雷電對輸電線的影響

學號：缺Ulh里三尢專高電壓技術論文題目雷電對輸電線路的危害及保護措施學院自動化學院專業(yè)電氣工程及其自動化班級姓名指導教師2012年9月28日目錄TOC\o"1-5"\h\z\o"CurrentDocument"雷電對電力線路的危害 3\o"CurrentDocument"輸電線路防雷設計的重要意義 31.2配電線路的設計 4\o"CurrentDocument"對雷電危害的防護： 5\o"CurrentDocument"輸電線路設計與運行中的防雷措施： 5\o"CurrentDocument"2.1.2設耦合架空地線 6\o"CurrentDocument"2.1.3設輔助架空地線 6\o"CurrentDocument"安裝線路型氧化鋅避雷器 6\o"CurrentDocument"采用中性點非有效接地方式 7\o"CurrentDocument"裝設自動從合閘裝置 7\o"CurrentDocument"新技術的防雷措施 8\o"CurrentDocument"安裝引弧間隙 8\o"CurrentDocument"消雷器的防雷 8\o"CurrentDocument"對防雷措施的評價 9\o"CurrentDocument"接地系統(tǒng)的概念是一切防雷措施的基礎 9\o"CurrentDocument"消雷器是一種較好的防雷措施 9雷電定位系統(tǒng)是一種與雷電長期抗戰(zhàn)的有利措施 10\o"CurrentDocument"4小結 10

雷電對輸電線路的危害及保護措施摘要：本文介紹了雷電對電力系統(tǒng)所造成的各種危害，還論述了目前我國輸配電線路防雷設計中常用的集中方法，并對幾種方法進行了深入闡述、定量分析。文章還指出了輸電線路特殊地段的防雷設計方法；并通過運用備用自投裝置、重合閘裝置等來提高線路跳閘情況下的供電可靠性。關鍵詞雷電危害、防雷措施關鍵詞雷電危害、防雷措施前言：在我們的生活中，許多自然現(xiàn)象會給我們的生活帶來嚴重的不良影響，雷暴天氣是自就是一種，由雷電引發(fā)的自然災害越來越頻繁，人們漸漸開始擔憂雷電所造成的嚴重破壞以及重大的經(jīng)濟損失，一次雷電的放電時間雖然只有0.01秒左右，但其釋放出的能量缺大的驚人。因此科學的解決和預防措施已成為當今社會共同關注的話題。雖然從世界上人類活動區(qū)域的范圍內進行的有關的統(tǒng)計結果表明雷電現(xiàn)象發(fā)生的絕對值并沒有多大增加，但雷電引起災害的頻度卻日趨增多，而且造成的破壞程度也日趨嚴重（特別是電力網(wǎng)）；為此，有效和安全的防雷措施，以及怎樣減少雷電對電力網(wǎng)絡的各種破壞越來越受成為人們關注的焦點！雷電對電力線路的危害輸電線路防雷設計的重要意義對輸電線來說，雷電往往是最令它們恐懼的危害，一旦有雷電襲擊，常常造成絕緣子閃絡事故，特別在山區(qū)、交通不便的地區(qū)，而且這些地方路途險惡，在檢修，巡查的工作上存在很多困難。越是海拔高的地方，越是伴有瞬間大風與急雨，極大的風速常常造成高大樹木倒落導線上、輸電線振動、橫向碰擊和倒桿斷線的發(fā)生。如果這些問題得不到及時處理，就會造成電力事故，嚴重時會危機人們生命財產的安全。輸電線路的故障在電網(wǎng)中的事故占大部分，輸電線路的故障又以雷擊跳閘占的比重較大，尤其是在上面所述的山區(qū)輸電線路中，線路故障基本上是由于雷擊跳閘引起的，據(jù)運行記錄，架空輸電線路的供電故障一半是雷電引起的，所以防止雷擊跳閘可大大降低輸電線路的故障，進而降低電網(wǎng)中事故的發(fā)生頻率。