輸電線路綜合防雷措施研究論文

1、 畢業(yè)設(shè)計（論文） 題 目：110kV輸電線路綜合防雷措施的研究學(xué)生姓名：曹 其 萌年 級：電自10-1專 業(yè)：發(fā)電廠及電力系統(tǒng)指導(dǎo)教師：張 紅輔導(dǎo)教師：張 紅 2012年12 月 17日 目錄 摘要.2第一章 輸電線路的防雷 1.1 線路防雷保護(hù)大展.3 1.2 目前山東省110kV輸電線路雷擊跳閘情 況及存在問題.3-5第二章 過電壓計算及影響因素 2.1 雷電過電壓的計算方法.6-11 2.2 110kV輸電線路雷擊跳閘率的影響因 素.11-13第三章 防雷措施及新技術(shù) 3.1 線路防雷技術(shù)措施的分析及有效 性.13-15 3.2 現(xiàn)有基礎(chǔ)上完善防雷措施的改造原 則.15-19結(jié)束語.1

2、9致謝.19參考文獻(xiàn).19-20 110kV輸電線路綜合防雷措施的研究 摘要 本文在現(xiàn)有輸電線路防雷研究成果的基礎(chǔ)上，對110kV輸電線路防雷措施進(jìn)行了較為綜合的研究.查閱一系列資料了解輸電線路防雷保護(hù)的發(fā)展，探討了在實(shí)際運(yùn)行情況中影響輸電線路耐雷水平的各種因素，掌握耐雷性能計算方法。并以2008年山東省110kV輸電線路的雷擊跳閘情況為實(shí)例，分析了輸電線路實(shí)際運(yùn)行中存在的問題及影響雷擊跳閘的各種因素。通過雷電過電壓的計算，分析現(xiàn)有的輸電線路防雷技術(shù)的措施，并證明其有效性，最后找出一些國內(nèi)外最近紀(jì)念新的防雷技術(shù)。關(guān)鍵詞：耐雷水平. 雷擊跳閘率。雷電過電壓計算. 防雷措施 Study on li

3、ghtning protection performance for 110kV Transmission line Abstract lightning withstand level of transmission lines 第一章 輸電線路的防雷1.1 線路防雷保護(hù)大展輸電線路的防雷保護(hù)大體上經(jīng)歷了四個階段。第一階段（1930年以前）是以防止感應(yīng)雷為主的階段。最初，線路電壓等級很低，感應(yīng)雷引起的雷害事故是線路防雷的主要矛盾。因此，為了減少相導(dǎo)線上感應(yīng)過電壓，在輸電線路上加裝了地線，但這條地線是掛在相線下面的，僅作為耦合地線用。 第二階段（1930-1950年），以防止直擊雷為主的階段，

4、也是雷電參數(shù)得以系統(tǒng)歸納設(shè)計的時期。這一時期逐步明確了對110-220kV高壓線路來說，直擊雷是主要矛盾，并提出了直擊雷防護(hù)計算方法。美國于1923年建成了220kV高壓輸電線路，由于運(yùn)行后發(fā)生多次大的雷害事故，促使了防雷工作的迅速發(fā)展，隨著輸電線路電壓等級的提高，線路絕緣水平也大大提高，感應(yīng)過電壓不可能使絕緣閃絡(luò)。在這種情況下，人們才開始認(rèn)識到直擊雷是線路雷害事故的主要原因。因此各國進(jìn)行了大量的雷電觀察，提出了用行波理論來計算絕緣子串兩端電壓的方法。第三階段（1950-1962年左右）是由美國OVEC-345kV線路異常高的閃絡(luò)率所引起的爭論和對以前的防雷計算的方法和數(shù)據(jù)進(jìn)行重新估價的時期。

5、這場爭論極大的促進(jìn)了線路防雷研究工作的進(jìn)展，使理論分析、現(xiàn)場測試、模擬試驗(yàn)和進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的積累等方面的工作都有了極大的提高。第四階段（1962年以后到至今），為模擬試驗(yàn)、現(xiàn)場實(shí)測、概率統(tǒng)計方法和計算機(jī)綜合使用的階段。1.2.1目前山東省110kV輸電線路的雷擊跳閘情況前面了解了輸電線路的發(fā)展及耐雷性能的計算方法，下面我們通過2008年山東電網(wǎng)輸電線路雷擊跳閘情況進(jìn)行分析，找出其中的問題，并提出相應(yīng)的防雷改進(jìn)措施。截至2007年底，山東電網(wǎng)運(yùn)行的110kV及以上的輸電線路概況如表1，2008年220kV及以上輸電線路跳閘情況如表2. 表1 山東電網(wǎng)110kV及以上輸電線路統(tǒng)計表 電壓 等級 線路條數(shù)

