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1、I35KV 线路避雷器性能分析及优化设计摘要:35kV 线路是我国配电网的重要组成部分,而雷击事故是造成电力系统故障的主要原因。对 35kV 线路避雷器的应用研究和设计显得尤为重要。本文介绍了输电线路防雷保护的发展过程及当前主要的防雷措施,避雷器的发展过程、工作原理、主要参数、线路避雷器种类等。说明了现有三种避雷器的型式及其工作原理,并介绍当前主要的三种绝缘子类型。对现有避雷器的工作环境及性能进行分析,探讨串联间隙的主要缺陷,深入分析 35kV 避雷器的电气特性,对避雷器型式和材料的选择及主要参数进行优化。根据最新相关参数的国家标准,通过对各种材料及避雷器选型的筛选比较,设计出 35kV 复合
2、外套无间隙金属氧化物避雷器的参数,并用 CAD 作出其基本结构图。关键词:线路避雷器参数 绝缘子 无间隙 金属氧化物避雷器Performance analysis and optimization design of 35KV line arresterAbstract:35kV lines are an important part of the distribution network in China, and lightning accidents is the main reason of power system fault. Therefore, there are far-re
3、aching implications on the research and design of the 35kV line surge arrester. This article describes the development process of the transmission line lighting protection and lightning protection measures, the development process, working principle, the main parameters, types of the line arrester a
4、nd so on. Also describes the existing three types of arrester and the working principle, and describes the three types of the insulator. To analyze the working environment and performance of existing arrester , explore the major drawback of the series gap , depth analysis the electrical characterist
5、ics of the 35kV arrester , optimize the type , materials and the main parameters of the arrester .According to the latest national standards relevant parameters ,through screening of various materials and lightning arrester selection, designed the parameter of 35 kV polymeric non-gap metal oxide sur
6、ge arrester and draw the chart with CAD.IIIKeywords: line arrester parameters insulator non-gap metal oxide surge arrestersIV目 录摘 要 .IIIABSTRACT .IV第 1 章绪论 .11.1 .输电线路防雷保护11.1.1 输电线路防雷保护的目的及意义 .11.1.2 输电线路防雷保护的发展过程 .11.1.3 输电线路防雷保护的主要措施 .21.2 .避雷器的分类3第 2 章避雷器的工作环境 .42.1 .雷电的形成及电气参数42.2 .避雷器的正常使用条件52
7、.3 .承受的长期机械力5第 3 章避雷器的参数 .73.1 .输电线路的雷击跳闸率73.2 .雷闪过电压V83.2.1.直击雷过电压83.2.2.感应雷过电压93.2.3.雷闪过电压的危害103.3 .绝缘配合113.4 .避雷器的电气特性123.5 .避雷器的选型133.6 .绝缘子的类型及其特性16第 4 章避雷器的设计 .194.1 .避雷器的命名194.2 .氧化锌避雷器特性分析214.2.1ZnO 材料特性 .214.2.2 氧化锌避雷器的优点 .224.2.3 氧化锌避雷器局部放电原因 的结构分析 .224.3 .避雷器工作原理23第 5 章避雷器设计计划书及设计图纸 .245.
