《輸電線路基礎》第2章-導線應力弧垂分析-第十一節(jié)-避雷線最課件

1、第二章 導線應力弧垂分析 第十一節(jié) 避雷線最大使用應力的確定 第二章 導線應力弧垂分析 第十一節(jié) 避雷線最大使用應力前面各節(jié)所述的導線應力、弧垂和線長的分析計算方法同樣適用于避雷線。 避雷線是高壓和超高壓輸電線路最基本的防雷保護措施，其主要作用是防止雷直擊導線。 此外對雷電流起分流作用，減小流入桿塔的雷電流，使塔頂電位降低； 對導線起耦合作用，降低雷擊桿塔時絕緣子串上電壓；對導線起屏蔽作用，降低導線上感應電壓。所以對避雷線必須從防雷保護這一要求出發(fā)來確定敷設方式及其最大使用應力。 一、避雷線截面積的選擇 架空避雷線均采用鍍鋅鋼鉸線。根據(jù)長期的運行經驗，避雷線與導線配合選用，其配合見表2-11-

2、1。 前面各節(jié)所述的導線應力、弧垂和線長的分析計算方法同樣適用于避表2-11-1 地線采用鍍鋅鋼絞線時與導線配合表 導線型號LGJ-185/30及以下LGJ-185/45LGJ-400/35LGJ-400/50及以上鍍鋅鋼絞線最小標稱截面(mm2)無冰區(qū)355080覆冰區(qū)50 80 100 500kV及以上輸電線路無冰區(qū)、覆冰區(qū)地線采用鍍鋅鋼絞線時最小標稱截面應分別不小于80mm2、100mm2。 二、避雷線敷設要求 輸電線路的防雷設計，應根據(jù)線路電壓、負荷性質和系統(tǒng)運行方式，結合當?shù)匾延芯€路的運行經驗，地區(qū)雷電活動的強弱、地形地貌特點及土壤電阻率高低等情況，在計算耐雷水平后，通過技術經濟比較

3、，采用合理的防雷方式。 架設地線是輸電線路最基本的防雷措施之一。 地線在防雷方面具有以下功能： 防止雷直擊導線； 表2-11-1 地線采用鍍鋅鋼絞線時與導雷擊塔頂時對雷電流有分流作用，減少流入桿塔的雷電流，使塔頂電位降低； 對導線有耦合作用，降低雷擊桿塔時塔頭絕緣(絕緣子串和空氣間隙)上的電壓； 對導線有屏蔽作用，降低導線上的感應過電壓。 各級電壓的輸電線路，采用下列保護方式： (1) 500750kV輸電線路應沿全線架設雙地線。 (2) 220330kV輸電線路應沿全線架設地線，年平均雷暴日數(shù)超過15的地區(qū)或運行經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。 (3) 110kV

4、輸電線路宜沿全線架設地線，在年平均雷暴日數(shù)不超過15或運行經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，宜在變電所或發(fā)電廠的進線段架設12km地線，且應裝設自動重合閘裝置。 雷擊塔頂時對雷電流有分流作用，減少流入桿塔的雷電流，使塔頂(4)60kV線路，負荷重要且所經地區(qū)年平均雷暴日數(shù)為30以上地區(qū)，宜沿全線架設地線。對不沿全線架設地線的60kV線路，亦應在變電所或發(fā)電廠的進線段架設12km的地線。 (5)35kV及以下線路，一般不沿全線架設地線，但應在變電所或發(fā)電廠的進線段架設12km地線。 (6) 桿塔上地線對邊導線的保護角(如下圖所示)，對于同塔雙回或多回路，220kV 及以

5、上線路的保護角均不大于0，110kV 線路不大于10；對于單回路，500750kV 線路對導線的保護角不大于10，330kV 及以下線路不大于15；單地線線路不大于25。對中重冰區(qū)線路的保護角可適當加大。 (4)60kV線路，負荷重要且所經地區(qū)年平均雷暴日數(shù)為30以桿塔上兩根地線之間的距離，不應超過地線與導線間垂直距離的5倍。 為防止雷擊檔距中央避雷線時，導線與避雷線發(fā)生閃絡，根據(jù)運行經驗，在氣溫為+15無風時，檔距中央導線和避雷線間的距離必須滿足一定的間隙要求。 有避雷線的桿塔應接地，其接地電阻的大小對線路的耐雷水平有顯著的影響，在線路施工、運行過程中對桿塔接地電阻應予足夠重視。一般在雷季干

6、燥時，每基桿塔的工頻接地電阻不宜大于表2-11-2所列數(shù)值。 表2-11-2 桿塔的接地電阻 土壤電阻率(.m) 100及以下 100500 5001000 10002000 2000以上工頻接地電阻() 10 15 20 25 30桿塔上兩根地線之間的距離，不應超過地線與導線間垂直距離的5倍如土壤電阻率超過2000m，接地電阻很難降到30時，可采用68根總長不超過500m的放射形接地體或連續(xù)伸長接地體，其接地電阻不限制。 中性點非直接接地系統(tǒng)在居民區(qū)的無地線鋼筋混凝土桿和鐵塔應接地，其接地電阻不宜超過30。 三、避雷線最大使用應力的確定 (一)確定原則 在確定避雷線最大使用應力時，應符合以下

