古浪供電公司 —配電線路工技師專業(yè)技術(shù)論文

1、國(guó)家職業(yè)資格全國(guó)統(tǒng)一鑒定配電線路工技師論文（國(guó)家職業(yè)資格級(jí)） 避雷針、避雷線耦合地線防雷效果分析姓 名：董建宏身份證號(hào)考證號(hào)：2017092721404721186所在省市：甘肅省武威市所在單位：古浪縣供電公司避雷針、避雷線耦合地線防雷效果分析董建宏古浪縣供電公司摘 要：我國(guó)6-35kV配電網(wǎng)易發(fā)生雷害事故，雖然在城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造后整體狀況有所好轉(zhuǎn)，但在雷電活動(dòng)頻繁的地區(qū)，配網(wǎng)中的架空絕緣導(dǎo)線、架空裸導(dǎo)線和配電變壓器等設(shè)備因遭受雷擊而引起跳閘事故的情況并未根本好轉(zhuǎn)，雷害仍嚴(yán)重危害配電網(wǎng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。80年代后我國(guó)采用架空絕緣導(dǎo)線后，可以大大降低雷害

2、事故發(fā)生次數(shù)，但是在實(shí)際運(yùn)行中架空絕緣導(dǎo)線雷擊斷線的事故卻時(shí)有發(fā)生。本文對(duì)避雷針、避雷線和配電線路加裝耦合地線的防雷效果進(jìn)行研究分析，提出其相應(yīng)的適用場(chǎng)合，最終提出了配電網(wǎng)的防雷措施。關(guān)鍵詞：避雷措施；防雷效果 ；效果分析1. 引言隨著科技的發(fā)展，電力已成為最重要的資源之一，保證電力的供應(yīng)對(duì)于國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展和人民生活水平的提高都有非常重要的意義。雷電是一種雄偉壯觀而又有點(diǎn)令人生畏的自然現(xiàn)象，它的危害體現(xiàn)在雷電的熱效應(yīng)、機(jī)械效應(yīng)、過電壓效應(yīng)以及電磁效應(yīng)，當(dāng)它對(duì)大地產(chǎn)生放電時(shí)，便會(huì)造成巨大的破壞。由于架空輸電線暴露在自然中，極易受到外界的影響和損害，尤其是雷擊，嚴(yán)重地威脅著電網(wǎng)運(yùn)行的安全。我國(guó)主要配

3、電網(wǎng)絡(luò)635kV電網(wǎng)最易發(fā)生雷害事故，雖然城鄉(xiāng)電網(wǎng)改造后狀況有所好轉(zhuǎn)，但在雷電活動(dòng)頻繁地區(qū)，雷害和雷擊跳閘事故并未根本好轉(zhuǎn)，嚴(yán)重危害配電網(wǎng)的安全、可靠、穩(wěn)定運(yùn)行。對(duì)輸電線路加強(qiáng)防雷措施，不但可以減少由于雷電擊中輸電線路而引起的跳閘次數(shù)，還可以有效保護(hù)變電站內(nèi)電氣設(shè)備的安全運(yùn)行，是維持電力系統(tǒng)持續(xù)、可靠供電的重要環(huán)節(jié)。本文針對(duì)配電線路的主要特征，從導(dǎo)致雷害的各方面因素出發(fā)，綜合討論了配電線路防雷的主要問題，并針對(duì)目前發(fā)生的主要雷害事故提出防范措施。1.1 雷電放電過程與危害作用于電力系統(tǒng)的雷電過電壓最常見的（約90%）是由帶負(fù)電的雷云對(duì)地放電引起，稱為負(fù)下行雷。負(fù)下行雷通常包括若干次重復(fù)的放電過