8、1 .设计计划书245.2 .避雷器设计说明265.3 .设计总结29参考文献 .31致谢 .33附录 .3435kV 线路避雷器性能分析及优化设计1第 1 章 绪论1.1 输电线路防雷保护1.1.1 输电线路防雷保护的目的及意义输电线路是电力系统的大动脉,输送电力的同时,与发电机、变压器以及用电设备组成电力系统。电力工业与国民经济、人民生活的关系及其密切。电能供应不足或中断,将直接影响国民经济计划的完成和人民的正常生活。对某些用户甚至引起产品报废、设备损坏以及危机人身安全等严重后果。由于输电线路长度大,分布面广,地处狂野,易受雷击。配电线路耐雷水平普遍较弱,再加上网络复杂、构架结构多样等自身
9、特点,一旦遭遇雷击,极易导致线路原件的损坏,甚至会造成整条线路跳闸的恶性事故 1。同时,雷击线路时自线路入侵变电所的雷电波也是威胁变电所的主要因素。1.1.2 输电线路防雷保护的发展过程1930 年以前,由于输电线路电压等级较低,所以主要目的为防止感应雷,因此主要采取装设地线,减小线路上的感应过电等防雷手段。至 20 世纪中期,学者对雷电有了进一步的认识,已经系统归纳了表征雷电的参数,并开始意识到高等级电压输电线路,如 110kV、220kV、特高压输电线路发生跳闸的主要原因是直击雷,由此,研究方向的转变为如何有效防止雷电直击输电线路,使导线得到更好保护。多年的实践证明,直击雷过电压是线路发生
10、跳闸,引发事故的主要原因,感应过电压一般不会造成绝缘子串的闪络。因此,大多数国家都对雷电进行了大量的观察研究,并由此基础提出了用行波理论来计算绝缘子串两端电压的方法。最早的避雷器出现于 19 世纪,为羊角形间隙,用于架空线路。20 世纪初期,出现了铝避雷器,以及随后出现的管式避雷器。到 50 年代,随着防雷保护认识的深入,碳化硅避雷器问世了。同时,由于美国输电线路发生了很多的绝缘闪络事故,引发了极大的争论,因此研究人员对之前得到的研究数据和防雷计算方法重新进行了评估,促进了输电线路的防雷研究发展。35kV 线路避雷器性能分析及优化设计3至 70 年代,金属氧化物避雷器问世,而至今使用最多的是氧
11、化锌避雷器,这种避雷器具有无续流残压、高效等优点,它没有放电间隙,利用氧化锌的非线性特性起到泄流和开断的作用,被公认为是理想的避雷器。火花间隙火花间隙阀片磁吹间隙阀片阀片S i CZ n OS i C图 1-1 避雷器的发展过程1.1.3 输电线路防雷保护的主要措施为了减少雷击事故的发生,在地方上都已采取相应的避雷措施,主要的防雷措施主要有:(1) 架设避雷线,降低雷击线路的几率和雷击杆塔以及避雷线在遭受雷击后反击导线的概率,以及降低雷击塔顶时的电位。(2) 安装耦合地线,利用地线与导线之间的耦合作用以提高耦合系数,以达到更高的耐雷水平。(3) 优化避雷线的保护角,降低绕击导线的概率。(4)
12、减小杆塔的接地电阻,从而提高线路耐雷水平。(5) 加强线路调爬、低零值绝缘子检测、清抹和增加绝缘子数量等办法。雷 电放电避 雷线雷 电过 电压线 路绝 缘冲 击电 路工 频电弧提高耐雷水平措施降低建弧 率的措施短 电 路跳 闸自 动 重合闸供电中断图 1-2 常用的线路防雷措施1.2 避雷器的分类线路避雷器是一种以降低瞬态雷电冲击时绝缘子雷电闪络危险从而保护电力线路的避雷器 2。线路避雷器运行时,与绝缘子并联,当发生雷击事故时,能有效地防止雷电直击线路和绕击输电线路而引起的故障 3。经过多年的研究创新,避雷器在结构、功能、使用范围等方面呈现出多样化的发展趋势。在结构上,主要可分为无间隙和带串联间隙避雷器 4。如图 1-2所示:35kV 线路避雷器性能分析及优化设计5线路避雷器外串间隙无间隙绝缘支撑件间隙纯空气间隙线路避雷器瓷外 套线路避雷器按功能按 电压等级按 外套材料限制 操作过电压限制 雷电过电压输电 线路避雷器配电 线路避雷器合成 外套线路避雷器限制 雷电及操作过电压图 1-3 线路避雷器分类 图 1-4 线路避雷器的种类一般