气象职称论文输电线路设计的防雷措施

　　摘要:输电线是配电网中非常重要的一部分内容,它把电能从山区输送到城市中,成为工业和农业发展的主要命脉。然而,随着我国经济的飞快发展,各地区电网建设也迅速增长,对供电可靠性提出了更加高的要求。本文针对雷击过程及线路在遭受各种雷击情况下, 过电压产生的原因、引起绝缘子发生闪络、线路跳闸, 影响线路耐雷水平的相关参数特性的分析,并对不同雷击所产生效果的不同, 对线路的防雷设计进行探讨, 提出一些相应的防雷方式和解决办法, 以提高送电线路耐雷水平。

　　关键词:输电线路,防雷措施,中文核心期刊网

　　·前言

　　架空线路输电是电力工业发展以来所采用的主要输电方式。通常所称的输电线路就是指架空输电线路。通过架空线路将不同地区的发电站、变电站、负荷点连接起来,输送或交换电能,构成各种电压等级的电力网络或配电网。线路长度有时达数百公里或更多,所以引起输电线路故障跳闸的原因就很多,其中因雷击引起的跳闸次数位居所有跳闸原因之首。因此,如何切实有效地制定及改善架空输电线路的防雷措施,从而降低线路雷击跳闸率,是保证电力系统安全稳定运行的必要条件。

　　1 高压输电线路设计中防雷设计的重要性

　　在电力建设过程中,因架空输电线路通常在荒野地区且线路距离较长,容易遭受雷击。其中,在电力系统的跳闸、停电事故中雷击所占比例最大。尤其是随着我国科学技术的发展,出现了二次保护装置,使得电力系统出现的安全事故逐渐减少,而因雷击导致线路跳闸事故显得更加突出了,其既影响电力系统中设备的运行,又会给人们日常生活带来了极大的不便。据有关部门统计,因雷击导致线路发生跳闸事故占总电网事故的60%。

　　2雷击过电压的种类与计算分析

　　2.1感应雷过电压

　　大多数雷云带有负电荷, 当在输电线路附近有雷云时, 由于静电感应, 导线上靠近雷云处将感应出(集聚)大量正电荷, 如果此时雷云在输电线路附近放电, 导线由于静电感应而集聚的􀀁 束缚电荷􀀁 瞬间得到释放, 以波的形式沿着导线向线路两侧运动, 形成感应过电压, 这种由电场变化引起的雷过电压称为感应过电压的静电分量; 同时由于雷电流迅速变化,在周围空间产生强大的电磁场将通过电磁感应在导线上感应出很高的电压; 这两部分共同构成感应雷过电压, 这部份称为电磁分量。

　　2.2直击雷过电压

　　2.2.1雷直接击于杆顶

　　当雷直击于线路杆塔塔顶时, 如图1所示, 雷电通道中的负电荷与杆塔及线路架空地线上的正感应电荷迅速中和形成雷电流。由雷云释放电荷形成的负极性雷电流波沿杆身向下运动, 另有两个相同极性的电流波通过避雷线向两侧相邻杆塔运动。与此同时杆顶有一正雷电流波沿雷电通道向上运动, 数值上等于三个负极性电流波之和。正由于这几个雷电流波的作用引起在线路绝缘上的雷击过电压。

　　当雷直击塔顶时, 由于有了避雷线, 强大的雷电流IL 一部份经杆塔接地流入地中, 一部分经避雷线流向杆塔两侧流入地中, 这就是避雷线的分流作用。此时杆塔的等效电路如图2所示。塔头电位Utd为流经杆塔电流Igt =βIL (β分流系数)加在杆塔等值电感和塔脚接地电阻上的压降之和, 其值为: 地电阻上的压降之和utd =βIL (Rch + ) , 式中β杆塔分流系数, IL雷电流幅值, Rch杆塔的冲击接地电阻, Lgt杆塔等值电感, 2.6雷电波头长度(在线路防雷设计中一般取2.6µs)等效电路如图2所示。由此可见避雷线对塔头有分流作用, 可以有效降低塔头由于雷击所产生的过电压, 避雷线根数愈多,分流作用也越强。

　　当塔头电位为Utd时,则在避雷线上也同样有相同的Utd ,由于避雷线与导线的耦合,将在导线上产生耦合电压KUtd,此外,由于雷电磁场的作用,导线上还产生有感应过电压- Ug'=ahd(1- K)。所以加在导线上的电位幅值为ud = kutd - ahd (1-k)。式中:k为避雷线与导线的耦合系数, hd导线平均高度。此时在线路绝缘子串上雷击过电压幅值Uj = Utd- Ud。加在路绝缘子串上雷击过电压幅值Uj是引起线路跳闸、瓷瓶闪络、绝缘击穿的重要原因, uj = IL(βRch + β +) ( 1- k )。

　　在输电线路防雷设计时通常要确定杆塔的耐雷水平值, 杆塔的耐雷水平作为表征输电线路防雷水平优劣的主要参数, 主要与绝缘子串的U50% 雷电冲击放电电压值、杆塔结构及杆塔的冲击接地电阻、雷电流大小以及雷电活动的强弱、地形地貌的特点等条件有关。指当雷击线路时线路绝缘不发生闪络的最大电流幅值( kA),只要作用在绝缘子串上的电压幅值Uj 等于或大于绝缘子串的U50% 冲击放电电压时, 线路就可能跳闸。

