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1、 西安科技大学毕业设计(论文) 开 题 报 告 题 目 柠条塔煤矿10kV配电网防雷研究 院（系、部) _ 电气与控制工程学院_ 专业及班级 电气工程及其自动化0802班 姓 名 关斌斌 指 导 教 师 _ 李 忠_ _ _ 日 期 _ 2012.3.10 _ _西安科技大学毕业设计(论文)开题报告题 目柠条塔煤矿10kV配电网防雷研究选题类型实际设计 一、选题依据(简述国内外研究现状、生产需求状况, 说明选题目的、意义，列出主要参考文献)：选题意义：1雷电灾害的形成原因：雷击是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层，或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电。这种迅猛的放电过程产生强烈的闪光
2、并伴随巨大的声音。当然，云层之间的放电主要对飞行器有危害，对地面上的建筑物和人、畜没有很大影响。然而，云层对大地的放电，则对建筑物、电子电气设备和人、畜危害甚大。2 该企业所在地区的雷电活动强度：该企业名为柠条塔煤矿，位于陕西省榆林市神木县，陕西地处西风带，长城沿线以北为温带干旱半干旱气候，陕北其余地区和关中平原为暖温带半干旱或 半湿润气候，雷电天气主 要集中在49月，78月为最盛期。其中榆林市的府谷，神木县为陕西省雷暴日最多的县，年平均雷暴日在35d以上【1】3雷电对该煤矿的影响：10kV线路纵横延伸,地处旷野,雷雨季易遭雷击。由于10kV系统内的设备绝缘水平和耐雷水平低,因此,因雷击线路造
3、成10kV系统单相接地,线路断路器跳闸事故,在农网事故中占有很大百分比。雷击线路时,雷电压能使绝缘子击碎,雷电流烧断导线。雷电波自线路入侵配电变压器线圈使绝缘损坏烧毁。入侵变电所内损坏电器设备。【2】该段线路是连接变电站与煤矿风机的输电线路，风机停机煤矿内的瓦斯浓度就会急剧上升，一旦该线路由于雷击造成了断电，轻则造成停产，使煤矿造成经济损失，重则造成人员伤亡，后果相当严重。同时，雷击造成的冲击电流也会对线路本身以及变电站，风机等设备造成很大的影响。选题目的：随着全球气候异常状况的加剧,雷电活动也异常频繁。雷害作为主要影响因素之一(雷击是造成输电线路跳闸停电事故的主要原因,在电力系统非计划停运中
4、,雷电事故一般占30%以上,有的地区甚至达到80%以上),对电力安全传送的影响及危害非常大。随着生产水平的不断提高，煤矿企业对供电可靠性的要求不断增长，这不单是为了保证煤矿的生产不受影响，更与矿工们的生命安全息息相关，柠条塔煤矿位于陕北榆林，该煤矿所在的地区为荒漠地带，该段输电线路沿途缺少高大的植被，雷电直接击中线路的几率很高，同时，由于是荒漠地带，土壤以沙地为主，导电性能不好，这就使得杆塔的接地电阻过高，雷电一旦击中线路，就更容易造成线路故障，因此研究该段线路的避雷防雷措施对于该煤矿有至关重要的意义。生产需求状况：柠条塔煤矿是陕北榆林地区的国有重点煤矿，年产量大，本段线路的防雷避雷设施对于煤
5、矿的正常运作起着十分重要的作用，不单是对于生产正常运作的保证，更是对对矿工生命安全的保障。国内外研究现状：架空输电线路雷害事故的形成通常要经历这样四个阶段：输电线路受到雷电过电压的作用：输电线路发生闪络；输电线路从冲击闪络转变为稳定的工频电压；线路跳闸，供电中断。针对雷害事故形成的四个阶段，现代输电线路在采取防雷保护措施时，要做到“四道防线”，即：（1）防止雷电直击导线；（2）防止雷击塔顶或避雷线之后引起绝缘闪络；（3）防止绝缘闪络后转化为稳定的工频电弧；（4）防止线路中断供电。1.避雷器的发展：目前使用的避雷器主要有下列几种类型：保护间隙，管式避雷器，阀式避雷器，当然有些避雷器已经用得很少了