7、兩方面要求： 1安全系數(shù) 避雷線安全系數(shù)宜大于同桿塔導線的安全系數(shù)。 2檔中接近距離 當+15無風時，在檔距中央導線與避雷線間的距離應符合下述三種不同情況的要求。 如土壤電阻率超過2000m，接地電阻很難降到30時，可(1)對不很長的小檔距，因在雷電流未達到最大值之前，從桿塔接地裝置反射回來的負波已到達雷擊點，所以限制了雷擊點電位的升高。此時，導線與避雷線之間的距離宜符合下列要求 sl0012 +1 (2-11-1)式中 sl檔距中央導線與避雷線間的距離(m)； 檔距(m)。(2)對于較大檔距，即在檔距 t。時(為波的傳播速度，取225mS；t為波頭長度，一般取2.6S)，所以 585m時，來

8、自桿塔的負波在雷電流達到最大值之前尚未到達雷擊點，此時雷擊點的電壓最大值為 U=90I 導線與避雷線間的距離應按電壓最大值考慮，宜符合下式要求 s20.1I (2-11-2) (1)對不很長的小檔距，因在雷電流未達到最大值之前，從桿塔接上二式中 U雷擊點的電壓最大值(kV)； I耐雷水平(kA)； s2檔距中央導線與避雷線間的距離(m)。 (3)當導線與避雷線間的距離較大，以致間隙的平均運行電壓梯度小到不足以建立穩(wěn)定的工頻電弧時，即當E6kV(有效值)m時，雷電波即使擊穿導線與避雷線間的間隙，也不致造成線路跳閘。根據(jù)這一條件，導線與避雷線間距離符合下式要求，即能保證安全運行 s301Ue (2

9、-11-3) 式中s3導線與避雷線間的距離(m)； Ue線路額定電壓(kV)。 在具體檔距中，對上述三個公式的要求，只要滿足其中最小的一項即可。 上二式中 U雷擊點的電壓最大值(kV)；(3)當導線與例如，對110kV輸電線路，其耐雷水平要求4075kA，設檔距為600m，則 s1=0012 +1=0012600+1=8.2m s2=01I=0175=7.5m s3=01Ue=01 110=11m 根據(jù)上述三種不同情況的考慮方法可知，避雷線與導線間距離只要滿足s3的要求即可。 經推算，常用電壓等級的三個公式適用的檔距范圍如表2-11-3。 表2-11-3 三個公式適用的檔距范圍 例如，對110

10、kV輸電線路，其耐雷水平要求4075kA，設從表2-11-3可看出，對110kV及以上電壓等級線路，導線與避雷線間的距離按s1的要求確定是合理的；對35kV線路，一般檔距為200m左右，此時按s2確定的距離略為偏大。 (二)最大使用應力確定方法 為了使導線與避雷線在檔距中央的接近距離滿足過電壓保護要求，應從確定導線與避雷線懸點間的距離與適當選擇避雷線最大使用應力兩方面綜合考慮，并進行比較，做到既滿足過電壓保護的要求，又較經濟合理。例如，如果避雷線最大使用應力選得很小，為保證導線與避雷線在檔距中央的距離要求，勢必需加大導線與避雷線懸點間的距離，增加桿塔高度；反之，導線與避雷線懸點間的距離很小，必

11、須提高避雷線最大使用應力，將使耐張桿塔的受力增大，同時有可能超過避雷線防振對其應力的限制。從表2-11-3可看出，對110kV及以上電壓等級線路，導線現(xiàn)設導線與避雷線懸點間距離已經確定，按導線與避雷線間距離滿足s1的要求選擇避雷線最大使用應力，其過程一般為：首先按s1的要求求出在+15無風氣象條件時的避雷線應力，然后利用狀態(tài)方程式(2-6-2)求得最大使用應力，再校驗其安全系數(shù)是否滿足要求。 115無風氣象條件時避雷線應力的選擇 圖2-11-2所示為15無風氣象條件時的一檔導線和避雷線。由圖中的幾何關系可得 圖 2-11-2 15無風時導線和避雷線的弧垂 S=h+fd-fb 式中導線和避雷線的

12、檔距中點弧垂分別為 現(xiàn)設導線與避雷線懸點間距離已經確定，按導線與避雷線間距離滿足 所以 （2-11-4） 式中 S15無風時導線和避雷線在檔距中央的垂直距離(m)； h導線和避雷線懸點高差(m)； 檔距(m)； gd、gb分別為導線和避雷線的自重比載(Nm.mm2)： d、b分別為導線和避雷線在15無風氣象條件時的應力(MPa)； fd、fb分別為導線和避雷線弧垂(m)。令 S=S-S1=S-(0012 +1)，則根據(jù)過電壓保護要求，應有s0，即 (2-11-5) 為簡化公式，令 （2-11-6） 所以 （2-11-4） 式中 S15無風時導線且取S=0，則 （2-11-7） 將式(2-11-

