输电线路防雷措施的技术研究及应用

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　　摘要：在我国运行的高压线路总跳闸次数中，由雷击引起的跳闸占50%~60%，而且气候变暖已是毫无争议的事实，我国北方地区在今后50年将越来越多雨。因此，在大气候逐步改变后，35kV架空线路雷击跳闸率增加也成为必然。所以对我国北方地区35kV输电网架空线路重新设计防雷方案，采取防雷措施已迫在眉睫。
　　关键词：防雷措施；输电线路；
　　 为了获取最大的经济效益，保证电网安全可靠，所以输电网络安全规划的主要任务是，在可行技术的条件下，为满足负荷发展的需求，制定可行的电网发展方案。架空输电线路由于长度大,分布面积广,布线复杂,以及其架空高度高,因此其遭受雷击事故的几率非常高,由此产生的电力系统事故也多。特别是地处山地多雷区的架空输电线路,雷害所引起的事故经济损失是不可估计的。架空输电线路防雷能力的高低在很大程度上决定架空输电线路的运行指标的高低。
　　 1、输电线路中雷害的形式
　　 为防止雷击电气设备而发生事故，通过对雷击区的确定，进而对线路采取针对性的防护措施，容易遭受雷击的杆塔，主要是处于两种不同土壤电阻率的土壤接合部的杆塔和傍山又临水域地段的杆塔，以及山顶的高位杆塔或向阳半坡的高位杆塔。使其免受雷击，或击而不闪，闪而不弧，从而保证了电气设备的安全和稳定的供电。雷击造成的事故称为雷害事故，雷击引起线路闪络,一般有绕击和反击两种形式。
　　
　　 2、输电线路防雷现状与措施
　　由于输电线路的分布错综复杂，鉴于目前的技术水平，对输电线路还不可能做到绝对的防雷。此外，雷击线路时，自线路入侵的雷电波也是威胁变电站的主要因素。综合考虑技术和经济措施，提高线路的防雷可以提高电网运行可靠性。输电线路防雷性能的优劣主要用两个指标来衡量:(1)雷击跳闸率，每100km线路每年由雷击引起的跳闸次数。(2)耐雷水平，即雷击线路绝缘不发生闪烙的最大电流幅值。
　　要提高防雷水平，必须做四道防线:一是使输电线路不直击受雷;二是线路受雷后绝缘不发生闪络;三是闪络后不建立稳定的工频电弧;四是建立电弧后不中断电力供应。
　　 3、35KV架空输电线路防雷方案研究
　　 3.1 建立模型
　　 由于雷击到输电线路引起的过电压使得绝缘闪络在电力系统事故占很大比例，因此研究线路杆塔遭受雷击时的特性对提高输电线路运行可靠性具有很高的理论意义和实用价值。我们在比较容易遭受雷直击的超高压杆塔的雷电特性分析方而利用模拟试验、现场实测、计算机仿真等手段展开了许多工作，积累了大量的重要数据，为提高线路耐雷水平提供了重要的依据和参考。
　　以输电线路采用3根不换位的LGJ-70导线，档距取230 m，多导线线路的电气参数采用已有的线路参数进行计算，杆塔采用分布参数进行处理，线路采用3片X-4.5瓷绝缘子，采用紧凑输电线路典型塔型，雷电流波形采用波头为的斜角平顶波。通过改变接地电阻以及雷电流的幅值计算杆塔的耐雷水平。
　　 3.2 未加装避雷设备遭受雷击计算
　　当雷直击于导线时，导线的雷击点电位可按式(1)计算：
　　 (1)
　　式中：为雷电流幅值;为线路波阻抗。线路耐雷水平为:
　　 (2)
　　35 kV线路电气参数如下:电感1.34 mH/km，电容8.59 nF/km，波阻抗395.1 ，波速m/s。绝缘子的耐受电压一般为250~280 kV，计算中取下限250 kV，代入式(2)，可得35 kV线路在没有采取避雷措施，发生雷电直击导线故障时的线路耐雷水平为2.53kA。
　　
　　 3.3 加装避雷设备后遭受雷击计算
　　雷电冲击电压主要决定于绝缘子串长，绝缘子串片数的增加能提高绝缘子串的u50%，降低跳闸率。但为满足空气间隙要求也要相应增大杆塔、横担等尺寸，同时也增加了绝缘费用。也可以采用在导线下方加挂耦合地线的方法，增加避雷线与导线间的耦合作用，增大耦合系数k。加挂耦合线，虽不能减少绕击率，但能在雷击杆塔时起分流作用和耦合作用，降低绝缘子串上的电压，提高线路的耐雷水平。
　　 各处的电位、电流可以运用麦克斯韦静电方程式列出：
　　 （3）
　　 其中，自波阻抗和互波阻抗可由下式求得：
　　 ，（4）
　　式中--线k的平均高度；--线k的半径；
　　--线k和线n间的距离；--线n和线k的镜像k’间距离。
　　当避雷线和耦合地线受雷击时所带的电位，导线对地绝缘i4=0，两避雷线和耦合地线对导线的几何耦合系数k可以根据矩阵克莱姆法则推导为：
　　（5）
　　另外，雷击杆顶时，由于避雷线和耦合地线的存在，使雷电流沿避雷线和耦合地线流向两侧杆塔入地，求得有耦合线时等值电路。
　　由此可看出，总电流i分别被避雷线和耦合地线分去了一部分，流经杆塔的雷电流杆塔分流系数 ，可得
　　（6）
　　其中：、可由经△→Y电路变换后求出。
　　可见有了耦合地线和绝缘子串，在雷击杆塔时增强了分流效果，能提高线路的耐雷水平。
　　 4、总结与展望
　　 通过以上理论研究，与建立模型计算，可以得出降低接地电阻、架设耦合地线、安装塔顶防雷引下线等措施，可以在线路的多雷区段、特殊高塔等耐雷水平要求较高的地方采用，能有效地改善同杆架设多回路送电线路的耐雷水平，降低线路的雷电跳闸率，提高线路的防雷性能。
　　目前，各种输电线路耐雷性能计算方法对于同一条线路的分析计算结果差别较大，目前的许多模型都是建立在一定的假设和模拟实验上，与实际情况有一定的区别，因此今后应该继续着眼于雷击输电线路过程机理的研究，以提出更加合理的计算输电线路耐雷水平的方法，从而增强线路运行的可靠性。
　　注：文章内所有公式及图表请以PDF形式查看。

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