輸電線路的防雷設計畢業設計論文(已修改)

　

【正文】 東北電力大學畢業設計論文輸電線路的防雷設計專 業： 電氣工程及其自動化指導教師： 學生姓名： 尤忠寶學 校： 東北電力大學日 期： 2013年3月輸電線路的防雷設計 東北電力大學畢業設計論文 第 32 頁 共 33 頁 黑龍江 綏化目 錄一、前言 3二、輸電線路雷電的原因及危害的種類 3三、線路防雷的主要措施 4四、與線路雷電性能有關的參數和線路耐雷水平的計算方法 5五．輸電線路防雷改造方案 12六．山區輸電線路防雷綜合措施研究及實施方案 13七、輸電線路防雷改進措施的研究 19八、淺談輸電線路中的防雷保護 27九、結論 31十、參考文獻 31輸電線路的防雷設計摘要近年來，隨著電網規模的不斷發展，雷擊引起輸電線路跳閘故障也逐年增多，嚴生影響線路設備安全運行。從輸電工程伊始，架空輸電線路的雷擊跳閘一直是困擾安全供電的一個難題，雷害事故幾乎占線路全部跳閘事故的1/3或更多。因此，尋求更有效的線路防雷保護措施，一直是世界各國電力工作者關注的課題。為了減少輸電電路的雷擊故障，近年來，我們采取了多種防雷措施，如降低桿塔接地電阻，提高線路絕緣水平，采用負角保護，架設耦合地線，安裝線路避雷器等，這對維護好備單位的輸電線路起到了一定的作用。本文從分析我國輸電線路雷擊跳閘事故的經驗和有關研究入手，重點討論了線路雷擊次數、雷電流幅值概率、線路常規防雷保護措施的效果，以及近年來涌現的線路防雷用金屬氧化物避雷器卓越的保護性能等有關問題，并對線路避雷器的應用提出了建議，供有關部門參考。一、前言隨著電力工業的迅速發展，輸電線路覆蓋面不斷擴大，超高壓輸電線路的延伸，因雷擊輸電線路而引起的跳閘事故日益增多，據國內外輸電線路故障在近十幾年來的分類統計表明，由于雷擊引起輸電線路的跳閘次數占輸電線路總故障跳閘次數的50%—70%，尤其是在多雷，土壤，電阻率高，地形復雜地區的輸電線路雷擊事故率更高，這將給社會帶來世大的經濟損失。二、輸電線路雷電的原因及危害的種類1 雷電的產生雷電是自然界中一種常見的放電現象。關于雷電的產生有多種解釋理論，通常我們認為由于大氣中熱空氣上升，與高空冷空氣產生摩擦，從而形成了帶有正負電荷的小水滴。當正負電荷累積達到一定的電荷值時，會在帶有不同極性的云團之間以及動云團對地之間形成強大的電場，從而產生云團對云團和云團對地的放電過程，這就是通常所說的內電和響雷。具體來說，冰晶的摩擦、雨滴的破碎、水滴的凍結、云體的碰撞等均可使云粒子起電。一般云的頂部帶正電，底部帶負電，兩種極性不同的電荷公使云的內部或云與地之間形成強電聲場，瞬間劇烈放電爆發出強大的電火花，也就是我們看到的閃電。在閃電通道中，電極強，溫度可驟升至2萬攝氏度，氣壓突增，空氣劇烈膨脹，人們便會聽到爆炸似的聲波振蕩，這就是雷聲。2 雷電危害的種類雷擊的危害主要有三方面：第一是直擊雷。是指雷云對大地某點發生的強烈放電。它可以直接擊中設備，雷電擊中架空線，如電力線，電話線等。雷電流登便沿著導線進入設備，從而造成損壞。第二是感應雷。它可分為靜電感應及電磁感應。當帶電雷云（一般帶負電）出現在導線上空時，由于靜電感應作用，導線上束縛了大量的相反電荷。一旦雷云對某目標放電，雷云上的負電荷便瞬間消失，此時導線上的大旦正電荷依然存在，并以雷電波的形式沿著導線經設備入地，引起設備損壞。當雷電流沿著導體流入大地時，由于頻率高，強度大，在導體的附近便產生很強的交變電磁場，如果設備在這個場中，便會感應出很高的電壓，以致損壞。對于靈敏的電子設備，尤需注意。第三是地電位提高。當10KA的雷電流通過下導體入地時，我們假設接地電阻為10Ω，根據歐姆定律，我們可知在入地點A處電壓為100KV。因A點與B、C、D點相連，所以這幾點電壓都為100KV。