經(jīng)過實踐的探索與積累，我國的輸電線路防雷基本形成了一系列行之有效的常規(guī)防雷方法，如合理選擇線路路徑；架設避雷線；降低桿塔接地電阻；在部分地段裝設避雷器；提高線路整體絕緣水平；安裝自動重合閘等，但是對于一些山區(qū)線路，雷害十分頻繁，降低接地電阻又極其困難，而且費用高、工作量大，效果也受到一定的限制；為此，防雷的重點就必須放在雷擊跳閘事故上。做好輸電線路的防雷設計工作，不僅可以提高輸電線路本身的供電可靠性，而且可以使變電所，發(fā)電廠安全運行得到保障。配電線路的設計縱觀全球各國，在配電線路上，現(xiàn)在絕緣導線已被廣泛地應用了?？梢哉f，配電網(wǎng)的絕緣化，已發(fā)展的非常成熟。盡管這項技術已發(fā)展成熟，但在應用的過程中仍然出現(xiàn)各種新的問題。其中，最為突出的問題，是遭受雷擊時，容易發(fā)生斷線事故。據(jù)有關資料的統(tǒng)計，浙江地區(qū)到2004年為止，雷擊斷線事故與雷擊跳閘事故約為395次：上海地區(qū)使用絕緣導線以來，已造成近百起雷擊閃絡事故。國外也有資料介紹雷擊斷線事故約占總雷擊的96.8%，日本的資料表明，雷擊斷線事故約占配電網(wǎng)絕緣事故的36.8%。通常雷擊引起的電力系統(tǒng)過電壓，稱為大氣過電壓。雷云放電在設備上產生的過電壓，是由于雷云的影響而產生的，所以也稱作雷電過電壓。大氣過電壓可分為直擊雷過電壓和感應雷過電壓。雷直接擊于電氣設備或輸電線路時，巨大的雷電流在被擊物上流過造成的過電壓，成為直擊雷過電壓；雷擊電氣設備、輸電線路附近的地面或其他物體時，由于電磁感應和靜電感應在電氣設備或輸電線路上產生的過電壓，成為感應雷過電壓。由于云中同時可能存在幾個帶電中心，所以雷電放電往往是重復的，雷電有下列危害：1)雷電的機械效應——擊毀桿塔和建筑，傷害人畜。2)雷電的熱效應——燒毀導線、燒毀設備、造成火災。3)雷電的電熱效應——產生過電壓，擊穿電氣絕緣、絕緣子閃絡、開關跳閘路停電或引起火災、人身傷亡等。以上一些統(tǒng)計資料表明：雷擊斷線事故，是應用絕緣導線中最突出的一個嚴重問題，這引起國內外防雷工作者們的廣泛注意，并積極開展相關試驗研究工作，采取許多有效的防治措施。對雷電危害的防護：輸電線路設計與運行中的防雷措施：雷電活動一般都有明顯的季節(jié)性，我國雷電分布特點是：夏季多于春秋季，陸地多余海洋，山區(qū)多余平原，南方多余北方。在進行防雷設計和采取防雷措施時，必須考慮到該地區(qū)的雷電活動情況，結合行之有效的防雷害經(jīng)驗，抓緊時機及早動手。下面談談幾種常用且行之有效的防雷害措施。2.1.1降低桿塔接地電阻、利用接地電阻降阻劑利用在接地極周圍添加降阻劑，增大接地極外形尺寸、降低與周圍大地之間的接地電阻。降阻劑一般應用于小面積的集中接地、小型接地網(wǎng)降阻劑是由集中物質配制而成的化學降阻劑，是具有導電性能良好的強電介質和水分這些強電介質和水分被網(wǎng)狀膠體所包圍，網(wǎng)狀膠體的空格又被部分水解的膠體所填充，使它不至于隨地下水和雨水而流失，因而能長期保持良好的導電作用。這是目前采用的一種較新和積極推廣普及的方法。采用爆破接地技術在最新發(fā)展的新技術中，爆破接地技術通過爆破制裂，再用壓力機將低電阻率材料壓入爆破裂隙中，從而起到改善很大范圍的土壤導電性能的目的，相當于大范圍的土壤改性。采取伸長水平接地體經(jīng)過長期的工程應用發(fā)現(xiàn)，當水平接地體長度增大時，電感的影響隨之增大，從而使沖擊系數(shù)增大，當接地體達到一定長度后，再增加其長度，沖擊接地電阻也不再下降。接地體的有效長度根據(jù)土壤電阻率確定如表所示。