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1、东北电力大学毕业设计论文输电线路的防雷设计专 业： 电气工程及其自动化指导教师： 学生姓名： 尤忠宝学 校： 东北电力大学日 期： 2013年3月输电线路的防雷设计 东北电力大学毕业设计论文 第 30 页 共 33 页 黑龙江 绥化目 录一、前言3二、输电线路雷电的原因及危害的种类3三、线路防雷的主要措施4四、与线路雷电性能有关的参数和线路耐雷水平的计算方法5五输电线路防雷改造方案12六山区输电线路防雷综合措施研究及实施方案13七、输电线路防雷改进措施的研究19八、浅谈输电线路中的防雷保护27九、结论31十、参考文献31输电线路的防雷设计摘要近年来，随着电网规模的不断发展，雷击引起输电线路跳闸
2、故障也逐年增多，严生影响线路设备安全运行。从输电工程伊始，架空输电线路的雷击跳闸一直是困扰安全供电的一个难题，雷害事故几乎占线路全部跳闸事故的1/3或更多。因此，寻求更有效的线路防雷保护措施，一直是世界各国电力工作者关注的课题。为了减少输电电路的雷击故障，近年来，我们采取了多种防雷措施，如降低杆塔接地电阻，提高线路绝缘水平，采用负角保护，架设耦合地线，安装线路避雷器等，这对维护好备单位的输电线路起到了一定的作用。本文从分析我国输电线路雷击跳闸事故的经验和有关研究入手，重点讨论了线路雷击次数、雷电流幅值概率、线路常规防雷保护措施的效果，以及近年来涌现的线路防雷用金属氧化物避雷器卓越的保护性能等有
3、关问题，并对线路避雷器的应用提出了建议，供有关部门参考。一、前言随着电力工业的迅速发展，输电线路覆盖面不断扩大，超高压输电线路的延伸，因雷击输电线路而引起的跳闸事故日益增多，据国内外输电线路故障在近十几年来的分类统计表明，由于雷击引起输电线路的跳闸次数占输电线路总故障跳闸次数的50%70%，尤其是在多雷，土壤，电阻率高，地形复杂地区的输电线路雷击事故率更高，这将给社会带来世大的经济损失。二、输电线路雷电的原因及危害的种类1 雷电的产生雷电是自然界中一种常见的放电现象。关于雷电的产生有多种解释理论，通常我们认为由于大气中热空气上升，与高空冷空气产生摩擦，从而形成了带有正负电荷的小水滴。当正负电荷
4、累积达到一定的电荷值时，会在带有不同极性的云团之间以及动云团对地之间形成强大的电场，从而产生云团对云团和云团对地的放电过程，这就是通常所说的内电和响雷。具体来说，冰晶的摩擦、雨滴的破碎、水滴的冻结、云体的碰撞等均可使云粒子起电。一般云的顶部带正电，底部带负电，两种极性不同的电荷公使云的内部或云与地之间形成强电声场，瞬间剧烈放电爆发出强大的电火花，也就是我们看到的闪电。在闪电通道中，电极强，温度可骤升至2万摄氏度，气压突增，空气剧烈膨胀，人们便会听到爆炸似的声波振荡，这就是雷声。2 雷电危害的种类雷击的危害主要有三方面：第一是直击雷。是指雷云对大地某点发生的强烈放电。它可以直接击中设备，雷电击中
5、架空线，如电力线，电话线等。雷电流登便沿着导线进入设备，从而造成损坏。第二是感应雷。它可分为静电感应及电磁感应。当带电雷云（一般带负电）出现在导线上空时，由于静电感应作用，导线上束缚了大量的相反电荷。一旦雷云对某目标放电，雷云上的负电荷便瞬间消失，此时导线上的大旦正电荷依然存在，并以雷电波的形式沿着导线经设备入地，引起设备损坏。当雷电流沿着导体流入大地时，由于频率高，强度大，在导体的附近便产生很强的交变电磁场，如果设备在这个场中，便会感应出很高的电压，以致损坏。对于灵敏的电子设备，尤需注意。第三是地电位提高。当10KA的雷电流通过下导体入地时，我们假设接地电阻为10，根据欧姆定律，我们可知在入
