖 雙地線保護角示意圖雙架空地線的保護范圍大于單架空地線,在設計中可以采用地線外移的方法,減少架空地線的保護角,增強地線保護的可靠性。實際經(jīng)驗證明,只要雙 架空地線之間的距離不大于架空地線與中間導線高度差的5倍,中間導線便可以可靠保護。對于采用雙架空地線的輸電線路,單回路塔330kV及以下線路的保護角a不宜大于15 °單回路塔

11、500kV750kV 及以下線路的保護角a不宜大于10 °對于同塔雙回或多回路110kV線路的保護角 a不宜大于10°220kV及以上的線路的保護角a不宜大于0°。6、架設原則地線架設在導線 上方,綜合考慮架空地線的保護范圍、保護角度及經(jīng)濟型三方面的因素,在滿足耐雷水平后架空地線架設需滿足下列要求。3kV10kV 混凝土桿架空電力線路,在多雷區(qū)可架設地線。35kV架空電力線路在變電站(所)進出線段宜架設地線,加掛地線長度般宜為 1.0km 1.5km66kV架空電力線路年平均雷暴日數(shù)為30d以上的地區(qū),宜沿全線架設地線。110kV 輸電線路宜沿全線架設地線,在年平

12、均雷暴日數(shù)不超過15d或運行經(jīng)驗證明雷電活動輕微的地區(qū),可不架設地線。無地線的輸電線路,宜在變 電站或發(fā)電廣的進線段架設1km2km 地線。220kV330kV 輸電線路應沿全線架設地線,年平均雷暴日數(shù)不超過15d的地區(qū)或運行經(jīng)驗證明雷電活動輕微的地區(qū),可架設單地線,山區(qū)宜架設雙地 線。500kV750kV 輸電線路應沿全線架設雙地線。當采用雙地線時,兩根地線之間的距離不大于地線與導線間垂直距離的5倍。750kV及以下架空輸電線路一般檔距的檔距中央,導線與地線在檔距中央 的距離,在+15 C氣溫,無風無冰條件時,應不小于S>0.012L+1式計算的值,式中S為計算檔導線與地線在檔距中央的

13、距離(m) , L為計算檔檔距(m)。具體可以參考架空輸電線路檔距中央導線與地線之間的距離計算探討。7、節(jié)能要求我國110 kV及以上輸電線路架空地線主要有普通地線(鍍鋅鋼絞線、鋁包鋼絞線等)和光纖復合架空地線2種,基于防雷和通信考慮,架空地線大多采取逐基接地方式,由于架空地線與導線間存在電磁感應,架空地線中產(chǎn)生較大 的感應電流。廣東電網(wǎng)在對 1條雙地線都逐基接地500 kV線路架空地線感應電流實測 時架空地線 感應電流達 70 A ,電能損耗達 2.84 x104 kW "h/a"km,可見,但傳統(tǒng)輸配電線損對于電壓等級較高的輸電線路架空地線電能損耗不容忽視,計算只考慮導

14、線電能損耗,其大小基于負荷電流和導線電阻,對架空地線電能損耗未足夠重視。為減小架空地線逐基接地或多點接地引起的電磁感應電流及電能損耗,實現(xiàn)架空地線節(jié)能,并綜合考慮架空地線防雷、通信性能,一般用帶放電間隙絕 緣子使之與桿塔相互絕緣,利用間隙(一般放電間隙距離取20mm30mm ,需要融冰時放電間隙距離可取50mm100mm )引導雷電流入地,這樣,可利用架空地線作為載波通道并減少電能感應損耗。由于架空絕緣地線與桿塔相連接的帶放電間隙的絕緣子的間隙的距離不易整定,整定距離過小,雷擊時的工頻續(xù)流不易切斷,大負荷電流時的高感應電壓可能導致間隙長期擊穿放電,對地線金具、OPGW 等產(chǎn)生危害;整定距離過大

15、,短路故障時地線絕緣子不易擊穿,不能起到很好的分流效果,同時對電力系統(tǒng)的保護裝置及通信產(chǎn)生不利的影響。為降低架空地線逐塔接地引起的由于電磁感應在架空地線回路或架空地線與大地回路產(chǎn)生的電磁感應電流及電能損耗,同時解決采用架空絕緣地線因間隙的距離整定過小或過大產(chǎn)生的危害,電壓等級較高的線路宜采用分段絕緣單點接地的方式,接地點可設置在架空地線端部或中部。線路正常運行時(對應經(jīng)濟電流密度),地線端部因導、地線間電磁耦合,架空地線上產(chǎn)生的電磁 感應電壓宜限制在 1000V及以下,當?shù)鼐€電磁感應電壓未超過1000V 時,宜采用單點接地方式;當電磁感應電壓超過1000V 時,為降低地線端部感應輸電線路電壓,宜采用地線分段或地線換位、導地線配合換位等方式等措施降低絕緣架 空地線單點接地時端部電磁感應電壓。關于接地詳細內(nèi)容可以參考 架空地線接地、地線(含 OPGW )絕緣及接續(xù)技術要求單回線路和同塔多回(或雙回)線路架空地線感電壓沿線分布規(guī)律是不同的, 可根據(jù)其不同特性總結出單回線路、多回線路架空地線典型接

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