6、 線路公里數(shù)2006 年2007年同比增 加2006年2007年同比增 加500kV404663399.783932.007532.227220kV4035091061199212925.07933.071110kV532625936649.26828.27179.069 表2 2008年220kV及以上輸電線路跳閘統(tǒng)計表風(fēng)偏放電雷擊閃落外力破壞污穢閃絡(luò)設(shè)備質(zhì)量自然災(zāi)害鳥害閃絡(luò)原因不明合 計500kv040010005220kv011130014029合計015130114034 由表2看出，2008年山東電網(wǎng)220kV及以上輸電線路共跳閘34次，其中累計跳閘15次，占44.1%。15次雷擊跳

7、閘中有7次發(fā)生在同塔雙回線路上?？梢娎讚羰窃斐?20kV及以上輸電線路跳閘的主要原因之一。2008年山東電網(wǎng)雷擊跳閘重合成功率較低，僅為46.7%。11次220kV及以上輸電線路雷擊跳閘中，有8次重合不成功，主要原因：1.一條空充線路不投重合閘；2.一條線路兩相跳閘；3.兩條線路因重復(fù)性雷擊或10s內(nèi)再次雷擊；4.其他原因。1.2.2 存在的問題上一節(jié)介紹了山東電網(wǎng)的雷擊跳閘情況，下面需要找出其存在的問題及性質(zhì)，并找到相應(yīng)的措施。輸電線路雷擊跳閘的原因及性質(zhì)：雷電過電壓分為感應(yīng)雷過電壓和直擊雷過電壓。感應(yīng)雷過電壓的特點(diǎn)是它在線路的三相上同時產(chǎn)生，只是由于線路懸掛高度不同，略有差異。隨著輸電線路

8、電壓等級的提高，感應(yīng)過電壓已不可能使絕緣閃絡(luò)，直擊雷已成為雷害事故的主要原因。直擊雷過電壓分為繞擊和反擊。由于一般線路都未安裝雷電流測量裝置（如雷電尋跡器），給防雷分析帶來難度，反擊和繞擊分不清，就不好對癥下藥，國內(nèi)外有關(guān)防雷專家，依據(jù)大量現(xiàn)場運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，提出區(qū)分繞擊和反擊的原則，如下表3 表3 區(qū)分繞擊和反擊的原則 比較項(xiàng)目 反擊 繞擊 1 雷電流測量電流大，結(jié)合電流途徑電流小，結(jié)合電流途徑 2 接地電阻 大 小 3閃絡(luò)基數(shù)和相數(shù)一基多相或多基多相單基單相或相鄰二基同相 4 塔身高度 大 小 5 地形特點(diǎn)一般，不易繞擊山坡及山頂?shù)纫桌@擊 6 閃絡(luò)相別耐雷水平較低相耐雷水平較高相 圖2 全省每月

9、雷擊跳閘分布圖 通過分析，造成山東電網(wǎng)高壓輸電線路雷擊跳閘的主要原因有以下幾點(diǎn)：雷電活動強(qiáng)烈。在上圖2看出，我省的雷電活動和輸電線路雷擊跳閘主要集中在每年的5-8月份，這段時間也是我省雷電活動最強(qiáng)烈的時間。 地形地勢的影響。在我省高壓輸電線路累計跳閘故障中，山區(qū)、丘陵地形的桿塔遭受雷擊的次數(shù)所占比例較大。 繞擊是造成我省高壓輸電線路雷擊跳閘的主要原因。2008年15次雷擊跳閘中，其中只有依次確定為反擊外，其他絕大多數(shù)可認(rèn)為是繞擊造成。造成線路繞擊的主要原因是保護(hù)角偏大，或是保護(hù)角的設(shè)計千篇一律，沒有區(qū)分平原和山區(qū)。 接地電阻較大引起反擊。當(dāng)桿塔型式、尺寸與絕緣子型式和數(shù)量確定后，影響線路反擊耐

10、雷水平的主要因素就是桿塔接地電阻，雷擊桿塔的耐雷水平隨著桿塔接地電阻的增加而降低。擋桿塔接地電阻超標(biāo)時，線路耐雷水平降低，雷擊避雷線或塔頂后，反擊導(dǎo)線引起跳閘。 第二章 過電壓計算及影響因素 第一章以山東電網(wǎng)高壓輸電線路的雷擊跳閘情況為例，分析了輸電線路遭受雷擊所產(chǎn)生的問題，以此表明輸電線路防雷的重要性和必要性，下面來進(jìn)行輸電線路雷電過電壓的計算方法。耐雷性能的計算介紹電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)交流電氣裝置的過電壓和絕緣配合（DL/T620-1997）推薦的計算方式是將桿塔簡單視為一等值電感的方式來計算，無法確定雷擊桿塔時桿塔上各節(jié)點(diǎn)的電位隨時間變化的過程。因此，目前世界各國對同桿雙回路線繞擊率的計算方法基

