古浪供電公司 —配電線路工技師專業(yè)技術論文

1、國家職業(yè)資格全國統(tǒng)一鑒定配電線路工技師論文（國家職業(yè)資格級） 避雷針、避雷線耦合地線防雷效果分析姓 名：董建宏身份證號考證號：2017092721404721186所在省市：甘肅省武威市所在單位：古浪縣供電公司避雷針、避雷線耦合地線防雷效果分析董建宏古浪縣供電公司摘 要：我國6-35kV配電網易發(fā)生雷害事故，雖然在城鄉(xiāng)電網改造后整體狀況有所好轉，但在雷電活動頻繁的地區(qū)，配網中的架空絕緣導線、架空裸導線和配電變壓器等設備因遭受雷擊而引起跳閘事故的情況并未根本好轉，雷害仍嚴重危害配電網的安全、可靠、穩(wěn)定運行。80年代后我國采用架空絕緣導線后，可以大大降低雷害

2、事故發(fā)生次數，但是在實際運行中架空絕緣導線雷擊斷線的事故卻時有發(fā)生。本文對避雷針、避雷線和配電線路加裝耦合地線的防雷效果進行研究分析，提出其相應的適用場合，最終提出了配電網的防雷措施。關鍵詞：避雷措施；防雷效果 ；效果分析1. 引言隨著科技的發(fā)展，電力已成為最重要的資源之一，保證電力的供應對于國民經濟發(fā)展和人民生活水平的提高都有非常重要的意義。雷電是一種雄偉壯觀而又有點令人生畏的自然現象，它的危害體現在雷電的熱效應、機械效應、過電壓效應以及電磁效應，當它對大地產生放電時，便會造成巨大的破壞。由于架空輸電線暴露在自然中，極易受到外界的影響和損害，尤其是雷擊，嚴重地威脅著電網運行的安全。我國主要配

3、電網絡635kV電網最易發(fā)生雷害事故，雖然城鄉(xiāng)電網改造后狀況有所好轉，但在雷電活動頻繁地區(qū)，雷害和雷擊跳閘事故并未根本好轉，嚴重危害配電網的安全、可靠、穩(wěn)定運行。對輸電線路加強防雷措施，不但可以減少由于雷電擊中輸電線路而引起的跳閘次數，還可以有效保護變電站內電氣設備的安全運行，是維持電力系統(tǒng)持續(xù)、可靠供電的重要環(huán)節(jié)。本文針對配電線路的主要特征，從導致雷害的各方面因素出發(fā)，綜合討論了配電線路防雷的主要問題，并針對目前發(fā)生的主要雷害事故提出防范措施。1.1 雷電放電過程與危害作用于電力系統(tǒng)的雷電過電壓最常見的（約90%）是由帶負電的雷云對地放電引起，稱為負下行雷。負下行雷通常包括若干次重復的放電過

4、程，而每次可以分為先導放電、主放電和余輝放電三個階段。1雷電具有極大的破壞性，其電壓高達數百萬伏，瞬間電流可高達數十萬安培。雷擊所造成的破壞性后果體現于下列三種層次：設備損壞，人員傷亡；設備或元器件壽命降低；傳輸或儲存的信號、數據（模擬或數字）受到干擾或丟失，甚至使電子設備產生誤動作而暫時癱瘓或整個系統(tǒng)停頓。防雷，是指通過組成攔截、疏導最后泄放入地的一體化系統(tǒng)方式以防止由直擊雷或雷電電磁脈沖對建筑物本身或其內部設備造成損害的防護技術。1.2 配電線路的雷害我國主要配電網635kV電網配電線路絕大多數無避雷線保護，自身絕緣水平較低，容易遭受雷擊危害。其中又分直擊雷危害和感應雷危害兩種情況。一種是