4、程，而每次可以分為先導(dǎo)放電、主放電和余輝放電三個(gè)階段。1雷電具有極大的破壞性，其電壓高達(dá)數(shù)百萬伏，瞬間電流可高達(dá)數(shù)十萬安培。雷擊所造成的破壞性后果體現(xiàn)于下列三種層次：設(shè)備損壞，人員傷亡；設(shè)備或元器件壽命降低；傳輸或儲(chǔ)存的信號(hào)、數(shù)據(jù)（模擬或數(shù)字）受到干擾或丟失，甚至使電子設(shè)備產(chǎn)生誤動(dòng)作而暫時(shí)癱瘓或整個(gè)系統(tǒng)停頓。防雷，是指通過組成攔截、疏導(dǎo)最后泄放入地的一體化系統(tǒng)方式以防止由直擊雷或雷電電磁脈沖對(duì)建筑物本身或其內(nèi)部設(shè)備造成損害的防護(hù)技術(shù)。1.2 配電線路的雷害我國(guó)主要配電網(wǎng)635kV電網(wǎng)配電線路絕大多數(shù)無避雷線保護(hù)，自身絕緣水平較低，容易遭受雷擊危害。其中又分直擊雷危害和感應(yīng)雷危害兩種情況。一種是

5、雷擊于線路引起的直擊雷過電壓；另一種是雷擊線路附近，由于電磁感應(yīng)所引起的感應(yīng)雷過電壓。由于低壓線路絕緣水平低，由感應(yīng)雷過電壓引起的雷害故障次數(shù)占絕大部分。據(jù)測(cè)量，感應(yīng)雷過電壓的幅度可達(dá)500kV左右，對(duì)配電線路絕緣具有很大的威脅。2因此，配電線路防雷必須充分重視對(duì)感應(yīng)雷過電壓的防護(hù)。6-lOkV線路的直擊雷耐雷水平僅為5kA左右，一旦發(fā)生雷直擊線路，很容易發(fā)生沖擊閃絡(luò)。但由于直擊雷過電壓導(dǎo)致的故障所占比例很少(不超過10)，而且一旦真正出現(xiàn)，由于線路絕緣水平太低又很難防止其不發(fā)生雷擊閃絡(luò)，故在配電網(wǎng)中，防直擊雷并不是配電網(wǎng)防雷中的關(guān)鍵。在配電網(wǎng)中，一旦發(fā)生直接雷，通常允許其發(fā)生沖擊閃絡(luò)，而在其

6、后采用消弧線圈等措施來消除或控制事故。由于配電線路的絕緣水平相對(duì)11OkV及以上輸電線路的絕緣水平低得多。例如：11OkV的線路絕緣子串長(zhǎng)度為1m，臨界閃絡(luò)電壓為700kV，而6kV或lOkV配電線路的絕緣子串長(zhǎng)度僅為01m，臨界閃絡(luò)電壓僅為75kV，35kV配電線路的臨界閃絡(luò)電壓為也只有350kV，而感應(yīng)雷過電壓幅值可達(dá)400kV500kV，較容易超過配電線路絕緣子的雷電沖擊耐壓而發(fā)生閃絡(luò)事故。因此，在配電網(wǎng)中，絕大部分雷害事故是由感應(yīng)雷過電壓造成的。1.3 架空線路的感應(yīng)雷過電壓感應(yīng)過電壓具有極性與雷電的極性正好相反、同時(shí)存在于三相導(dǎo)線，相間不存在電位差，故一般只能引起相地之間的閃絡(luò)，通常

7、不會(huì)產(chǎn)生相間閃絡(luò)、幅值不高（一般不會(huì)超過500kV）對(duì)11OkV及以上電壓等級(jí)線路的絕緣不會(huì)構(gòu)成威脅，僅在35kV及以下的線路中可能會(huì)產(chǎn)生一些閃絡(luò)事故等三個(gè)特點(diǎn)。1.4 有關(guān)的雷電參數(shù)雷電放電受氣象條件、地形和地質(zhì)等許多自然因素影響，帶有很大的隨機(jī)性，因而表征雷電特性的各種參數(shù)也就具有統(tǒng)計(jì)的性質(zhì)。主要的雷電參數(shù)有：雷暴日及雷暴小時(shí)、地面落雷密度、主放電通道波阻抗、雷電流極性、雷電流幅值、雷電流等值波形、雷電流陡度等。在防雷設(shè)計(jì)中，雷電流的波形采用2.6/50us；雷電流陡度是指雷電流隨時(shí)間上升的速度，雷電流陡度越大，對(duì)電氣設(shè)備造成的危害也越大，常常根據(jù)一定的幅值、波頭和波形來推算；防雷保護(hù)都取