11、本都是采用電氣幾何模型（擊距法），只是在一些具體參數(shù)上的選用上有差異，但在反擊計算上，各國的方法相差很大，有用行波法、EMTP程序等等，現(xiàn)分別進(jìn)行簡單介紹：擊距法：所謂電氣幾何法是指將雷擊的放電特性與線路的結(jié)構(gòu)尺寸聯(lián)系起來而建立的一種幾何分析計算方法。該方法以雷擊機(jī)理為基礎(chǔ)，與實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)比較吻合，在許多國家早已得到公認(rèn)和應(yīng)用。WSEGM法的核心是“Whitehead-Brown”繞擊模型。如圖1.1所示；電氣幾何法的基本原理建立在下列基本假設(shè)的基礎(chǔ)上： 由雷擊向地面發(fā)展的先導(dǎo)放電通道頭部到達(dá)被擊物體的臨界擊穿距離以前，擊中點(diǎn)是不確定的，先到達(dá)哪個物體的擊距之內(nèi)，即向該物體放電。 根據(jù)理論研究

12、和試驗(yàn)，擊距與雷電流幅值有如下關(guān)系： （2-1） 式中k、p是兩個常熟、不同研究者給出的數(shù)值差別很大，常見的擊距公式有： Whitedhead擊距公式： （2-2）IEEE雷電工作組擊距公式： （2-3） 朱式模型擊距公式： （2-4） 不考慮雷擊目的物體形狀和近鄰效應(yīng)等其他因素對擊距的影響，認(rèn)為先導(dǎo)對桿塔、避雷線、導(dǎo)線的擊距相等。 先導(dǎo)接近地面時的入射角服從某一給定的概率分布函數(shù)，垂直落雷密度很大，水平落雷密度下降到0. 根據(jù)以上假設(shè)作圖，線路周圍的空間被劃分為三個區(qū)域：ok直線沿線路形成的斜面以上是雷擊避雷線的區(qū)域；ok斜面與H、ck拋物線沿線路形成的曲面所包圍的區(qū)域是雷繞擊導(dǎo)線的區(qū)域；H

13、CK曲面以下是雷擊地面的區(qū)域。當(dāng)雷電流幅值大于時，雷擊或擊中避雷線，或擊于大地，不再發(fā)生繞擊，此時的成為最大繞擊電流，相應(yīng)的擊距稱為最大擊距可以通過圖中的幾何關(guān)系導(dǎo)出。 行波法 行波法，即將桿塔的各段線路視為線路段，并視為分布參數(shù)，把分布參數(shù)的線段化成集中參數(shù)模型，然后再用集中參數(shù)電路的節(jié)點(diǎn)分析法，求出桿塔各節(jié)點(diǎn)電壓，得出絕緣子串的電位差隨時間的變化過程，并與其伏秒特性進(jìn)行比較，判斷絕緣子串是否閃絡(luò)。計算過程反映了雷電波在桿塔上的傳播過程，以及反射波對桿塔節(jié)點(diǎn)電位的影響。因?yàn)檫@種方法是從線路的貝杰龍數(shù)學(xué)模型出發(fā)的，所以又稱為貝杰龍法。蒙特卡洛法 蒙特卡洛法作為一種通用的統(tǒng)計模版方法，首先出現(xiàn)于

14、第二次世界大戰(zhàn)期間代號叫“Monte carlo” 的核武器研制計劃，50年代以來在各個學(xué)科技術(shù)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用，1961年JAD首先用 Monte carlo法解決線路防雷問題，后來進(jìn)一步改進(jìn)并推薦在設(shè)計中使用。Monte carlo法又稱統(tǒng)計模擬法或統(tǒng)計實(shí)驗(yàn)法。就是利用數(shù)學(xué)的方法產(chǎn)生各種不同分布的隨機(jī)變量抽樣序列，來模擬給定問題的概率統(tǒng)計模型。然后給出問題數(shù)值解的漸進(jìn)統(tǒng)計估計值。用這種方法來求取線路雷擊跳閘率，可以看作是利用計算機(jī)完成的模擬輸電線路耐雷性能的數(shù)值實(shí)驗(yàn)。其原理是由計算機(jī)產(chǎn)生代表雷電流幅值、波前長度等統(tǒng)計量，計算線路耐雷性能。1962年，我國利用概率論的方法，提出了考慮雷

