输电线路的防雷保护.doc

-! 输电线路的防雷保护 摘要：随着科技的发展，电力已成为最重要的资源之一，如何保证电力的供应对于国民经济发展和人民生活水平的提高都有非常重要的意义。输电线路的防雷保护就是重点之一。架空输电线路分布很广，地处旷野， 易遗受雷击，线路的雷害事故在电力系统总的雷害事故中占很大比重。因此要研究防雷原则，及时做好相应措施。 关键词：高压输电线路 雷击跳闸分析 保护措施 雷电 防雷装置 输电线路防雷 由于我国的的输电线路分布广泛，而且大多数地处旷野，很容遭到雷击。当雷电击中电力线路时，雷电流需经过电力线路泄入大地。即使雷电没有击中电力线路，当雷击发生后，导线上感应的异号电荷失去束缚，向导线两则流动，这些电流通过线路侵入变电站或袭击电气设备，在设备上形成过电压。当过电压高于设备的额定雷电冲击耐受电压时，设备就会损坏。因此，对输电线路加强防雷措施，不但可以减少由于雷电击中输电线路而引起的跳闸次数，还可以有效保护变电站内电气设备的安全运行，是维持电力系统持续、可靠供电的重要环节。 一、线路防雷的基本原则 防雷的摹本原则就是提供一条使雷电 (包括雷电电磁脉冲辐射)对大地泄放的 合理低阻抗路径，而不是让其随机性选择 放电通道．其含义就是要控制雷电能量的 泄放与转换。 1．1防绕击 线路直击雷事故有绕击和反击两种， 线路的绕击耐雷水平远低于其反击耐雷水平。输电线路最有效的保护，是采用接地的避雷线。输电线路饷屏蔽系统由地线、 杆塔和大地三者构成．输电线路发生绕击跳闸事故可归咎予屏蔽系统的引雷能力不够。对于具体情况，增强某一屏蔽体的引雷能力，可有效地防止绕击跳闸事敝的发生。 1．2防反击 避雷线或塔顶上落雷后，雷电流沿避雷线流入杆塔。由于杆塔或其接地引下线的电感和杆塔接地电阻h的压降，塔顶的电位可能达到足以使线路绝缘发生反击的数值，这样仍会造成跳闸搴故。防止发生反击最有效的方法是降低秆塔的接地电阻。此外，还可以采取适当加强绝缘、在雷电强烈地区加装耦合地线以增大避雷线对导线的耦合系数等辅助方法来防止发生反击。 1．3防止雷击闪络后建立工频短路电弧 一般送电线路的绝缘在雷击闪络后，不会每次都能建立稳定的短路电弧。加强线路绝缘可以减少绝缘子串上的工频电场。降低建立稳定工频电弧的概率，从而可以抑制绝缘子串闪络后工频短路电弧的建立。 1．4保证线路不间断供电 根据运行经验，送电线路雷击闪络或短路多为瞬时性故障。当线路跳闸后电弧 就会自行熄灭，绝缘子的电气强度即可完全恢复，如将线路重新合闸，就能继续恢复供电，保证用户正常生产。因此架空输电线路应广泛采用自动重合闸装置，这对提高供电可靠性有着十分重大的作用。 1．5特殊杆塔重点防护 对于送电线路上个别绝缘比较薄弱和需要重点保护的杆塔或设备，例如大跨越档特殊高杆塔等均须加以保护，一般可以改善接地，同时对特殊杆塔还应考虑适当加强其绝缘，安装线路避雷器等。线路的跳闸往往是由于个别绝缘弱点在雷击时发生闪络引起的，所以消除这些绝缘弱点并加强对它们的保护是保证送电线路安全运行十分重要的手段。 二、线路防雷的基本措施 为降低输电线路的雷击跳闸率，提高线路耐雷水平，保证安全连续运行，输电线路防雷常采用以下措施： 2．1架设避雷线等防雷装置 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）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。因此，110kV及以上电压等级的输电线路都应全线架设避雷线。 同时，为了提高避雷线对导线的屏蔽效果，减小绕击率，避雷线对边导线的保护角应做得小一些，一般采用20～30。