8、負(fù)極性雷電流進(jìn)行研究分析。2. 避雷針和避雷線防雷分析雷電放電作為一種強(qiáng)大的自然力的爆發(fā)，是難以制止的。目前人們主要是設(shè)法去躲避和限制它的破壞性，其基本措施就是設(shè)置避雷針、避雷線、避雷器和接地裝置。避雷針和避雷線可以防止雷電直接擊中被保護(hù)物體，因此也稱作直擊雷保護(hù)；避雷器可以防止沿輸電線路侵入變電所的雷電沖擊波，因此也稱作侵入波保護(hù)；而接地裝置的作用就是減小避雷針（線）或避雷器與大地（零電位）之間的電阻值，以達(dá)到降低雷電沖擊電壓幅值的目的。2.1 避雷針保護(hù)作用的原理避雷針，現(xiàn)稱“接閃桿”，是用來保護(hù)建筑物、高大樹木等避免雷擊的裝置。在被保護(hù)物頂端安裝一根接閃器，用符合規(guī)格導(dǎo)線與埋在地下的泄流

9、地網(wǎng)連接起來。當(dāng)雷云放電接近地面時(shí)它使地面電場(chǎng)發(fā)生畸變。在避雷針的頂端，形成局部電場(chǎng)集中的空間，以影響雷電先導(dǎo)放電的發(fā)展方向，引導(dǎo)雷電向避雷針放電，再通過接地引下線和接地裝置將雷電流引入大地，從而使被保護(hù)物體免遭雷擊。避雷針需有足夠截面的接地引下線和良好的接地裝置，以便將雷電流安全可靠地引入大地。避雷針一般用于保護(hù)發(fā)電廠和變電所，可根據(jù)不同情況裝設(shè)在配電構(gòu)架上，或獨(dú)立架設(shè)。單支避雷針的保護(hù)范圍是一個(gè)以避雷針為軸的近似錐體的空間。當(dāng)保護(hù)范圍較大時(shí)，如果采用單支避雷針保護(hù)，要求針比較高，這在經(jīng)濟(jì)上是不合算的，技術(shù)上也難以實(shí)現(xiàn)，因此，可采用多針保護(hù)。2.2 避雷線的防雷原理避雷線，通常又稱架空地線，

10、簡(jiǎn)稱地線。避雷線的防雷原理與避雷針相同，是架設(shè)在通信線路上方的金屬導(dǎo)線，并接地良好，能有效地將雷電的放電引入大地。主要用于輸電線路的保護(hù)，也可用來保護(hù)發(fā)電廠和變電所，近年來許多國(guó)家采用避雷線保護(hù)500kV大型超高壓變電所。用于輸電線路時(shí)，避雷線除了防止雷電直擊導(dǎo)線外，同時(shí)還有分流作用，以減少流經(jīng)桿塔入地的雷電流從而降低塔頂電位，避雷線對(duì)導(dǎo)線的耦合作用還可以降低導(dǎo)線上的感應(yīng)雷過電壓。3. 耦合地線防雷分析在線路下方加裝耦合地線雖然不能像避雷線那樣攔截直擊雷，但因具有一定的分流作用和增大導(dǎo)地線之間的耦合系數(shù)，因而也能提高線路的耐雷水平和降低雷擊跳閘率。3.1 耦合系數(shù)3.1.1 耦合系數(shù)的計(jì)算圖3

11、-1 兩根平行導(dǎo)電系統(tǒng)及鏡像如圖3-1所示，對(duì)架空線路來說，線k的自波阻抗，線k與線j間的互波阻抗可按下列兩式求得： （3-1）式中：線k的半徑； 線k的平均高度。 （3-2）式中：線k與線之間的距離； 線k與線鏡像之間的距離。此外，由于對(duì)稱性。 當(dāng)導(dǎo)線j受到雷擊時(shí)，雷電波幅值為u在導(dǎo)線k上將感應(yīng)出 式中為j線對(duì)k線的耦合系數(shù)，其值為互波阻抗與自波阻抗的比值，即。因?yàn)?，所以耦合系?shù)。 3.1.2 耦合系數(shù)與作用于絕緣子串上的電壓之間的關(guān)系由上述討論知，導(dǎo)、地線之間所承受的過電壓為 （3-3）可見耦合系數(shù)k越大，則導(dǎo)線和耦合地線間絕緣子串上所承受的電壓越小，可以有效的防止感應(yīng)雷對(duì)配電線路的危害。