在不同土壤電阻率下的水平接地體有效長度土壌電粗率⑴耐50010002000水平接地體有效妝度(Hl)45—5545—5560?旳其他幾種降低桿塔接地電阻的方法在工程中不常用，如；深埋接地極、采取污水引入接地體、采取深井接地、更換土壤、對土壤進行化學處理等。設耦合架空地線在降低桿塔接地電阻有困難時，可采用架設偶和地線的措施，即在導線下方（或附近）再架設一條底線。它的作用主要有（1）加強避雷線與導線間的耦合，從而減少絕緣子串兩端電壓的反擊電壓和感應電壓的分量;（2）增加了雷擊塔頂時向相鄰桿塔分流的雷電流。設輔助架空地線輔助架空地線是自邊導線掛點處至架空地線距離桿塔30米處之間安裝一根架空線?？煞乐箺U塔發(fā)生繞擊。增大導線屏蔽效果，并起耦合作用。對于易發(fā)生繞擊的桿塔（導線水平排列），我們可以采用此措施。預放電棒，負角保護放電棒預放電電棒是長度為2.5米的細長針，平行線路方向安裝在導線橫擔的端點，當發(fā)生雷電繞擊時，雷云預先對裝置放電，雷電流通過接地裝置入地，取到防雷作用。負角保護放電棒是長度為2.5米的細長針,垂直線路方向安裝在導線橫擔的端點,取到防雷作用。加強線路絕緣由于輸電線路個別地段需采取大跨越高桿塔（如;跨河桿塔），這就增加了桿塔落雷的機會。高塔落雷時塔頂電位高，感應過電壓大，而且受繞擊的概率也比較大。在高海拔地區(qū)和雷電活動強烈地段，也存在這樣的情況，為了降低線路跳閘率，可在高桿塔上或特殊地段增加絕緣子串片數(shù)，加大大跨越檔導線與底線之間的距離，以加強線路絕緣。在35kV及以下的線路可采取瓷橫擔等沖擊閃絡電壓較高的絕緣子來降低雷擊跳閘率。增加絕緣子片數(shù)，導致塔頭間隙相應增大，增加塔頭尺寸和絕緣費用。安裝線路型氧化鋅避雷器氧化鋅避雷器的工作原理是：雷擊桿塔時，一部分雷電流通過避雷線流到相臨桿塔，另一部分雷電流經(jīng)桿塔流入大地，桿塔接地電阻呈暫態(tài)電阻特性，一般用沖擊接地電阻來表征。對于雷電活動強烈、土壤電阻率高、桿塔接地電阻較大，降低接地電阻非常困難的山區(qū)，可以采取安裝線路型氧化鋅避雷器來防雷，提高線路的耐雷水平，降低雷擊故障。采用中性點非有效接地方式多年來的運行經(jīng)驗表明，在電力系統(tǒng)中的故障和事故，至少有60%以上是單相接地。但是，當中性點不接地的電力系統(tǒng)中發(fā)生單相接地故障時，仍然保持三項電壓的平衡，并繼續(xù)對用戶供電，使運行人員有足夠時間來尋找故障點并作即使的處理。35kV及以下電力系統(tǒng)中采用中性點不接地或經(jīng)消弧線圈接地的方式。這樣可以補償流過故障點的短路電流，使電弧能自行熄滅，系統(tǒng)自行恢復到正常工作狀態(tài)，降低故障相上的恢復電壓上升的速度，減小電弧重燃的可能性，使雷擊引起的大多數(shù)單相接地故障能夠自動消除，不致引起相間短路和跳閘。而在二相或三相落雷時，由于先對地閃絡的一相相當于一條避雷線，增加了分流和對未閃絡相的耦合作用，使未閃絡相絕緣上的電壓下降，從而提高了線路的耐雷水平和線路供電可靠性。因此，對35kV線路的鋼筋混凝土桿和鐵塔，必須做好接地措施。考慮到35kV系統(tǒng)是中性點不直接接地的小電流接地系統(tǒng)，允許單相接地短路運行，那么在線路設計時，應把無避雷線部分線路盡量采用導線三角型排列方式，使最上面一相導線充當避雷線的作用那個。架設避雷線的進線段，應盡量采取導線水平排列的門型桿塔，因雙避雷線對雷電流有分流作用，可降低雷擊桿頂?shù)碾娢?，使雷擊跳閘率減少；若期間有單桿雙桿交替，因單雙避雷線的過渡點與導線由三角形排列向水平排列的過渡點在施工過程中難以保證同一，會造成導線過渡點附近的保護角過大，而增加繞擊機會。