15、電流幅值和陡度兩個隨機(jī)變量的線路雷擊跳閘率計算方法。用這種分析法計算危險參數(shù)曲線和跳閘率，同取某一固定陡度計算耐雷水平和跳閘率相比，更能符合實(shí)際，在高桿塔線路和超高壓線路更是如此。 用Monte carlo法計算雷擊跳閘率的優(yōu)點(diǎn)在防雷計算中的很多參數(shù)的變化是隨機(jī)的，用Monte carlo法可以產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)來模擬實(shí)際雷電流、雷擊電位、線電壓等。缺點(diǎn)是雷擊中的部位判據(jù)難找，雷擊中部位的閃絡(luò)判據(jù)也不好找，目前尚無一個統(tǒng)一的判據(jù)。 2.1 .1感應(yīng)過電壓 110KV輸電線路出現(xiàn)的大氣過電壓有兩種，一種是雷直擊于線路引起的叫直擊雷過電壓，一種是雷擊線路附近的地面，由于電磁感應(yīng)所引起的叫做感應(yīng)雷過電壓。

16、當(dāng)雷電擊到110KV 線路附近的大地時，由于電磁感應(yīng)，在線路上的導(dǎo)線會感應(yīng)過電壓。當(dāng)雷云對線路附近的地面放電時，先導(dǎo)通道中的負(fù)電荷迅速中和，使導(dǎo)線的電廠迅速消失，這樣導(dǎo)線上的束縛電荷就會迅速釋放，電荷會沿著導(dǎo)線向兩側(cè)運(yùn)動形成感應(yīng)雷過電壓。這種由于先導(dǎo)通道形成的靜電場突然消失而引起的的感應(yīng)電壓稱為感應(yīng)過電壓靜電分量。于此同時雷電通道中的雷電流在通道周圍空間建立了很強(qiáng)大的磁場，這個強(qiáng)大的磁場也會使導(dǎo)線感應(yīng)出很高的電壓，這種由于磁場變化而引起的感應(yīng)電壓稱為感應(yīng)過電壓的電磁分量。 根據(jù)理論和實(shí)際測量出來的結(jié)果，當(dāng)雷擊點(diǎn)到110KV輸電線路距離大于65m時，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓最大值Ug可以計算，其計算公

17、式如下； Ug=25（）/S （2-5）雷電流幅值（KA）導(dǎo)線懸掛的平均高度（m）S雷擊點(diǎn)里線路的距離(m） 如果110KV輸電線路線上掛有避雷線，則避雷線對其有屏蔽效應(yīng)，線路上的感應(yīng)電荷就會減少，線路上的感應(yīng)過電壓就會下降。這樣原有的公式就不在適應(yīng)現(xiàn)在的計算了，若避雷線不接地線，則可以根據(jù)下式求得； =25（）/S =25（）/S (2-6)所以 =（）/ （2-7） 避雷針實(shí)際上是通過每基桿塔接地的，因此可以在避雷線上假想有一個電位-U,用此來保證避雷線上的電位為零，此電位將在導(dǎo)線上產(chǎn)生耦合，這樣導(dǎo)線上的電位可以用下式來計算； U=-K=（1-/）=（1-K）（2-7） (2-8)K避雷線

18、與導(dǎo)線的耦合系數(shù)。 由上式可以看出，接地避雷線的存在，可使導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓由下降到（1-K）。耦合系數(shù)越大則導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓就會越低。 當(dāng)雷擊桿塔時，由于當(dāng)雷電放電時的電場迅速改變，伴隨著磁場的巨大變化，將在導(dǎo)線上感應(yīng)出很強(qiáng)的雷電流，不過現(xiàn)在還有很多爭論，但是下式可以大約的計算出感應(yīng)電壓； = （2-9） a感應(yīng)過電壓系數(shù)，（KV/m）。 當(dāng)110KV輸電線路上有避雷線時，由于它的屏蔽效應(yīng)公式為； =ad（1-K） (2-10） K為耦合系數(shù)。2.1.2 直擊雷過電壓 雷電流直接對110KV輸電線路放電有三種情況，既雷擊桿塔塔頂，雷擊避雷線檔距中央，雷繞過避雷線擊在導(dǎo)線上。 雷擊桿塔塔頂時

19、，雷電中的負(fù)電荷與塔頂上感應(yīng)的正電荷迅速中和，形成雷電流，此雷電流沿著桿塔向下運(yùn)動，另外還有兩個類此的電流波分別自雷擊點(diǎn)向兩側(cè)移動，此時干塔塔頂也有一正電流波沿著雷電流通道向上運(yùn)動，根據(jù)基爾霍夫定律，這個正電流波與以上三個負(fù)的電流波的總和相等。過電壓就是由于這幾個電流波引起的。 當(dāng)雷擊塔頂電位為時，則與塔頂相連的避雷線上也會有和此電位相同的電位，由于避雷線和導(dǎo)線的耦合作用在110KV輸電線路上也會產(chǎn)生耦合電壓K，此電壓與雷電流極性相同。由于雷電流的電磁場的作用，110KV輸電線路上尚有感應(yīng)過電壓a（1-K），此電壓與雷電流異極性，所以導(dǎo)線電位的幅值為 =K-a（1-K） （2-11） 線路上的