12、4在三相系統(tǒng)中，取耦合地線與導(dǎo)線中耦合系數(shù)最小的一相做為耦合系數(shù)。 3.2 單回線路桿塔加裝耦合地線 3.2.1 耦合地線位于橫擔(dān)下方（1）桿塔參數(shù)橫擔(dān)高度11.8m，絕緣子長(zhǎng)度O.3m，邊相導(dǎo)線距桿塔水平距離0.6m，兩側(cè)檔距50m。 （2）1根耦合地線 設(shè)S為橫擔(dān)與耦合地線懸掛點(diǎn)垂直距離，耦合地線位于橫擔(dān)下方，K為耦合系數(shù)。3-2是桿塔示意圖。圖3-2 架設(shè)1根耦合地線桿塔示意圖表3-1 耦合系數(shù)計(jì)算結(jié)果S0.50.70.9K0.29750.28380.2715（3）2根耦合地線 設(shè)Lb為兩根耦合地線間距離，計(jì)算所得耦合系數(shù)如下所示。圖3-3是桿塔示意圖。 圖3-3 架設(shè)2根耦合地線桿塔示

13、意圖表3-2 耦合系數(shù)計(jì)算結(jié)果S/L0.50.70.9060.42540.40660.389710.43760.41910.40231.40.44220.42470.4086 3.2.2 耦合地線位于橫擔(dān)上方（1）桿塔參數(shù)橫擔(dān)高度11.8m，絕緣子長(zhǎng)度O.3m，邊相導(dǎo)線距桿塔水平距離0.6m，兩側(cè)檔距50m。 （2）l根耦合地線 設(shè)S為橫擔(dān)與耦合地線懸掛點(diǎn)垂直距離，耦合地線位于橫擔(dān)上方，K為耦合系數(shù)。圖3-4是桿塔示意圖。圖3-4 架設(shè)1根耦合地線桿塔示意圖表3-3 耦合系數(shù)計(jì)算結(jié)果S0.5K0.3879 （3)2根耦合地線設(shè)Lb為兩根耦合地線間距離，S取0.5m，計(jì)算所得耦合系數(shù)如下所示。圖

14、3-5是桿塔示意圖。圖3-5 架設(shè)2根耦合地線桿塔示意圖表3-4 耦合系數(shù)計(jì)算結(jié)果0.20.610.51490.57050.56573.2.3 耦合地線位于橫擔(dān)平面（1）桿塔參數(shù)橫擔(dān)高度11.8m，絕緣子長(zhǎng)度0.3m，邊相導(dǎo)線距桿塔水平距離0.6m，兩側(cè)檔距50m。 (2)2根耦合地線設(shè)L為兩根耦合地線間距離，計(jì)算所得耦合系數(shù)如下所示。圖3-6是桿塔示意圖。圖3-6 架設(shè)2根耦合地線桿塔示意圖表3-5耦合系數(shù)計(jì)算結(jié)果0.20.40.60.45240.47320.4843 3.3 雙回線路桿塔加裝耦合地線 3.3.1 耦合地線位于橫擔(dān)下方(1) 桿塔參數(shù)橫擔(dān)高度分別為11.8m、11.1m、10

15、.4m，絕緣子長(zhǎng)度0.3m，邊相導(dǎo)線距桿塔水平距離0.6m，兩側(cè)檔距50m。(2) 1根耦合地線設(shè)S為橫擔(dān)與耦合地線懸掛點(diǎn)垂直距離，耦合地線位于橫擔(dān)下方，K為耦合系數(shù)。圖3-7是桿塔示意圖。圖3-7 架設(shè)l根耦合地線桿塔示意圖表3-6 耦合系數(shù)計(jì)算結(jié)果SO.5O.7O.9K0.24640.23710.2284 （3) 2根耦合地線 設(shè)Lb為2根耦合地線間距離，計(jì)算所得耦合系數(shù)如下所示。圖3-8是桿塔示意圖。 圖3-8 架設(shè)2根耦合地線桿塔示意圖表3-7 耦合系數(shù)計(jì)算結(jié)果S/L0.50.70.90.60.35590.34290.330710.36870.35550.34311.40.37600.