6、地点A处电压为100KV。因A点与B、C、D点相连，所以这几点电压都为100KV。而E点接地，其电压为0，设备的D点与E点间有100KV的电压差，足以将设备损坏。据有差统计表明：直击雷的损坏仅占15%，感应雷与地电位提高的损坏占85%。目前，直击雷造成的灾害已明显减少，而随着城市经济的发展，感应雷和雷电波侵入造成的危害却大大增加。一般建筑物上的避雷针只能预防直击雷，而强大的电磁场产生的感应雷和脉冲电压却能潜入室内危及电视、电话及联网微机等弱电设备。三、线路防雷的主要措施在科学技术日益发展的今天，虽然人类不可能完全控制暴烈的雷电，但是经过长期的摸索与实践，已积累起很多有关防雷的知识和经验，形成一
7、系列对防雷行之有效的方法和技术。1 接闪接闪就是让在一下范围内出现的闪电能量按照人们设计的通道泄入到大地中去。把一定保护范围的内电放电捕获到，纳入预先设计的对地泄入的合理途径之中。避雷针是一种主动式接闪装置，其功能就是把闪电电流引导入大地。避雷线和避雷带是在避雷针基础上发展起来的。采用避雷针是最首要、最基本的防雷措施。2 接地接地就是让已经纳入防雷系统的闪电能量泄放入大地、良好的接地才能有效地降低引下线上的电压，避免发生发击。过去有些规范要求电子设备单独接地，目的是防止电网中杂散电流或暂态电流干扰设备的正常工作。接地是防雷系统中最基础的环节。接地不好，所有防雷措施的防雷效果都不能发挥出来。防雷
8、势头地是防雷设施安装验收规范中最基本的安全要求。3 均压连接接闪装置在捕获雷电时，引下线立即升至高电位，会对防雷系统周围的尚处于地电位的导体产生旁侧闪络，并使其电位升高，进而对人员和设备构成危害。为了减少这种闪络危险，最简单的办法是采用均压环，将处于地电位的导体等电位连接起来，一直到接地装置。金属设施、电气装置和电子设备，如果其与防雷系统的导体，特别是接闪装置的距离达不到规定的安全要求时，则应该用较粗的导线把它们与防雷系统进行等电位连接。这样在闪电电流通过时，所有设施立即形成一个“等电位岛”，保证导部件之间不产生有害的电位差，不发生旁侧闪络放电。完善的等电位连接还可以防止闪电电流入地造成的地电
9、位升高所产生的反击。4 分流分流就是在一切从室外来的导线与接地线之间并联一种适当的避雷器。当直接雷或感应雷在线路上产生的过电压波沿着这些导线进入室内或设务时，避雷器的电阻突然降到低值，近于短路状态，将闪电电流分流入地。分流是现代防雷技术中迅猛发展的重点，是防护各种电气电子设备的关键措施。由于雷电流在分流之后，仍会有少部分沿导线进入设备，这对于不耐高压的微电子设备来说仍是很危险的，所以对于这类设备在导线进入机壳前应进行多级分流。采用分流这一防雷措施时，应特别注意避雷器性能参数的选择，因为附加设施的安装或多或少地会影响系统的性能。5 屏蔽屏蔽就是用金属网、箔、壳、管等导体把需要保护的对象包围起来，
10、阻隔闪电的脉冲电磁场从空间入侵的通道。屏蔽是防止雷电电磁脉冲辐射对电子设备影响的最有效方法。四、与线路雷电性能有关的参数和线路耐雷水平的计算方法1 雷电流幅值累积概率分布1979年我国标准就线路防雷计算的基本参数雷电流幅值累积概率分布给出了计算式。该式是基于我国各地实测的1205个雷电流数据整理出来的。限于当时条件，其绝大多数雷电流数据是利用磁钢记录器由多塔电流相加而得，但实际上各塔雷电流峰值并非在同一时刻出现，这就使得相加结果明显偏大。我国220KV新杭线经20多年的现场实测获得了非常宝贵的数据。由106个雷击塔顶的雷电流幅值测试数据推出的概率分布公式为lgP=-I/87.6 (1)式中，I