20、絕緣子串上兩端電壓為塔頂電位與導(dǎo)線之差，故110KV輸電線路絕緣上的電壓幅值Uj為 =-=-K+a（1-K）=（+a）（1-K） (2-12)當(dāng)a=IL/2.6時，代入上式可得 =（+/2.6+/2.6）(1-K) （2-13） 上式的K值應(yīng)采用電暈修正后數(shù)值。雷擊桿塔的耐雷水平可有等于線路絕緣子串的50%沖擊閃絡(luò)電壓時求得 =/(（1-K）（+/2.6）+/2.6）) (2-14）由上式可以看出，增加耦合系數(shù)K可以減少絕緣子串上電壓和減小感應(yīng)過電壓，同樣也可以提高耐雷水平。一般將單線避雷線改為雙避雷線，或者在導(dǎo)線下方增設(shè)架空地線，主要作用是增強(qiáng)導(dǎo)。地線間的耦合作用，同時也可以增加地線的分流作

21、用。當(dāng)雷擊避雷線檔距中央時，雷擊點(diǎn)阻抗為/2，根據(jù)流入雷擊點(diǎn)的雷電流波為 =/(1+/2) （2-15）所以雷擊點(diǎn)的電壓為 =/2=/(2+) （2-16） 由于電壓波的折射和反射作用，所以這種波是隨著時間變化而變化的，當(dāng)雷擊開始時，雷擊點(diǎn)的電壓就向相臨的桿塔方向運(yùn)動，經(jīng)過l/2vb時間到達(dá)桿塔，由于桿塔的接地作用，桿塔處將有一負(fù)反射波返回雷擊點(diǎn)，又經(jīng)過相同的時間，此反射波到達(dá)雷擊點(diǎn)，若是此時雷電流還沒有到達(dá)幅值時，當(dāng)這個時間小于雷電流波頭時，那么雷擊點(diǎn)的電位子負(fù)反射波到達(dá)之時開始下降。若雷電流取為斜角波頭即=at，則根據(jù)上式將t=l/vb帶入可得雷擊點(diǎn)的最高電位： =al/(vb(2+) （

22、2-17） 由于避雷線與110KV輸電線路間的耦合作用，在此線路上將產(chǎn)生耦合電壓K，所以雷擊處與輸電線路的空氣間隙S上所承受的最大電壓U為： =(1-K)=al(1-K)/(vb(2+) (2-18) 有上式可知，當(dāng)雷擊避雷線檔距中央時，雷擊處避雷線與輸電線路線間的空氣間隙S上的電壓，與耦合系數(shù)K、雷電流陡度a以及檔距長度l有關(guān)，此電壓超過空氣間隙S的放電電壓時，間隙間隙將被擊穿造成短路事故。 運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明，在線路落雷總次數(shù)中，雷擊桿塔的次數(shù)與避雷線的根數(shù)和經(jīng)過地區(qū)的地形有關(guān)。裝設(shè)避雷線的線路，使110KV輸電線路三相導(dǎo)線都處于它的保護(hù)范圍之內(nèi)，但是仍然存在雷繞過避雷線而直接擊中導(dǎo)線的可能性，

23、發(fā)生這種繞擊的概率稱為繞擊率。經(jīng)運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場實(shí)測證明：之值與避雷線對邊相線路的保護(hù)叫，桿塔高度h及線路通過地區(qū)的地形地貌等因素有關(guān)系，可用下列公式求得：對于平原地區(qū) =(h)/86-3.9對于山區(qū) =（h）/86-3.35式中：為保護(hù)角（m）；h為桿塔高度（m）。 (2-19) 現(xiàn)在要計算繞擊時的過電壓和耐雷水平，繞擊時雷擊點(diǎn)阻抗為/2，流經(jīng)雷擊點(diǎn)的雷電流波為=/(1+/2) (2-20)導(dǎo)線上電壓為 =/2=/(2+) (2-21)其幅值為 =/(2+) (2-22) 繞擊時110KV輸電線路上電壓幅值隨雷電流幅值的增加而增加，若超過線路絕緣子串的沖擊閃絡(luò)電壓，則絕緣子串將發(fā)生閃絡(luò)，繞擊時