6、，有的避雷器将被性能优越的避雷器所代替。【3】保护间隙有一定的限制电压的效果，但是不能避免供电中断，优点是结构简单，廉价，但是缺点是保护效果差，与被保护的设备的伏秒特性不易配合，动作后产生的截波，对变压器的匝间绝缘有很大的影响，因此他往往与其他的保护措施配合使用。【3】管式避雷器与保护间隙相比他具有一定的灭弧能力，但是缺点与保护间隙的相同【3】阀式避雷器又分为普通阀式避雷器磁吹式避雷器和金属氧化物避雷器。普通阀式避雷器依靠的是间隙的自然灭弧能力，因此其灭弧能力不是很强，另外发片的通流能力有限，所以他只能用于雷电过电压的保护，而不能用于时间比较长的内部过电压保护，为了改进阀式避雷器的性能因此在普
7、通阀式避雷器的基础上开发了一种带磁吹间隙的阀式避雷器，他的基本构造与普通的阀式避雷器相似，主要区别在于采用了灭弧能力较强的磁吹火花间隙和同流能力交大的高温阀片。金属氧化物避雷器的非线性电阻阀片主要是由氧化锌，另外还有一部分是氧化铋及一些其他的金属氧化物，经过煅烧混料，造粒，成型，表面处理等工艺完成的，因为其主要成分是氧化锌，所以也称之为氧化锌避雷器，他有一系列的优点，如非线性系数小，保护性能好，基本无续流，耐重复动作能力强，通流量大，结构简单，尺寸小，易于大批量的生产，适用于多种特殊的需要。金属氧化物避雷器有一些列的有点，发展潜力大，是目前世界各国避雷器发展的主要方向，正在逐步取代传统的带间隙
8、的碳化硅避雷器，也是未来特高压系统关键的过电压保护设备。【3】随着电网的智能化，智能避雷器的研发显得愈来愈紧迫和重要。迄今为止，国内外专家对智能避雷器还没有一个统一的定义，但通过计算机远程对线路避雷器的运行状况进行监控和终止故障避雷器的运行应该是智能避雷器最基本的功能。在线路避雷器上串联浪涌监测器，根据电流大小对浪涌进行分类，监测器内的数据通过外置手持天线的接收器无线接收，然后将数据进一步传到计算机进行统计分析。利用全新的无线无源声表面波滤波器(SAW)监控氧化锌避雷器的温度，因为温度是氧化锌避雷器真实工作条件的最好体现，可以考察老化、外部污染的影响和过度能量的吸收。通过测试线路避雷器阻性电流
9、的大小，可知避雷器的运行状况，借助通用无线分组业务(GPRS)可对线路避雷器进行远程监控【4】2.接地装置的发展：引下线是连接接闪器和接地装置的金属导体，它的作用是把接闪器上的雷电流传递到接地体上，引下线一般采用圆钢或扁钢组成，如有腐蚀性场所应当适当增大截面积，引下线一般沿建筑物的外墙敷设，敷设路线应尽量短而直，应固定牢固，固定支点不应大于1.5至2米。在地面连接处应用钢管穿管的办法，以防止外物对引下线的机械损伤和防腐蚀。为了检查测量的方便，在离地面1.5-1.8米处须设置断接卡。 接地体包括接地装置和装置周围的土壤或混凝土，它的作用是把雷击电流有效地泄入大地，现在常用的接地装置有水平接地极、
10、垂直接地极、延长接地极和基础接地极。易燃易爆化学物品的接地装置一般采用垂直接地极，即用一根2.5米以上的角钢、圆钢、钢管或铜质柱型材制成垂直打入土壤中，当接地不能满足要求时，可采用环形接地极组和放射形接地极组的办法，为了防止被腐蚀，可在埋前先涂上防腐剂。有些地区土壤电阻较高，一般接地方式达不到接地设计要求的，可采用人工办法来减少接地土壤的电阻率，即用换土法或化学处理法。【5】3.10kV线路常用的其他避雷防雷措施（1）架设避雷线 架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线，同时还具有以下作用：1）分流作用，以减小流经杆塔的雷电流，从而降低塔顶电位；2）