11、为雷电流，kA;P为雷电流超过I的累积概率。参照上式,1997年的标准采用以下公式作为我国雷电流幅值概率分布的计算公式：lgP=-I/88 (2)对除陕南以外的西北地区、内蒙古自治区的部分地区（这类地区的平均年雷暴日数一般在20及以下）的雷电流幅值的累积概率分布公式，参照以前标准的处理方法：在式（2）的基础上，对等概率的雷电流值减半。用图可以表示国外发表的雷电流概率数据曲线。图中，画曲线表示ANDERSON-ERIKSSON的对数正态分布4，曲线为IEEE输电线路雷电性能工作组报告推荐曲线5，曲线1为对应本文式（2）的曲线。由图可见，当雷电流在50KA以下时，曲线1与曲线3的差异较大；在50K
12、A以上时则三条曲线相当接近。由于我国雷电流数据直接取自线路杆塔塔顶上测雷专用小避雷针，因而数据是相当可信的。11 地面落雷密度和线路收集雷击宽度以前的标准中，对地落雷密度r（即每km2每个雷暴日D平均雷击地面的次数）取为0.015/km2D1。近年来我国一些单位的雷电定位系统（LLS）的测量表明，多数情况下r=0.090.1。在国外最小值为0.06。实际上，r值与年平均雷暴日数Td有关6。一般来说，若Td变大，则r也随之变大。由于我国幅员辽阔，Td的变化很大，如西北格尔木的Td仅为0.3，而海南省的澄迈高达133。因此，在标准中仍取用同一r值是不妥当的。经过对我国35220KV共9400kma
13、架空线雷害事故统计得出的Td和r之间的非线性关系6进行比较（参见图2），本文认为采用国际大电网会议33委员会推荐的计算式较为合理。该计算式为Ng=0.023Td1.3 (3)式中Ng为在年平无援雷暴日为Td的条件下，每1km2大地1年的雷击数。用图表示圆点，是根据文献7中的r值推算出的相应的Ng可见它们与按式（3）计算出的结果相当接近。线路每年受雷击次数取决于Ng和线路收集雷击的等值面积。等值面积取决于线路长度和线路收集雷击的等值宽度W。W一般可用下式描述：W=b+Khhb (4)式中，b为避雷线间宽度，m;Kh为系数，一般取24；hb为避雷线平均高度，m。我国以前的标准沿袭前苏联的规定，取b
14、=0和Kh=10。该值与模拟试验和直击雷保护的运行经验相比，似乎偏大。从原理及其，与运行经验的对照关系考虑，本文推荐采用IEEE输电线路雷电性能工作组报告使用的线路收集雷击宽度公式5，即W=b+4hb1.09 (5)该式经与根据我国110KV平原单杆线路4683kma雷击跳闸次数的运行经验数据7反推出的线路收集雷击宽度确定的Kh（变动于3.003.52）比较，表明式（5）是可用的。12 有避雷线线路雷击塔顶时线路绝缘上所受电压的计算方法以前的标准：对雷击有避雷线线路杆塔塔顶时，绝缘上所爱的最大雷电过电压按下式计算：Uj=(Utd+Ug)(1-K) (6)式中，Uj为绝缘上受到的最大电压；Utd
15、为杆塔顶部电压最大值；Ug为导线上感应过电压最大值；K为导线与避雷线之间考虑避雷线电晕的耦合系数。式（6）中有两点值得注意：其一，绝缘子串悬挂于杆塔横担处，所以绝缘子串的反击电压应取横担处的杆塔电压，而不应取塔顶入电压；其二，避雷线对导线上与反击电压异号的感应过电压的屏蔽作用应采用Ug（1-k0hb/hd计算式中hd为导线平均高度；K0为导线与避雷线之间的几何耦合系数）。由此，式（6）宜修改为Uj=Utd（ha/ht-k）+Ug（1-ha/ht-k0） (7)式中，ht为塔杆高度。据此，可计算出线路的耐雷水平等指标。式（7）已被新标准3采用。13 线路雷击跳闸次数的计算结果与讨论除上述各点外，以前的标准中，关于输电线路雷击跳闸率计算的其他参数（如绕击率Pa、建弧率、击杆率g等）在新标准3中均未作变化。雷电流波头长度也仍为2.6s（该值与文献5推荐的2.5s斜角波头极为接近）。按式（7