16、36280.3504 3.3.2 耦合地線位于橫擔(dān)平面 (1) 桿塔參數(shù) 橫擔(dān)高度分別為11.8m、11.1m、10.4m，絕緣子長(zhǎng)度0.3m，邊相導(dǎo)線距桿塔水平距離0.6m，兩側(cè)檔距50m。 (2) 2根耦合地線 設(shè)Lb為2根耦合地線間距離，計(jì)算所得耦合系數(shù)如下所示。圖3-9是桿塔示意圖。圖3-9 架設(shè)2根耦合地線桿塔示意圖表3-8 耦合系數(shù)計(jì)算結(jié)果0.20.40.60.40810.42840.4403 3.4 配電線路加裝耦合地線防雷小結(jié) 加裝耦合地線可以有效減少感應(yīng)雷對(duì)配電線路的危害，因此在配電線路，尤其是10KV線路可以廣泛采用。 由上述的計(jì)算結(jié)果可知，耦合地線加裝在橫擔(dān)平面或者橫擔(dān)以

17、上，且采用兩條耦合地線時(shí)，耦合系數(shù)比較高，防雷效果好。但是結(jié)合工程實(shí)際，將耦合地線直接加裝在橫擔(dān)上更容易實(shí)現(xiàn)，成本低。4.小結(jié)通常采用耐雷水平和雷擊跳閘率來表示一條線路的耐雷性能和所采用防雷措施的效果。輸電線路常采用避雷線、降低桿塔接地電阻、加強(qiáng)線 路絕緣等措施來進(jìn)行防雷。直擊雷防護(hù)的措施主要是裝設(shè)避雷針或避雷線，使被保護(hù)設(shè)備處于避雷針或避雷線的保護(hù)范圍之內(nèi)，同時(shí)還必須防止雷擊避雷針或避雷線時(shí)引起與被保護(hù)物的反擊事故。 4.1 線路防雷措施 （1）對(duì)于35kV線路的，最有效的措施有兩種：降低接地電阻(盡量小于10歐姆)和增加耦合地線(在對(duì)地高度允許的情況下)。這兩種方法可以因地制宜地單獨(dú)采用、

18、也可以合起來采用；5 （2）對(duì)于原來沒有加裝避雷線或者單避雷線的線路，由于控制繞擊比較困難，可以在鐵塔兩側(cè)加橫向的側(cè)向避雷針(伸出長(zhǎng)度為3m)，它可以有效地減少線路繞擊事故的發(fā)生； （3）對(duì)于新建35kV線路，如果要使用架空地線，則應(yīng)該考慮采用雙避雷線，不應(yīng)采用單避雷線方式。這樣，可以有效地控制線路保護(hù)角，防止線路發(fā)生繞擊； （4）35kV及以下的線路主要防雷措施：依靠架設(shè)消弧線圈和自動(dòng)重合閘； （5）10KV架空裸導(dǎo)線在配電網(wǎng)導(dǎo)線下方0.5m-1.0m處掛一根接地線。 4.2 發(fā)電廠和變電所的防雷措施 發(fā)電廠和變電所是電力系統(tǒng)的樞紐，設(shè)備相對(duì)集中，一旦發(fā)生雷害事故，往往導(dǎo)致發(fā)電機(jī)、變壓器等重要電氣設(shè)備的損壞，更換和修復(fù)困難，并造成大面積停電，嚴(yán)重影響國(guó)民經(jīng)濟(jì)和人民生活。因此，發(fā)電廠和變電所的防雷保護(hù)要求十分可靠。 變電所中出