5、雷擊于線路引起的直擊雷過電壓；另一種是雷擊線路附近，由于電磁感應所引起的感應雷過電壓。由于低壓線路絕緣水平低，由感應雷過電壓引起的雷害故障次數占絕大部分。據測量，感應雷過電壓的幅度可達500kV左右，對配電線路絕緣具有很大的威脅。2因此，配電線路防雷必須充分重視對感應雷過電壓的防護。6-lOkV線路的直擊雷耐雷水平僅為5kA左右，一旦發(fā)生雷直擊線路，很容易發(fā)生沖擊閃絡。但由于直擊雷過電壓導致的故障所占比例很少(不超過10)，而且一旦真正出現，由于線路絕緣水平太低又很難防止其不發(fā)生雷擊閃絡，故在配電網中，防直擊雷并不是配電網防雷中的關鍵。在配電網中，一旦發(fā)生直接雷，通常允許其發(fā)生沖擊閃絡，而在其

6、后采用消弧線圈等措施來消除或控制事故。由于配電線路的絕緣水平相對11OkV及以上輸電線路的絕緣水平低得多。例如：11OkV的線路絕緣子串長度為1m，臨界閃絡電壓為700kV，而6kV或lOkV配電線路的絕緣子串長度僅為01m，臨界閃絡電壓僅為75kV，35kV配電線路的臨界閃絡電壓為也只有350kV，而感應雷過電壓幅值可達400kV500kV，較容易超過配電線路絕緣子的雷電沖擊耐壓而發(fā)生閃絡事故。因此，在配電網中，絕大部分雷害事故是由感應雷過電壓造成的。1.3 架空線路的感應雷過電壓感應過電壓具有極性與雷電的極性正好相反、同時存在于三相導線，相間不存在電位差，故一般只能引起相地之間的閃絡，通常

7、不會產生相間閃絡、幅值不高（一般不會超過500kV）對11OkV及以上電壓等級線路的絕緣不會構成威脅，僅在35kV及以下的線路中可能會產生一些閃絡事故等三個特點。1.4 有關的雷電參數雷電放電受氣象條件、地形和地質等許多自然因素影響，帶有很大的隨機性，因而表征雷電特性的各種參數也就具有統(tǒng)計的性質。主要的雷電參數有：雷暴日及雷暴小時、地面落雷密度、主放電通道波阻抗、雷電流極性、雷電流幅值、雷電流等值波形、雷電流陡度等。在防雷設計中，雷電流的波形采用2.6/50us；雷電流陡度是指雷電流隨時間上升的速度，雷電流陡度越大，對電氣設備造成的危害也越大，常常根據一定的幅值、波頭和波形來推算；防雷保護都取

8、負極性雷電流進行研究分析。2. 避雷針和避雷線防雷分析雷電放電作為一種強大的自然力的爆發(fā)，是難以制止的。目前人們主要是設法去躲避和限制它的破壞性，其基本措施就是設置避雷針、避雷線、避雷器和接地裝置。避雷針和避雷線可以防止雷電直接擊中被保護物體，因此也稱作直擊雷保護；避雷器可以防止沿輸電線路侵入變電所的雷電沖擊波，因此也稱作侵入波保護；而接地裝置的作用就是減小避雷針（線）或避雷器與大地（零電位）之間的電阻值，以達到降低雷電沖擊電壓幅值的目的。2.1 避雷針保護作用的原理避雷針，現稱“接閃桿”，是用來保護建筑物、高大樹木等避免雷擊的裝置。在被保護物頂端安裝一根接閃器，用符合規(guī)格導線與埋在地下的泄流

9、地網連接起來。當雷云放電接近地面時它使地面電場發(fā)生畸變。在避雷針的頂端，形成局部電場集中的空間，以影響雷電先導放電的發(fā)展方向，引導雷電向避雷針放電，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遭雷擊。避雷針需有足夠截面的接地引下線和良好的接地裝置，以便將雷電流安全可靠地引入大地。避雷針一般用于保護發(fā)電廠和變電所，可根據不同情況裝設在配電構架上，或獨立架設。單支避雷針的保護范圍是一個以避雷針為軸的近似錐體的空間。當保護范圍較大時，如果采用單支避雷針保護，要求針比較高，這在經濟上是不合算的，技術上也難以實現，因此，可采用多針保護。2.2 避雷線的防雷原理避雷線，通常又稱架空地線，