220kV及330kV双避雷线线路应做到20左右，500kV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线，保护角在15左右。 1、 装有避雷线的线路 ，在一般土壤电阻率地区，其耐雷水平不宜低于下表所列数值。 （注 ：1、表中较大数值用于多雷区或较重要的线路 ；2、双回路或多回路杆塔的线路，应尽量达到表中的数值。为此，可采取改善接地、架设耦合地线或适当加强绝缘等措施 。） 表 1 有避雷线线路的耐雷水平 额定电压(kV) 一般线路(kA) 大跨越档中央和发电厂、变 电所进线保护段 (kA) 35 20~30 30 60 30~60 60 110 40~75 75 220 75~110 110 330 100~150 150 500 125~175 175 2．2降低杆塔接地电阻 降低接地电阻是提高线路耐雷水平防止反击的有效措施。配合架设避雷线，降低杆塔接地电阻可以减小雷击杆塔时的电位升高。对于架设有避雷线的杆塔，我们都设置了接地装置。同时，要重视无避雷线杆塔的接地。无避雷线水泥杆、金属杆塔的接地电阻虽然一般不限制，但在年平均雷暴日超过40天的地区，接地电阻也不宜超过 30Ω(可 减少由于雷击线路而引起多相短路和两相异点接地引起的断线事故)。 现行规程对杆塔接地电阻的要求见表 2，在雨季干燥时，每基杆塔的工频接地电阻不宜超过表中所列数值。 表 2 有避雷线输电线路杆塔的工频接地电阻 土壤 电阻率 p（Ωm） 100及以下 100以上至 500 500以上至 1000 1000以上至 2000 2000以上 工频接地 电阻 (Ω) 10 15 20 25 30 2．3架设耦合地线 若线路所经地区的七壤电阻率较高 (在2000 Ωm及以上)难以降低接地电阻，而且雷击跳闸频繁时，可在导线下方4～5 米处架设耦合地线。其作用是连同避雷线一起来增加它们与导线间的耦合系数，增大杆塔向两侧的分流作用，从而在雷击塔顶时使线路承受的过电压显著减小。运行经验表明，耦合地线可使线路雷击跳闸率下降50％左右。 一般情况下，档距中央耦合地线与导线 间在最大弧垂时距离应不小于表3所列的数值。 表 3 档距中央耦合地线与导线间的最小距离 电压 (kv) 35～60 110 154 220 330 500 距 离 (m) 2 3 4 5 7 8 2．4采用中性点非有效接地方式 我国35kV及以下电网一般采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。这样可使雷击引起的大多数单相接地敝障自动消除，不致造成雷击跳闸。在两相或三相闪络时，因先对地闪络相的导线相当于一条避雷线，由于其对末闪络相的耦合作用，使未闪络相绝缘上的过电压下降。提高r线路的耐雷水平。为r更好的发挥这一作用，并减少雷击引起的多相短路和两 相异点接地引起的断线事故，铁塔和钢筋混凝土杆宜接地，接地电阻不受限制，但多雷区不易超过30 Ω。 2．5加强线路绝缘 输电线路中个别大跨越的高杆塔地段 (如跨越大江)，落雷机会增多；塔高等值电感人，塔顶电位高；感应过电压高和绕 击率高等因素增大了线路的雷击跳闸率。为了降低跳闸率。可采用在特高压杆塔上增加绝缘子片数，增大跨越档导线与避雷线之间的距离和改用大爬距悬式绝缘子等措施来加强线路绝缘。对于35kV及以下的线路，可采用瓷横担等冲击闪络电压较高的绝缘子来降低雷击跳闸率。 2．6采用不平衡绝缘方式 现代高压及超高压线路，同杆架设双回线路的趋势有所增加，为了降低雷击时双回路同时跳闸的机率，采用通常的防雷措施无法满足要求时，可考虑采用不平衡绝缘方式，也就是使双同路的绝缘子片数有差异。