11、通过对导线的耦合作用可以减小线路绝缘子的电压；3）对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。通常来说，线路电压愈高，采用避雷线的效果愈好，而且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低。【6】（2）安装避雷针 安装避雷针也是架空输电线路常用的一种防雷措施。但是在实际应用却存在以下问题： 1）由于避雷针而导致雷击概率增大 2）保护范围小【6】（3）加强线路绝缘 由于输电线路个别地段需采用大跨越高杆塔(如：跨河杆塔)，这就增加了杆塔落雷的机会。高塔落雷时塔顶电位高，感应过电压大，而且受绕击的概率也较大。为降低线路跳闸率，可在高杆塔上增加绝缘子串片数，加大大跨越档导线与地线之间的距离，以加强线路绝缘。【
12、6】（4）采用差绝缘方式 此措施适宜于中性点不接地或经消弧线圈接地的系统，并且导线为三角形排列的情况。所谓差绝缘，是指同一基杆塔上三相绝缘有差异，下面两相较之最上面一相各增加一片绝缘子，当雷击杆塔或上导线时，由于上导线绝缘相对较“弱”而先击穿，雷电流经杆塔人地，避免了两相闪络。据计算，采用差绝缘后，线路的耐雷水平可提高24%。【6】（5）耦合地埋线 耦合地埋线可起两个作用，一是降低接地电阻，电力工程高压送电线路设计手册指出:连续伸长接地线是沿线路在地中埋设12根接地线，并可与下一基塔的杆塔接地装置相连，此时对工频接地电阻值不作要隶_国内外的运行经验证明，它是降低高土壤电阻率地区杆塔接地电阻的有
13、效措施之一。二是起一部分架空地线的作用，既有避雷线的分流作用，又有避雷线的耦合作用。据有的单位的运行经验，在一个20基杆塔的易击段埋设耦合地埋线后，10年中只发生一次雷击故障，有文献介绍可降低跳闸率40%，显著提高线路耐雷水平。【6】（6）预放电棒与负角保护针 预放电棒的作用机理是减小导线地线间距，增大藕合系数，降低杆塔分流系数，加大导线、绝缘子串对地电容，改善电压分布；负角保护针可看成装在线路边导线外侧的避雷针,其目的是改善屏蔽，减小临界击距。预放电棒与负角保护针常一起装设，这一方法曾在广东、贵州等地采用，有一定的效果。制作、安装和运行维护方便，以及经济花费不多是其特点。【6】（7）装设消雷
14、器 消雷器是一种新型的直击雷防护装置，在国内已有十余年的应用历史，目前架空输电线路上装设的消雷器已有上千套，运行情况良好。虽然对消雷器的机理和理论还存在怀疑和争论，但它确实能消除或减少雷击的事实已被越来越多的人承认与接受。消雷器对接地电阻的要求不严，其保护范围也远比避雷针大。在实际装设时，应认真解决好有关的各个环节中的问题【6】（8）采用中性点非有效接地方式 在我国35kV及以下电力系统中采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。这样可使由雷击引起的大多数单相接地故障能够自动消除，不致引起相间短路和跳闸。而在二相或三相落雷时，由于先对地闪络的一相相当于一条避雷线，增加了分流和对未闪络相的耦合作用
15、，使未闪络相绝缘上的电压下降，从而提高了线路的耐雷水平。【6】主要参考文献：【1】李彩莲.陕西省雷电灾害易损性分析评估及易损度区别.陕西省防雷中心.2010.第7页 【2】刘新民.10kV系统的防雷保护.农村电气化.1999年第8期【3】施围,邱毓昌,张乔根.高电压工程基础.机械工业出版社.2010.第九,十章【4】王兰义,赵冬一,胡淑慧,徐学亭.国内外线路避雷器的应用与发展.电瓷避雷器.2011第1期【5】黄兰英.10kV配电线路防雷水平分析及提高方法的研究.四川电力技术.2009【6】李建新.浅谈架空输电线路常用防雷措施.城市建设理论研究.2011年第17期 二、主要研究(设计)内容、研究