10、簡稱地線。避雷線的防雷原理與避雷針相同，是架設在通信線路上方的金屬導線，并接地良好，能有效地將雷電的放電引入大地。主要用于輸電線路的保護，也可用來保護發(fā)電廠和變電所，近年來許多國家采用避雷線保護500kV大型超高壓變電所。用于輸電線路時，避雷線除了防止雷電直擊導線外，同時還有分流作用，以減少流經桿塔入地的雷電流從而降低塔頂電位，避雷線對導線的耦合作用還可以降低導線上的感應雷過電壓。3. 耦合地線防雷分析在線路下方加裝耦合地線雖然不能像避雷線那樣攔截直擊雷，但因具有一定的分流作用和增大導地線之間的耦合系數，因而也能提高線路的耐雷水平和降低雷擊跳閘率。3.1 耦合系數3.1.1 耦合系數的計算圖3

11、-1 兩根平行導電系統(tǒng)及鏡像如圖3-1所示，對架空線路來說，線k的自波阻抗，線k與線j間的互波阻抗可按下列兩式求得： （3-1）式中：線k的半徑； 線k的平均高度。 （3-2）式中：線k與線之間的距離； 線k與線鏡像之間的距離。此外，由于對稱性。 當導線j受到雷擊時，雷電波幅值為u在導線k上將感應出 式中為j線對k線的耦合系數，其值為互波阻抗與自波阻抗的比值，即。因為，所以耦合系數。 3.1.2 耦合系數與作用于絕緣子串上的電壓之間的關系由上述討論知，導、地線之間所承受的過電壓為 （3-3）可見耦合系數k越大，則導線和耦合地線間絕緣子串上所承受的電壓越小，可以有效的防止感應雷對配電線路的危害。

12、4在三相系統(tǒng)中，取耦合地線與導線中耦合系數最小的一相做為耦合系數。 3.2 單回線路桿塔加裝耦合地線 3.2.1 耦合地線位于橫擔下方（1）桿塔參數橫擔高度11.8m，絕緣子長度O.3m，邊相導線距桿塔水平距離0.6m，兩側檔距50m。 （2）1根耦合地線 設S為橫擔與耦合地線懸掛點垂直距離，耦合地線位于橫擔下方，K為耦合系數。3-2是桿塔示意圖。圖3-2 架設1根耦合地線桿塔示意圖表3-1 耦合系數計算結果S0.50.70.9K0.29750.28380.2715（3）2根耦合地線 設Lb為兩根耦合地線間距離，計算所得耦合系數如下所示。圖3-3是桿塔示意圖。 圖3-3 架設2根耦合地線桿塔示

13、意圖表3-2 耦合系數計算結果S/L0.50.70.9060.42540.40660.389710.43760.41910.40231.40.44220.42470.4086 3.2.2 耦合地線位于橫擔上方（1）桿塔參數橫擔高度11.8m，絕緣子長度O.3m，邊相導線距桿塔水平距離0.6m，兩側檔距50m。 （2）l根耦合地線 設S為橫擔與耦合地線懸掛點垂直距離，耦合地線位于橫擔上方，K為耦合系數。圖3-4是桿塔示意圖。圖3-4 架設1根耦合地線桿塔示意圖表3-3 耦合系數計算結果S0.5K0.3879 （3)2根耦合地線設Lb為兩根耦合地線間距離，S取0.5m，計算所得耦合系數如下所示。圖

14、3-5是桿塔示意圖。圖3-5 架設2根耦合地線桿塔示意圖表3-4 耦合系數計算結果0.20.610.51490.57050.56573.2.3 耦合地線位于橫擔平面（1）桿塔參數橫擔高度11.8m，絕緣子長度0.3m，邊相導線距桿塔水平距離0.6m，兩側檔距50m。 (2)2根耦合地線設L為兩根耦合地線間距離，計算所得耦合系數如下所示。圖3-6是桿塔示意圖。圖3-6 架設2根耦合地線桿塔示意圖表3-5耦合系數計算結果0.20.40.60.45240.47320.4843 3.3 雙回線路桿塔加裝耦合地線 3.3.1 耦合地線位于橫擔下方(1) 桿塔參數橫擔高度分別為11.8m、11.1m、10