同時，雙避雷線在桿頂還要互相結合并分別裝傻接地引下線。2.1.8裝設自動從合閘裝置由于線路絕緣具有自恢復性能，大多數(shù)雷擊造成的額閃絡事故在線路跳閘后能夠自行消除。因此，安裝自動重合閘裝置對于降低線路的雷擊事故率具有較好的效果。據(jù)統(tǒng)計，我國110kV及以上的高壓線路重合閘成功率達75%-95%，35kV及以下的線路成功率約為50%-80%?規(guī)程（SDJ7-79）要求：“各級電壓線路應盡量裝設三相或單相自動重合閘”因此，各級電壓等級的線路均應盡量安裝自動重合閘裝置。加裝線路自動重合閘作為線路防雷的一種有效措施，在線路正常運行中和保證供電可靠性上都發(fā)揮了積極的作用，但應對瞬時故障加強巡視，分析和判斷，并及時予以查清處理，防止給線路安全運行留下隱患。新技術的防雷措施2.2.1安裝引弧間隙以往防雷工作都是以防、堵為主，而近年來，在防雷方面又出現(xiàn)了一種新思路，就是既然雷害是不可預測，不可避免的，那么不如順其自然，以疏導為主，只要能找到對保證送電線路運行安全的通道來疏導雷電流，問題就解決了。而安裝引弧間隙就是這一思路的產物。安裝引弧間隙的目的就是用間隙保護絕緣子串，避免因放電損壞絕緣子而造成永久性故障。根據(jù)有關資料介紹，在大跨越桿塔上應用，引弧效果很好。但這一方法帶來的負作用就是：跳閘率會增加。因此，在可靠性分析中，雷擊跳閘率的標準相應要修改。另外，我們有必要拓寬思路，例如，當同桿架設時，考慮不平衡絕緣的方式，以保證不會多條線路（同一電源）同時跳閘。消雷器的防雷雷云起電電流：大氣雷云的電流主要有兩部分：一是起電電流IC，二是散失電流5決定雷云電壓的則為凈起電電流In巳-導起電電流的估計：雷云起電的機制比較復雜，影響的因素也很多。雷云的起電電流密度或稱大氣體電荷密度平均產生率決定于自身的源動力和雷云的體積而與云電電壓無關。對于一個確定的雷云，其起電電流在整個雷暴期間恒定不變。凈起電電流的估計：起電過程主要發(fā)生在積雨云的起電階段和成熟階段。雷暴單位中出現(xiàn)的大氣電過程的壽命期平均半小時，參與第一次閃電的電荷量子均為20~30。若雷云無散失電流，則只需1~2分鐘時間即可充到這個電荷量。實際上雷云一邊充電，一邊散失電荷其電壓乃決定于凈起電電流不是一個常量，由于散失電流與電壓的平方成正比，所以凈起電電流在起電的開始階段較大，但隨云電壓的上升而呈指數(shù)衰減。在雷云電壓上升的后期，凈起電電流將小于上述的平均凈起電電流。雷云電壓也不會無限上升，即使沒有發(fā)生閃電或雷擊也因凈起電電流終會接近于零使雷云電壓不再上升。消雷器是70年代發(fā)展起來的新型防雷裝置。消雷器是由離子化裝置、連接線及接地裝置三部分組成，是利用金屬針狀電極的尖端放電原理設計的。在雷云電場作用下，當尖端場強達到一定值時，周圍空氣發(fā)生游離后，在電場力的作用下離去，而接替它的其它空氣分子相繼又被游離。如此下去，從金屬尖端向周圍有離子電流流去。隨著電位的升高，離子電流按指數(shù)規(guī)律增加。當雷電出現(xiàn)在消雷器及被保護設備上空時，消雷器及附近大地均感應出與雷云電荷極性相反的電荷。安有許多針狀電極的離子化裝置，使大地的大量電荷在雷云電場作用下，由針狀電極發(fā)射出去，向雷云方向運動，使雷云被中和，雷電場減弱，從而防止了被保護物遭受雷擊。美國佛羅里達州空軍武器系統(tǒng)試驗場的365m高的通訊塔位于山峰上，加利福尼亞電視臺的46m高的鐵塔位于1676m高的高山上，印度麥卡薩海峽東岸石油公司92m高的通訊塔，都使用了消雷器，安裝后再未受過雷擊。