16、（设计）思路及工作方法或工作流程本课题是为解决实际问题对一段6km的10kV重要输电线路进行避雷防雷的设计针对本课题我的设计思路是：1.收集整理该线路的雷击情况，根据线路的雷击跳闸率，耐雷水平等了解该线路的防雷能力。2.考察了解该线路已有的防雷措施，通过测试典型线路杆塔的接地电阻，避雷器的接地电阻等参数全面了解该线路雷电灾害的事故原因。3.根据该线路的电压等级讨论雷电灾害对系统正常运行时可能造成的危害。4.根据线路的电压等级对常用于架空裸导线的防雷措施进行分析。其中针对本段线路可能常用的防雷措施有以下几种：线路的防雷措施加强线路的绝缘能力线路避雷器的选择与安装降低杆塔的接地电阻避雷线或避雷针的
17、选择及安装考虑是否装设自动重合闸考虑是否使用消弧线圈（1）为了提高1OkV配电线路的耐雷水平，需加强线路绝缘。瓷横担的耐雷水平是铁横担针式绝缘子的3倍多，因此，在10kV线路中应尽量选择瓷横担。对于现有铁横担线路，应更换成高一级的绝缘子。将线路上的P一10型针式绝缘子更换为FPQW一10型复合绝缘子(转角杆处更换为P一巧型针式绝缘子)时，线路的雷电冲击闪络电压可由75kV提高到 11OkV。（2）10kV的配电线路上，每隔一定的间距安装一组避雷器是和有效的避雷措施，特别是在小罗绝缘的薄弱点上，如个别的特别高的杆塔，硬装设避雷器进行必要的保护。对于线路避雷器的选择与安装这一部分，要从两个方入手，
18、即避雷器类型与型号的选择与避雷器的安装位置与具体安装方法等，避雷器要通过点电压计算根据伏秒特性曲线来选择型号。避雷器型号选择避雷器的安装位置与方法（过电压计算）避雷器 其中，避雷器的选择和安装都要通过过电压计算来确定，通过仿真计算比较线路遭受雷击时有无避雷器和避雷器安装在不同位置时对系统造成的影响，此外还要计算雷击地面对系统有无影响，雷击单线时对另一条线路有无影响。（3）降低杆塔的接地电阻可以使杆塔遭遇雷击的时候迅速将雷电流倒入大地，避免了杆塔的电位急剧升高。由于所研究的线路位于荒漠地带，土壤以沙地为主，所以如何降低电阻率是是个十分棘手的问题。可以从以下几个方面去着手考虑： 降低杆塔的接地电阻
19、加大接地体的尺寸水平外延接地体外引接地采用降阻剂深埋接地极换土 （4）关于避雷线或避雷针的选择也要进行具体的考虑避雷器线或者避雷针的架设是防止直击雷的最直接的保护方式，要根据经济成本和适用性考虑到底是应该架设避雷线或者安装避雷针；要考虑避雷线或者避雷针的具体架设高度避雷器或者避雷针的选择避雷器或避雷针的具体架设避雷器或避雷针（5）由于线路绝缘具有自恢复性质，线路遭雷击后，雷电闪络产生稳态的工频电弧使相间短路，当开关跳闸后电流被切断，电弧熄灭。经一定时间重合后，电弧一般不会重燃。因此安装重合闸装置对降低线路的雷击事故效果较好（6）雷电活动强烈、接地电阻又难以降低的地区，10kV配电网可考虑电网中
20、性点经消弧线圈接地。雷击闪络大多数是从单相闪络发展为相间闪络的，采用消弧线圈后，可使大多数雷击单相闪络接地故障被消弧线圈消除，不至发展为持续的工频电弧。要综合考虑到线路自身的情况设置完善避雷防雷措施5.利用计算机对配电线路的防雷措施进行建模仿真和实际情况进行验证。6.整体的方案的制定与完善。预期达到的结果：希望通过我的设计能使该段线路的防雷避雷水平得以提高，使该线路能尽量的防止雷电直击导线；防止雷击塔顶或避雷线之后引起绝缘闪络；防止绝缘闪络后转化为稳定的工频电弧；防止线路中断供电。从而使得该煤矿因雷电造成的损失降到最低。 三、毕业设计(论文)工作进度安排14周：查阅整理相关资料；5周：分析雷电灾害对该段线路威胁；6周：对可以用于该段线路的避雷防雷措施进行分析；712周：对线路的避雷防雷设施进行选型；1314周：计算机整套的设施进行仿真分析，校验之后完善整套方案；15周：论文撰写，并交给指导教师审阅，交换修改意见。指导教师意见 指导教师签字:_年 月 日院系部毕业设计（论文）指导委员会审核意见难度份量综合训练程度是否隶属科研项目教学院长(主任)_ （公 章）年 月 日