15、.4m，絕緣子長度0.3m，邊相導線距桿塔水平距離0.6m，兩側檔距50m。(2) 1根耦合地線設S為橫擔與耦合地線懸掛點垂直距離，耦合地線位于橫擔下方，K為耦合系數。圖3-7是桿塔示意圖。圖3-7 架設l根耦合地線桿塔示意圖表3-6 耦合系數計算結果SO.5O.7O.9K0.24640.23710.2284 （3) 2根耦合地線 設Lb為2根耦合地線間距離，計算所得耦合系數如下所示。圖3-8是桿塔示意圖。 圖3-8 架設2根耦合地線桿塔示意圖表3-7 耦合系數計算結果S/L0.50.70.90.60.35590.34290.330710.36870.35550.34311.40.37600.

16、36280.3504 3.3.2 耦合地線位于橫擔平面 (1) 桿塔參數 橫擔高度分別為11.8m、11.1m、10.4m，絕緣子長度0.3m，邊相導線距桿塔水平距離0.6m，兩側檔距50m。 (2) 2根耦合地線 設Lb為2根耦合地線間距離，計算所得耦合系數如下所示。圖3-9是桿塔示意圖。圖3-9 架設2根耦合地線桿塔示意圖表3-8 耦合系數計算結果0.20.40.60.40810.42840.4403 3.4 配電線路加裝耦合地線防雷小結 加裝耦合地線可以有效減少感應雷對配電線路的危害，因此在配電線路，尤其是10KV線路可以廣泛采用。 由上述的計算結果可知，耦合地線加裝在橫擔平面或者橫擔以

17、上，且采用兩條耦合地線時，耦合系數比較高，防雷效果好。但是結合工程實際，將耦合地線直接加裝在橫擔上更容易實現，成本低。4.小結通常采用耐雷水平和雷擊跳閘率來表示一條線路的耐雷性能和所采用防雷措施的效果。輸電線路常采用避雷線、降低桿塔接地電阻、加強線 路絕緣等措施來進行防雷。直擊雷防護的措施主要是裝設避雷針或避雷線，使被保護設備處于避雷針或避雷線的保護范圍之內，同時還必須防止雷擊避雷針或避雷線時引起與被保護物的反擊事故。 4.1 線路防雷措施 （1）對于35kV線路的，最有效的措施有兩種：降低接地電阻(盡量小于10歐姆)和增加耦合地線(在對地高度允許的情況下)。這兩種方法可以因地制宜地單獨采用、

18、也可以合起來采用；5 （2）對于原來沒有加裝避雷線或者單避雷線的線路，由于控制繞擊比較困難，可以在鐵塔兩側加橫向的側向避雷針(伸出長度為3m)，它可以有效地減少線路繞擊事故的發(fā)生； （3）對于新建35kV線路，如果要使用架空地線，則應該考慮采用雙避雷線，不應采用單避雷線方式。這樣，可以有效地控制線路保護角，防止線路發(fā)生繞擊； （4）35kV及以下的線路主要防雷措施：依靠架設消弧線圈和自動重合閘； （5）10KV架空裸導線在配電網導線下方0.5m-1.0m處掛一根接地線。 4.2 發(fā)電廠和變電所的防雷措施 發(fā)電廠和變電所是電力系統(tǒng)的樞紐，設備相對集中，一旦發(fā)生雷害事故，往往導致發(fā)電機、變壓器等重要電氣設備的損壞，更換和修復困難，并造成大面積停電，嚴重影響國民經濟和人民生活。因此，發(fā)電廠和變電所的防雷保護要求十分可靠。 變電所中出