24、的耐雷水平I2可令等于絕緣子串50%閃絡(luò)電壓來計算： =(2+)/() (2-23)2.2 110kV輸電線路雷擊跳閘率的影響因素關(guān)于輸電線路的雷擊跳閘因素有很多。其原因有下：線路桿塔高度、桿塔的等值波阻抗、桿塔所處的位置、避雷線保護(hù)角、桿塔的接地電阻、桿塔外絕緣水平等。下面做簡單介紹。能夠危害高壓輸電線路安全的主要是直擊雷，直擊雷又分為反擊雷和繞擊雷兩種。500kV輸電線路的繞擊耐雷水平一般為15-30kV，而反擊耐雷水平一般在100kV以上。只要電流幅值一般的雷繞擊到導(dǎo)線上就會造成線路跳閘，所以防止雷電繞擊又是線路防雷工作的重點(diǎn)。避雷線保護(hù)角：架設(shè)架空避雷線是高壓輸電線路最基本、最有效的防

25、雷措施。避雷線對導(dǎo)線的保護(hù)效果與其保護(hù)角的大小有密切的關(guān)系。跳閘率隨保護(hù)角的增大而增加，減小保護(hù)角可以有效降低繞擊率，當(dāng)保護(hù)角降低到一定程度時甚至可以起到屏蔽作用，使導(dǎo)線基本不會受到繞擊。桿塔接地電阻：以DL/T620-1997交流電氣裝置的過電壓保護(hù)和絕緣配合中的500kV典型酒杯桿塔的塔形尺寸和絕緣子串的50%雷電絕緣沖擊水平實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（見表4）來看，隨著桿塔借點(diǎn)電阻的增加，線路耐雷水平明顯降低。 表4 桿塔接地電阻與耐雷水平間的關(guān)系接地電阻/ 7 15 30耐雷水平/kV 176.7 125.4 81.2可以通過如下公式來驗(yàn)算接地電阻與耐雷水平之間的關(guān)系： = (2-24)-耐雷水平；-絕

26、緣子串的50%沖擊放電電壓K-導(dǎo)線和避雷線之間的耦合細(xì)數(shù)-為導(dǎo)線和地線之間的幾何耦合系數(shù)-為桿塔的分流系數(shù)-為桿塔的沖擊接地電阻-為桿塔電感雷擊塔頂反擊的耐雷水平： 根據(jù)耐雷水平就是不致引起線路絕緣閃絡(luò)的最大雷電流幅值的定義，令式中t=，i=I，對斜角波a=，得絕緣子串電壓幅值為 (2-25)由即可求得雷擊塔頂反擊時的耐雷水平，即 (2-26)注意式中應(yīng)取絕緣子串正極性50%沖擊放電電壓，因?yàn)榻^大多數(shù)雷擊為負(fù)極性，雷擊塔頂時作用在絕緣子串上的電壓懸掛端為負(fù)極性，導(dǎo)線段位正極性比較接近絕緣子串施加正極性實(shí)驗(yàn)電壓條件。 式中可以看出，雷擊塔頂反擊耐雷水平與導(dǎo)、地線間的耦合系數(shù)k、桿塔分流系數(shù)、桿塔

27、沖擊接地電阻、桿塔等值電感以及絕緣子串的50%沖擊放電電壓等因素有關(guān)。但在實(shí)際工程中，往往以降低桿塔沖擊接地電阻和提高導(dǎo)、地線之間的耦合系數(shù)k作為提高線路耐雷水平的主要手段。 第三章 防雷措施及新技術(shù) 隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展,對輸電線路供電可靠性的要求越來越高。同時伴隨著電網(wǎng)的發(fā)展,雷擊輸電線路引起的跳閘、停電事故絕對值也日益增多。據(jù)電網(wǎng)故障分類統(tǒng)計表明,在我國跳閘率較高的地區(qū),高壓線路運(yùn)行的總跳閘次數(shù)中,由于雷擊原因的事故次數(shù)約占(5070)%。尤其是在多雷、土壤電阻率高、地形復(fù)雜的山區(qū),雷擊輸電線路引起的事故率更高,帶來巨大的損失。要保障線路安全運(yùn)行;應(yīng)對雷害原因進(jìn)行有效的分析，確定雷擊性質(zhì)，并采

28、取相應(yīng)有效的防雷措施。 3.1現(xiàn)有輸電線路的防雷技術(shù)措施的分析及其有效性3.1.1雷害原因分析輸電線路雷擊閃電是由雷云放電造成的過電壓通過線路桿塔建立放電通道，導(dǎo)致線路絕緣擊穿，這種過電壓也稱為大氣過電壓，前面我們介紹了大氣過電壓可分為直擊雷過電壓和感應(yīng)雷過電壓。雷擊主要是通過建立一個放電泄流通道，從而使大地感應(yīng)電荷中和雷云中的異種電荷，因此雷擊和接地裝置的完好性有直接的關(guān)系。輸電線路感應(yīng)雷過電壓最大可達(dá)到400kV左右，它對35KV及以下線路絕緣威脅很大，但對于110kV及以上線路絕緣威脅很小，110kV及以上輸電線路雷擊故障多由直擊雷引起，并且同接地裝置的完好性有直接的關(guān)系。直擊雷又分為反