我國昆明太華山氣象站海拔469.3m，消雷塔60m高，未裝消雷塔前多次遭受雷擊。安裝消雷塔后未再遭過雷擊。貴州貴陽東山是重雷區(qū)，在山頂?shù)碾娨曀习惭b消雷器后，也未遭過雷擊。根據(jù)離子化裝置上的金屬針狀電極的不同，消雷器可分為少長針型和多短針型兩大類。我國出產的有導體傘板型和導體陣列型消雷器兩大系列。前者主要用于占地一定面積的發(fā)電廠、變電站、軍火庫、氣象站、電視塔等高層建筑或重要防雷場所；后者則是用于架空線路的防雷保護。由于消雷器安全可靠、便于安裝，且基本不需維護，接地電阻又無需象避雷針那樣要求高（一般小于100Q即可），因而日益受到用戶歡迎。對防雷措施的評價接地系統(tǒng)的概念是一切防雷措施的基礎接地是避雷技術最重要的環(huán)節(jié)，不管是直擊雷、感應雷、或其他形式的雷，最終都是把雷電流送入大地。因此，沒有合理而良好的接地裝置是不能可靠地避雷的；接地電阻越小，散流就越快，被雷擊物體高電位保持時間就越短，危險性就越小，故對于接地系統(tǒng)中的接觸電阻不能忽視。必須掌握正確的測量方法，才能保證接地系統(tǒng)的完好性。消雷器是一種較好的防雷措施消雷器是目前市場上出現(xiàn)的一類新型產品，也有很多人去爭論消雷器是否能起到防雷作用，但是從消雷器的消雷機理以及消雷器的使用情況來看，把它作為一種防雷手段是比較好的。當然，消雷器也有遭雷擊的時候，但就因此而完全否定于其防雷功能，想必是不恰當?shù)乃伎挤绞剑∠灼鞯南鬃饔迷谟谙㈦娏鲗自苾羝痣婋娏?，減緩雷云電壓的上升速度、減低雷云電壓數(shù)值并提高間隙的平均擊穿電壓。與無消雷器想比，要發(fā)生雷擊則需更大的起電電流，因此雷擊發(fā)生的概率下降了，即減少部分雷。從消雷的機理看，消雷器防雷在雷擊發(fā)生前，降低雷電產生的幾率，是一種防雷的新概念；設計良好消雷器的任務就在于如何獲得更大的消散電流，是受雷擊的概率減至最低限度。由于大氣條件的復雜多樣，消雷器受雷擊也許是不可避免的，不應將這看成消雷器的失敗，更不宜以此否定它，科學在發(fā)展、思想在進步，建議進一步開展對消雷器的試驗和研究，以推進直擊雷防護技術的發(fā)展。雷電定位系統(tǒng)是一種與雷電長期抗戰(zhàn)的有利措施雷電定位系統(tǒng)是通過對線路桿塔進行經(jīng)緯度定位，結合雷電探測站在電閃、雷擊發(fā)生后對雷電發(fā)生點的探測和定位，確定雷害波及范圍，在從其它電力保護設備獲取信息，判斷雷擊點的位置，從而大大縮短搶修事故的時間；并且通過對雷擊和桿塔位置的長期測量和觀察，可以得出雷擊發(fā)生頻繁區(qū)的定位，對雷擊多發(fā)區(qū)比必然需要采取其它更為詳盡的防雷方法；害有，對雷電活動的長期觀察，可以對雷電活動的規(guī)律進行探索，對于我們掌握雷電的規(guī)律十分有利，才能不斷產生對雷害的預防措施；因此，我們說雷電定位系統(tǒng)是一種與雷電長期抗戰(zhàn)的有利措施。小結雷電現(xiàn)象是一種長期的自然現(xiàn)象，人們與之斗爭也是一項長期的行為；在長期的防雷過程中，我們夜逐漸總結出了一些有效得防雷辦法，隨著科技得發(fā)展，人們對雷電得認識越來越清晰，目前，世界上對防雷的研究已經(jīng)比較深入。為了逐步掌握雷電活動的規(guī)律和雷電的參數(shù)，更好地與自然災害作斗爭，必須大力開展雷電觀測工作。要與當?shù)氐臍庀笈_和科研部門緊密配合，掌握各種雷電數(shù)據(jù)，以便更好地知道防雷工作。在做好防雷保護工作的三同時，還應不斷加強技術管理，建立和健全有關技術資料和圖紙，并認真分析和運用這些寶貴的