　　杆塔的耐雷水平:

　　从耐雷水平公式可知, 雷击杆塔的耐雷水平与杆塔分流系数β、杆塔等值电感Lgt、杆塔的冲击接地电阻Rch、导线地线间的耦合系数K、绝缘子串的U50%冲击放电电压有关。

　　2. 2. 2 雷直接击于避雷线档距中间

　　当雷直接击于避雷线档距中间时, 电波沿避雷线向杆塔两端运动, 所造成的影响不会大于雷击塔顶的情况; 此时避雷线与导线在档距中间的空气间隙距离S 成为雷击避雷线档距中间控制条件, 当雷击过电压的幅值超过空气间隙距离S 的击穿电压时, 空气间隙S 将被击穿造成短路事故。

　　2. 2. 3􀀁 绕过避雷线击于导线

　　对于线路发生绕击的慨率Pα, 认为与避雷线对外侧导线的保护角度α(如图3)、杆塔高度、线路经过地区的地形地貌和地质条件有关。从统计结果看,线路雷击跳闸边相占75%。保护角小于15 度占37% , 15度以上占63%。

　　通过计算表明, 山区输电线路比平地遭受绕击的概率高三倍, 相当于保护角较平原地区需增大了8度。当雷绕击线路时, 在线路导线上的雷击过电压值为,Zd 导线波阻抗(对于单导线一般为300~ 400Ω ) , 而当雷击杆顶时, 如果忽略掉避雷线的分流作用, 以及由感应和耦合所产生的基本上可以相互抵消的电压作用后, 就是作用在导线绝缘上的电压值。ud = utd = ILRch , 如果该杆塔的Rch = 10Ω则可见即使是同一次落雷, 雷直接击中导线的雷击过电压值, 比雷击于杆顶时的雷击过电压值大7~ 8倍左右甚至更高, 因而引起线路的跳闸事故很高, 对线路绝缘破坏较大。

　　3 高压送电线路防雷设计及应注意的问题

　　通过对雷击过程及线路遭受各种雷击情况下雷击过电压产生机理、线路闪络跳闸的原因的分析, 得出如下结论。

　　(1)高压送电线路的接地电阻与耐雷水平成反比, 降低杆塔冲击接地电阻, 可使杆塔耐雷水平提高。

　　线路杆塔接地的主要作用是当线路杆塔遭受雷击后, 快速将雷电流引入大地, 从杆塔头电位计算公式可见, 降低杆塔冲击接地电阻可使塔头电位降低,从而保护杆塔绝缘不致发生闪络。如杆塔接地损坏或接地电阻过大, 雷电流不能迅速引入大地, 将使杆塔头电位增大, 就会失去防雷设备的作用, 将会对导线发生反击, 发生接地故障。因此要求杆塔接地设备必须完好, 接地电阻不能过大。在设计时考虑杆塔逐基接地, 设计时正确配置接地形式, 对土壤电阻率高的地区提出改进措施, 如降阻剂的使用, 增加埋设深度, 延长接地极, 增加垂直接地极等; 以保证杆塔的接地电阻值符合设计规范要求。在运行维护过程中, 应加强巡视, 及时发现接地设备缺陷, 定期对杆塔接地电阻值进行测量, 对不合格的进行整改。

　　(2)高压送电线路的绝缘水平与耐雷水平成正比, 保证高压送电线路有足够的绝缘强度是提高线路耐雷水平的重要因素。适当提高绝缘子串U50% 冲击放电电压水平可使线路耐雷水平提高, 在设计选用时选择U50% 冲击放电电压水平较高的绝缘子, 对雷害较严重地方可加强线路绝缘, 在保证与杆塔空气间隙距离情况下可增加绝缘子片数。维护中应加强巡视、检测, 及时发现低值、零值绝缘子, 掌握绝缘劣化情况, 据了解, 线路上目前运行的绝缘子相当一部分劣化率很高, 绝缘水平不好, 这可能是影响线路耐雷水平的主要原因之一。

　　(3)在线路设计选择绝缘子形式时, 应充分比较各种绝缘子的性能掌握各种绝缘子的相关参数, 分析其特性。所以认为玻璃绝缘子有较好的耐电弧和不易老化的优点, 特别是玻璃是熔融体, 质地均匀, 烧伤后的新表面仍是光滑的玻璃体, 仍具有足够的绝缘性能,并且绝缘子本身具有自洁性能良好和零值自爆的特点对线路运行维护具有优势。

　　4 结束语

　　要做好送电线路的防雷工作, 就必须抓住其关键点。通过对雷击过程及线路遭受各种雷击时过电压产生原因的分析, 阐述了影响线路耐雷水平的因素,在此基础上提出了在线路防雷设计、运行维护、施工过程中应加以考虑的一些问题, 针对不同雷击特点提出了相应解决办法, 以提高送电线路的耐雷水平, 减少线路因雷击引起的跳闸, 以保证线路的安全运行。