29、擊和繞擊，都嚴(yán)重危害線路安全運(yùn)行。在采取各種防雷措施之前，應(yīng)該對雷擊性質(zhì)進(jìn)行有效分析，準(zhǔn)確分析每次線路故障的閃絡(luò)類型，采用針對性強(qiáng)的防雷措施，才能達(dá)到很好的防雷效果。反擊雷過電壓是雷擊桿頂和避雷線出現(xiàn)的雷過電壓，主要與絕緣強(qiáng)度和桿塔接地電阻有關(guān)，一般發(fā)生在絕緣弱相，無固定閃絡(luò)相別，所以對于反擊雷過電壓應(yīng)采取降低桿塔接地電阻，加強(qiáng)絕緣，提高耐雷水平。繞擊雷過電壓是雷電繞過避雷線直接擊中導(dǎo)線而出現(xiàn)的雷過電壓，主要與雷電流幅值，線路防雷保護(hù)方式，桿塔高度，特殊地形有關(guān)，主要發(fā)生在兩邊相。目前對繞擊雷過電壓采取的主要措施是減少避雷線保護(hù)角，安裝避雷器等。實(shí)際運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)表明:山區(qū)線路由于地形因素的影響和有

30、效高度的增加，繞擊率較高;平原，丘陵地區(qū)的線路則以反擊為主。山區(qū)線路選擇良好的防雷走廊，減小避雷線保護(hù)角，加強(qiáng)絕緣是最有效的防雷措施。對于平原，丘陵地區(qū)的線路降低按地電阻是最有效的防雷措施。影響雷害的因素有很多，通過對輸電線路雷擊故障分析，準(zhǔn)確判斷雷害故障的性質(zhì)，必須掌握線路的運(yùn)行狀況，結(jié)合現(xiàn)場地理情況進(jìn)行綜合分析。3.1.2防雷措施輸電線路防雷設(shè)計的目的是提高線路的防雷性能，降低線路的雷擊跳閘率。在確定線路防雷的方式時，應(yīng)綜合考慮系統(tǒng)的運(yùn)行方式、線路電壓等級和重要程度、線路經(jīng)過地區(qū)雷電活動的強(qiáng)弱、地形地貌特點(diǎn)、土壤電阻率等自然條件，并參考當(dāng)?shù)卦芯€路的運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)，經(jīng)過技術(shù)經(jīng)濟(jì)比較，采取合理的保

31、護(hù)措施。除架設(shè)避雷線措施之外，還應(yīng)注意做好以下幾項(xiàng)措施。1接地裝置的處理(1)高壓輸電線路耐雷水平隨桿塔接地電阻的增加而降低。電壓等級越高，降低桿塔接地電阻的作用將變得更加重要。對土壤電阻率較高地區(qū)，應(yīng)選擇更換接地網(wǎng)形式和置換土壤的方法，達(dá)到降阻。在雷擊多發(fā)區(qū)域，主網(wǎng)線路桿塔接地電阻應(yīng)保證小于10，山區(qū)也應(yīng)小于15。在雷雨季節(jié)前，對雷擊多發(fā)區(qū)域線路應(yīng)按規(guī)程要求的方法，進(jìn)行桿塔接地電阻測量。(2)接地裝置埋深，要求大干0.6 m，采用增大截面的接地引下線，引下線(熱鍍鋅)表面要進(jìn)行防腐處理。嚴(yán)格按照規(guī)程執(zhí)行接地裝置的開挖檢查制度。重點(diǎn)檢查接地裝置的埋深、接頭和截面的測量，對不合格的及時進(jìn)行處理。

32、(3)降低桿塔接地電阻，還需要確保架空地線、接地引下線、地網(wǎng)相互之間的良好連接。 2減小外邊相避雷線的保護(hù)角或者采用負(fù)角保護(hù)在以往進(jìn)行防雷設(shè)計時，只要求遵照規(guī)程規(guī)定滿足桿塔避雷線保護(hù)角的要求就行了，忽略了山坡對防雷保護(hù)角的影響，則造成了桿塔防雷保護(hù)角不能滿足防雷設(shè)計的實(shí)際要求，增加了線路閃絡(luò)次數(shù)，影響了電網(wǎng)安全運(yùn)行。針對山區(qū)運(yùn)行線路容易受繞擊的情況，建議采用有效屏蔽角公式計算校驗(yàn)桿塔有效保護(hù)角，以便設(shè)計時針對保護(hù)角偏大情況采取相應(yīng)措施減少雷電繞擊概率。 3加強(qiáng)絕緣和采用不平衡絕緣方式在雷電活動強(qiáng)烈地段、大跨越高桿塔及進(jìn)線段，應(yīng)增加絕緣子片數(shù)。因?yàn)檫@些地方落雷機(jī)會較多，塔頂電位高，感應(yīng)過電壓大，