而E點接地，其電壓為0，設備的D點與E點間有100KV的電壓差，足以將設備損壞。據有差統計表明：直擊雷的損壞僅占15%，感應雷與地電位提高的損壞占85%。目前，直擊雷造成的災害已明顯減少，而隨著城市經濟的發展，感應雷和雷電波侵入造成的危害卻大大增加。一般建筑物上的避雷針只能預防直擊雷，而強大的電磁場產生的感應雷和脈沖電壓卻能潛入室內危及電視、電話及聯網微機等弱電設備。三、線路防雷的主要措施在科學技術日益發展的今天，雖然人類不可能完全控制暴烈的雷電，但是經過長期的摸索與實踐，已積累起很多有關防雷的知識和經驗，形成一系列對防雷行之有效的方法和技術。1 接閃接閃就是讓在一下范圍內出現的閃電能量按照人們設計的通道泄入到大地中去。把一定保護范圍的內電放電捕獲到，納入預先設計的對地泄入的合理途徑之中。避雷針是一種主動式接閃裝置，其功能就是把閃電電流引導入大地。避雷線和避雷帶是在避雷針基礎上發展起來的。采用避雷針是最首要、最基本的防雷措施。2 接地接地就是讓已經納入防雷系統的閃電能量泄放入大地、良好的接地才能有效地降低引下線上的電壓，避免發生發擊。過去有些規范要求電子設備單獨接地，目的是防止電網中雜散電流或暫態電流干擾設備的正常工作。接地是防雷系統中最基礎的環節。接地不好，所有防雷措施的防雷效果都不能發揮出來。防雷勢頭地是防雷設施安裝驗收規范中最基本的安全要求。3 均壓連接接閃裝置在捕獲雷電時，引下線立即升至高電位，會對防雷系統周圍的尚處于地電位的導體產生旁側閃絡，并使其電位升高，進而對人員和設備構成危害。為了減少這種閃絡危險，最簡單的辦法是采用均壓環，將處于地電位的導體等電位連接起來，一直到接地裝置。金屬設施、電氣裝置和電子設備，如果其與防雷系統的導體，特別是接閃裝置的距離達不到規定的安全要求時，則應該用較粗的導線把它們與防雷系統進行等電位連接。這樣在閃電電流通過時，所有設施立即形成一個“等電位島”，保證導部件之間不產生有害的電位差，不發生旁側閃絡放電。完善的等電位連接還可以防止閃電電流入地造成的地電位升高所產生的反擊。4 分流分流就是在一切從室外來的導線與接地線之間并聯一種適當的避雷器。當直接雷或感應雷在線路上產生的過電壓波沿著這些導線進入室內或設務時，避雷器的電阻突然降到低值，近于短路狀態，將閃電電流分流入地。分流是現代防雷技術中迅猛發展的重點，是防護各種電氣電子設備的關鍵措施。由于雷電流在分流之后，仍會有少部分沿導線進入設備，這對于不耐高壓的微電子設備來說仍是很危險的，所以對于這類設備在導線進入機殼前應進行多級分流。采用分流這一防雷措施時，應特別注意避雷器性能參數的選擇，因為附加設施的安裝或多或少地會影響系統的性能。5 屏蔽屏蔽就是用金屬網、箔、殼、管等導體把需要保護的對象包圍起來，阻隔閃電的脈沖電磁場從空間入侵的通道。屏蔽是防止雷電電磁脈沖輻射對電子設備影響的最有效方法。四、與線路雷電性能有關的參數和線路耐雷水平的計算方法1 雷電流幅值累積概率分布1979年我國標準就線路防雷計算的基本參數雷電流幅值累積概率分布給出了計算式。該式是基于我國各地實測的1205個雷電流數據整理出來的。限于當時條件，其絕大多數雷電流數據是利用磁鋼記錄器由多塔電流相加而得，但實際上各塔雷電流峰值并非在同一時刻出現，這就使得相加結果明顯偏大。我國220KV新杭線經20多年的現場實測獲得了非常寶貴的數據。由106個雷擊塔頂的雷電流幅值測試數據推出的概率分布公式為lgP=I/ (1)式中，I為雷電流，kA。P為雷電流超過I的累積概率。參照上式,1997年的標準采用以下公式作為我國雷電流幅值概率分布的計算公式：lgP=I/88 (2)對除陜南以外的西北地區、內蒙古自治區的部分地區（這類地區的平均年雷暴日數一般在20及以下）的雷電流幅值的累積概率分布公式，參照以前標準的處理方法：在式（2）的基礎上，對等概率的雷電流值減半。