雷击时，片数少的线路先闪络，闪络后的导线相当于耦合地线，增加了另一回路导线的耦合作用，使其耐雷水平提高，不致闪络。一般认为双同路绝缘水平的差异宜为倍相电压(蜂值)，若差异过大，会使线路总的跳闸率增加。 2．7装设线路型避雷器 为了减少线路的雷击事故，提高供电可靠性，提出了在线路中安装金属氧化物避雷器来减少线路雷击事故的要求。自1980年开始，国外开展了应用避雷器来降低线路雷击事故的研究，并已成功地将避雷器应用到输电线路上。理论计算分析和实践都证明，将线路型避雷器应用到线路雷电活动强烈或土壤电阻率高，降低接地电阻有困难的线段，可以较大地提高线路的耐雷水平。 2．8装设自动重合闸 从近几年输电线路的跳闸情况来看，大多数的跳闸能够重合成功，为持续供电起到了良好的作用。据统计，我国 110kV 及以上送电线路的自动重合闸重合成功率可达75％～95％，35kV及以下线路约为50％～80％。这是因为绝缘子在雷击闪络后，一般都能在线路跳闸后自动恢复绝缘性能，所以重合闸成功率较高。采用重合闸，可以减少检修工作量，提高供电可靠性 。 三、输电线路的维护 应该对输电线路进行实时的管理与检修。为了防止雷击跳闸停电，在防雷技术上应多做研究，输电线路防雷设计的目的是提高线路的防雷性能，降低线路的雷击跳闸率，还有就是对防雷设备的接地情况进行检查，还应根据地形条件和气候条件等综合考虑运行方式；从实际出发实行输电线路状态检修是电网发展的必然要求，也是输电线路管理水平不断提高的需要，如增加巡视站，清理线路旁的树枝等；应该尽量避免电能在输电网中的损耗，电力网在实际运行中可能由于带电设备绝缘不良而有漏电损耗。这种损耗可以通过加强电力网的维护工作来降低，维护工作主要是定期清扫线路、变压器、断路器等的绝缘子和绝缘套管等；应综合考虑系统的运行方式、防止雷击永久性故障和降低雷击跳闸率，还要根据线路经过地区雷电活动的强弱、地形地貌特点、清理线路周围的不利因素、加装线路避雷器和接地电阻监测等措施，以降低雷电天气对输电线路造成的危害。 四、结语 由此可见，随着科技发展，生产和生活用电量越来越大，电已经成为最重要的资源之一，如何保证电力的供应对于国民经济发展和人民生活水平的提高都有非常重要的意义。在电力输送过程中，如何防雷显得十分重要，防雷击术的研究已经取得了很大的发展，线路防雷的保护措施会越来越多。在实际中，输电线路的防雷保护是一个系统工程，需要因地制宜，根据不同区域的地形地貌和气候特点，合理地选择防雷保护措施。如在高原山区，雷击次数多，而且地形越恶劣的环境越严重，采用单一的避雷器不能产生很好的避雷效果，但是如果配上杆塔接地网的装置就可以大大降低雷击率，所以在输电线路中杆塔接地网的装置既可以在平原应用还可以应用在地质恶劣的山上。 输电线路的管理和检修也是必不可少的，输电线路不同于一般的设备，它覆盖范围广，而且大部分在室外，只要有任何一处损毁，就会影响到一个系统，所以线路的检修和管理是影响供电稳定性的重要环节。 参考文献 [1] 胡毅.输电线路大范围病害事故分析及对策[J].高电压技术，2005，31(4). [2] 胡毅.输电线路运行故障分析与防治[M].北京：中国电力出版社，2007． [3] 曾昭桂. 《输配电线路运行和检修》（第三版）.中国电力出版社 [4] 唐晓青. 《输电线路施工》. 中国电力出版社，2004.06. [5] 王利国. 《110kV及35kV送电线路的防雷措施》[J]. 广西电业,2007,(4) [6] 黄燕 刘军伟 (武汉大学 湖北武汉430072)《输电线路的防雷保护》 [7] 丛秋爽 (山东省潍坊市寒亭区供电公司 261 1 00《输电线路的防雷保护》