33、受繞擊的概率也較大，通過適當(dāng)增加絕緣子片數(shù)，增大導(dǎo)線和避雷線間的距離，達(dá)到加強(qiáng)絕緣的目的。規(guī)程規(guī)定:全高超過40m的有地線桿塔，每增高10m應(yīng)增加一片絕緣子。隨著同桿塔架設(shè)雙回線路的不斷出現(xiàn)，當(dāng)普通的防雷措施不能滿足要求時，采用不平衡絕緣方式可避免雙回線路在遭受雷擊時同時跳閘。其原理是兩回路的絕緣子片數(shù)不同，遇到雷擊情況時，絕緣子片數(shù)少的一回路先閃絡(luò)，閃絡(luò)后的導(dǎo)線相當(dāng)于避雷線，增加了對另一回路導(dǎo)線的耦合作用，提高了另一回路的耐雷水平，使之不發(fā)生閃絡(luò)，保持連續(xù)供電。4安裝避雷器避雷線的架設(shè)在一定程度上降低了導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓，但不是完全消除，這就要求安裝避雷器來將雷電流泄放到大地，從而限制過電壓

34、，保障輸電線路及設(shè)備的安全。未沿全線架設(shè)避雷線的35kV110kV架空輸電線路，應(yīng)在變電所1km2km的進(jìn)線段架設(shè)避雷線。此外，發(fā)電廠、變電所的35kV及以上電纜進(jìn)線段，在電纜與架空線的連接處應(yīng)裝設(shè)閥型避雷器，連接電纜段的1km架空線路應(yīng)架設(shè)避雷線。5裝設(shè)自動重合閘裝置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%。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。6加強(qiáng)雷電監(jiān)測雷擊閃絡(luò)中單

35、相閃絡(luò)機(jī)會最多，閃絡(luò)地點(diǎn)也是一基桿塔比較多見，但有時也有連續(xù)幾基同時閃絡(luò)，或相隔幾基閃絡(luò)的。所以，故障巡查時，不能只查到一個故障點(diǎn)就結(jié)束故障巡視，而應(yīng)把全區(qū)段查完。對110kV及以上輸電線路可以應(yīng)用雷電定位系統(tǒng)，雷電定位系統(tǒng)是一種全自動實(shí)時雷電監(jiān)測系統(tǒng)。當(dāng)線路發(fā)生雷擊跳閘時，雷電定位系統(tǒng)能準(zhǔn)確定位雷擊桿塔，幫助巡線人員及時查找故障點(diǎn)，大大節(jié)省巡線人員的故障巡視時間，使線路及時恢復(fù)供電，確保線路的供電可靠性。同時，通過對雷電定位系統(tǒng)的統(tǒng)計分析，能及時掌握雷電活動的規(guī)律、特性和有關(guān)數(shù)據(jù)，為做好防雷工作提供保證。3.2 過內(nèi)外近期的防雷新技術(shù)和有關(guān)改造 (3-1) 近來年，國處進(jìn)行了另一種人工影響雷

36、電的實(shí)驗(yàn)。其做法是：在雷雨云到達(dá)成熟階段之前，用高射炮、火箭等運(yùn)載工具把大量的金屬針粉或裹著鋁箔的尼龍纖維（每條纖維長10厘米）投擲到云中去。這些導(dǎo)電性能良好的粉劑投入云中后，可以大大地改善云的導(dǎo)電性能，從而起到分散云中電荷的作用。云中不能形成電荷中心，也就減少了產(chǎn)生雷電的可能性。 此外，人工影響對流云的方法也被用來抑制雷電的發(fā)生。如果能在雷雨云形成之初就往云中播撒大量的人工冰核（碘化銀），使的云中的過冷水滴提前凍結(jié)成冰晶，并從云中掉下來，從而減少雷電的發(fā)生。大量的對比實(shí)驗(yàn)表明，播撒了碘化銀的云，“云地”閃電的次數(shù)比不播撒的云減少了66%。利用激光改變雷電走向，是日本專家們最近的又一新成果。它使引雷技術(shù)向?qū)嵱没~進(jìn)了一大步。這種技術(shù)是通過反射鏡將激光射向雷雨云，在空氣中形成電流容易通過的高溫等離子體通道，將雷電引向避雷塔。 美國科學(xué)家發(fā)明的“雷電消除器”則非常適用于多雷地區(qū)，現(xiàn)已獲得專利。這種“雷電消除器”制作十分簡單：幾百根鋼筋豎立在插進(jìn)土壤中的空心大口徑金屬管上面的切口中。它看上去很像避雷針，只是分散在一定的面積上，但它的作