13、5)和式(2-11-6)兩式適當變形并聯(lián)立求得 (2-11-8) 由式(2-11-8)可見，b的大小取決于P值，而P值與檔距 有關。因此，對孤立檔確定避雷線最大使用應力時，可直接將檔距代入求取。但一般耐張段都是由多個檔距組成的，此時必須使耐張段中所有檔距均有SO。為此，我們需分析導線和避雷線檔中接近距離s和檔距 間的關系，以合理選擇P值。 且取S=0，則 （2-11-7） 將式(2-11-5)和式式(2-11-7)為一元二次方程，它的解為 （2-11-9） 式(2-11-7)為一拋物線方程，其曲線在坐標系中的位置取決于P的值，在實際工程中都是PO，故曲線呈上凹形，如圖2-11-3所示。 圖2-

14、11-3 4S與P值的關系曲線示意圖 由式(2-11-9)可知，隨著P值的不同，有以下三種情況。 (1)如0.0482-8PC0，即 ，則方程有兩個不相等的實數(shù)根 1、2，此時，當 1 2，有0；當 1或 2，有O。 式(2-11-7)為一元二次方程，它的解為 （2-11-9）(2)如O.048-8PC=0，即 ，則有 1= 2= ，由式(2-11-9)可得(2-11-10) 此時，方程有兩個相等的實數(shù)根，曲線與橫軸相切，則所有檔距都有SO(當 = 時，S=O)。 (3)如0.0482-8PCO。 通過以上分析，當耐張段的代表檔距為 0，而耐張段中的最大、最小檔距分別為 m和 n時，在15無風

15、氣象條件，按SS1的條件選擇避雷線應力b的方法歸納如下：首先，根據(jù)導線與避雷線懸點高差h按式(2-11-10)計算 K，然后根據(jù) 1、2與 K的大小關系，對照下列情況確定P值。 (2)如O.048-8PC=0，即 ，則有 (1)當 n k m時，須使所有檔距均有s0，則取。(2)當 m0的情況中，使 1= k，即取 (3)當 n k時，則只需取0.0482-8PC0的情況中，使 2= n，即取計算得P值后，將P值代入式(2-11-8)計算出15無風時避雷線應力b。 (1)當 n k m時，須使所有檔距均有s0，則取。2避雷線最大使用應力確定 當求出15無風時避雷線的應力b后，將b及其氣象條件作

16、為已知條件，利用狀態(tài)方程式(245)求出年平均氣溫時應力b1，然后將其與年平均運行應力bcp相比較。如果b1bcp，則需加高避雷線支架后重新計算。 3全線避雷線最大使用應力的確定 一條輸電線路在一般情況下，全線總是統(tǒng)一選擇同一個最大使用應力，此時首先根據(jù)全線各耐張段具體情況，估計幾個代表檔距并確定最小檔距和最大檔距，然后按上述方法分別確定各耐張段的最大使用應力，再取各耐張段最大使用應力中的最大者作為全線避雷線最大使用應力。 2避雷線最大使用應力確定 當求出15無風時避雷線最大使用應力確定后，需校驗避雷線的強度安全系數(shù)是否滿足要求。如安全系數(shù)小于規(guī)定值，則需以加高避雷線支架的方法解決。 例2-1

17、1-1 試選擇某110kV輸電線路避雷線的最大使用應力。已知該線路采用導線為LGJ-9520型，第氣象區(qū)，桿塔為400等徑桿，導線與避雷線懸點高差h=3.1m。估計代表檔距范圍為150300m，各耐張段可能出現(xiàn)的最大、最小檔距分別為 m=330m、n=100m。在代表檔距 0=150300m范圍內，15無風氣象條時導線的應力均為d=816lMPa。 正常避雷線應按表2-11-1選擇，但本例為了標準過度，故選用避雷線選擇型號為GJ-35，解的方法一樣。 解：有關參數(shù)為： 最大使用應力確定后，需校驗避雷線的強度安全系數(shù)是否滿足要求。導線自重比載 gd=35.18710 -3Nm.mm2 1計算 k

18、，選擇P值 由于 m=330m，即 m k，所以取 避雷線截面積 A=3715mm2避雷線彈性系數(shù) E=181423MPa避雷線熱膨脹系數(shù) =11510-6l避雷線有關比載 g1=83.99710-3Nm.mm2 g6(30)=133868Nm.mm2 g7 (5，10)=136395Nm.mm2 導線自重比載 gd=35.18710 -3Nm.mm22.確定各耐張段在15無風氣象條件時的應力 設耐張段代表檔距為 01=150m， 02=300m，則： 01=150m時 02=300m時，因d相同，所以有b2=b1=28520MPa。 3確定各耐張段最大使用應力 此時，因15無風即年平均氣溫氣象條件，而bbcp=294MPa，所以避雷線最大使用應力確定如表2-11-4和表2-11-