用圖可以表示國外發表的雷電流概率數據曲線。圖中，畫曲線表示ANDERSONERIKSSON的對數正態分布[4]，曲線為IEEE《輸電線路雷電性能工作組報告》推薦曲線[5]，曲線1為對應本文式（2）的曲線。由圖可見，當雷電流在50KA以下時，曲線1與曲線3的差異較大；在50KA以上時則三條曲線相當接近。由于我國雷電流數據直接取自線路桿塔塔頂上測雷專用小避雷針，因而數據是相當可信的。1．1 地面落雷密度和線路收集雷擊寬度以前的標準中，對地落雷密度r（即每km2每個雷暴日D平均雷擊地面的次數）D[1]。近年來我國一些單位的雷電定位系統（LLS）的測量表明，多數情況下r=～。實際上，r值與年平均雷暴日數Td有關[6]。一般來說，若Td變大，則r也隨之變大。由于我國幅員遼闊，Td的變化很大，而海南省的澄邁高達133。因此，在標準中仍取用同一r值是不妥當的。經過對我國35～220KV共9400kma架空線雷害事故統計得出的Td和r之間的非線性關系[6]進行比較（參見圖2），本文認為采用國際大電網會議33委員會推薦的計算式較為合理。該計算式為Ng= (3)式中Ng為在年平無援雷暴日為Td的條件下，每1km2大地1年的雷擊數。用圖表示圓點，是根據文獻[7]中的r值推算出的相應的Ng可見它們與按式（3）計算出的結果相當接近。線路每年受雷擊次數取決于Ng和線路收集雷擊的等值面積。等值面積取決于線路長度和線路收集雷擊的等值寬度W。W一般可用下式描述：W=b+Khhb (4)式中，b為避雷線間寬度，m。Kh為系數，一般取2～4；hb為避雷線平均高度，m。我國以前的標準沿襲前蘇聯的規定，取b=0和Kh=10。該值與模擬試驗和直擊雷保護的運行經驗相比，似乎偏大。從原理及其，與運行經驗的對照關系考慮，本文推薦采用IEEE《輸電線路雷電性能工作組報告》使用的線路收集雷擊寬度公式[5]，即W=b+ (5)該式經與根據我國110KV平原單桿線路4683kma雷擊跳閘次數的運行經驗數據[7]反推出的線路收集雷擊寬度確定的Kh（～）比較，表明式（5）是可用的。1．2 有避雷線線路雷擊塔頂時線路絕緣上所受電壓的計算方法以前的標準：對雷擊有避雷線線路桿塔塔頂時，絕緣上所愛的最大雷電過電壓按下式計算：Uj=(Utd+Ug)(1K) (6)式中，Uj為絕緣上受到的最大電壓；Utd為桿塔頂部電壓最大值；Ug為導線上感應過電壓最大值；K為導線與避雷線之間考慮避雷線電暈的耦合系數。式（6）中有兩點值得注意：其一，絕緣子串懸掛于桿塔橫擔處，所以絕緣子串的反擊電壓應取橫擔處的桿塔電壓，而不應取塔頂入電壓；其二，避雷線對導線上與反擊電壓異號的感應過電壓的屏蔽作用應采用Ug（1k0hb/hd計算式中hd為導線平均高度；K0為導線與避雷線之間的幾何耦合系數）。由此，式（6）宜修改為Uj=Utd（ha/htk）+Ug（1ha/htk0） (7)式中，ht為塔桿高度。據此，可計算出線路的耐雷水平等指標。式（7）已被新標準[3]采用。1．3 線路雷擊跳閘次數的計算結果與討論除上述各點外，以前的標準中，關于輸電線路雷擊跳閘率計算的其他參數（如繞擊率Pa、建弧率η、擊桿率g等）在新標準[3]中均未作變化。（該值與文獻[5]）。按式（7）計算出的我國110～500KV線路耐雷水平和雷擊跳閘次數的結果與運行統計數據已在文獻[8]中發表。從其基本勢頭近的結果可以看出，按本文提出的線路絕緣所受最大電壓計算方法、所取的雷電參數（雷電流幅值累積概率分布、對地落雷次數和線路雷擊次數等）以及線路雷擊跳閘次數計算方法計算出的跳閘次數與運行經驗統計值基本相當。這說明本文的計算方法是合理、可