1、国家职业资格全国统一鉴定配电线路工技师论文（国家职业资格级）避雷针、避雷线耦合地线防雷效果分析姓 名：董建宏身份证号：622323197704280830准考证号：2017092721404721186所在省市：甘肃省武威市所在单位：古浪县供电公司避雷针、避雷线耦合地线防雷效果分析董建宏古浪县供电公司摘 要：我国 6-35kV 配电网易发生雷害事故，虽然在城乡电网改造后整体状况有所好转，但在雷电活动频繁的地区，配网中的架空绝缘导线、架空裸导线和配电变压器等设备因遭受雷击而引起跳闸事故的情况并未根本好转，雷害仍严重危害配电网的安全、可靠、稳定运行。80 年代后我国采用架空绝缘导线后，可以大大降低
2、雷害事故发生次数，但是在实际运行中架空绝缘导线雷击断线的事故却时有发生。本文对避雷针、避雷线和配电线路加装耦合地线的防雷效果进行研究分析，提出其相应的适用场合，最终提出了配电网的防雷措施。关键词：避雷措施；防雷效果 ；效果分析1. 引言随着科技的发展，电力已成为最重要的资源之一，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。雷电是一种雄伟壮观而又有点令人生畏的自然现象，它的危害体现在雷电的热效应、机械效应、过电压效应以及电磁效应，当它对大地产生放电时，便会造成巨大的破坏。由于架空输电线暴露在自然中，极易受到外界的影响和损害，尤其是雷击，严重地威胁着电网运行的安全。我国主
3、要配电网络 635kV 电网最易发生雷害事故，虽然城乡电网改造后状况有所好转，但在雷电活动频繁地区，雷害和雷击跳闸事故并未根本好转，严重危害配电网的安全、可靠、稳定运行。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。本文针对配电线路的主要特征，从导致雷害的各方面因素出发，综合讨论了配电线路防雷的主要问题，并针对目前发生的主要雷害事故提出防范措施。1.1 雷电放电过程与危害作用于电力系统的雷电过电压最常见的（约 90%）是由带负电的雷云对地放电引起，称为负下行雷。负下行雷通常包括若干次重
4、复的放电过程，而每次可以分为先导放电、主放电和余辉放电三个阶段。 1雷电具有极大的破坏性，其电压高达数百万伏，瞬间电流可高达数十万安培。雷击所造成的破坏性后果体现于下列三种层次：设备损坏，人员伤亡；设备或元器件寿命降低；传输或储存的信号、数据（模拟或数字）受到干扰或丢失，甚至使电子设备产生误动作而暂时瘫痪或整个系统停顿。防雷，是指通过组成拦截、疏导最后泄放入地的一体化系统方式以防止由直击雷或雷电电磁脉冲对建筑物本身或其内部设备造成损害的防护技术。1.2 配电线路的雷害我国主要配电网 635kV 电网配电线路绝大多数无避雷线保护，自身绝缘水平较低，容易遭受雷击危害。其中又分直击雷危害和感应雷危害
5、两种情况。一种是雷击于线路引起的直击雷过电压；另一种是雷击线路附近，由于电磁感应所引起的感应雷过电压。由于低压线路绝缘水平低，由感应雷过电压引起的雷害故障次数占绝大部分。据测量，感应雷过电压的幅度可达 500kV 左右，对配电线路绝缘具有很大的威胁。 2因此，配电线路防雷必须充分重视对感应雷过电压的防护。6-lOkV 线路的直击雷耐雷水平仅为 5kA 左右，一旦发生雷直击线路，很容易发生冲击闪络。但由于直击雷过电压导致的故障所占比例很少(不超过 10)，而且一旦真正出现，由于线路绝缘水平太低又很难防止其不发生雷击闪络，故在配电网中，防直击雷并不是配电网防雷中的关键。在配电网中，一旦发生直接雷，
6、通常允许其发生冲击闪络，而在其后采用消弧线圈等措施来消除或控制事故。由于配电线路的绝缘水平相对 11OkV 及以上输电线路的绝缘水平低得多。例如：11OkV 的线路绝缘子串长度为 1m，临界闪络电压为 700kV，而 6kV 或 lOkV 配电线路的绝缘子串长度仅为 01m，临界闪络电压仅为75kV，35kV 配电线路的临界闪络电压为也只有 350kV，而感应雷过电压幅值可达 400kV500kV，较容易超过配电线路绝缘子的雷电冲击耐压而发生闪络事故。因此，在配电网中，绝大部分雷害事故是由感应雷过电压造成的。1.3 架空线路的感应雷过电压感应过电压具有极性与雷电的极性正好相反、同时存在于三相导
7、线，相间不存在电位差，故一般只能引起相地之间的闪络，通常不会产生相间闪络、幅值不高（一般不会超过 500kV）对 11OkV 及以上电压等级线路的绝缘不会构成威胁，仅在 35kV 及以下的线路中可能会产生一些闪络事故等三个特点。1.4 有关的雷电参数雷电放电受气象条件、地形和地质等许多自然因素影响，带有很大的随机性，因而表征雷电特性的各种参数也就具有统计的性质。主要的雷电参数有：雷暴日及雷暴小时、地面落雷密度、主放电通道波阻抗、雷电流极性、雷电流幅值、雷电流等值波形、雷电流陡度等。在防雷设计中，雷电流的波形采用 2.6/50us；雷电流陡度是指雷电流随时间上升的速度，雷电流陡度越大，对电气设备
8、造成的危害也越大，常常根据一定的幅值、波头和波形来推算；防雷保护都取负极性雷电流进行研究分析。2. 避雷针和避雷线防雷分析雷电放电作为一种强大的自然力的爆发，是难以制止的。目前人们主要是设法去躲避和限制它的破坏性，其基本措施就是设置避雷针、避雷线、避雷器和接地装置。避雷针和避雷线可以防止雷电直接击中被保护物体，因此也称作直击雷保护；避雷器可以防止沿输电线路侵入变电所的雷电冲击波，因此也称作侵入波保护；而接地装置的作用就是减小避雷针（线）或避雷器与大地（零电位）之间的电阻值，以达到降低雷电冲击电压幅值的目的。2.1 避雷针保护作用的原理避雷针，现称“接闪杆”，是用来保护建筑物、高大树木等避免雷击
9、的装置。在被保护物顶端安装一根接闪器，用符合规格导线与埋在地下的泄流地网连接起来。当雷云放电接近地面时它使地面电场发生畸变。在避雷针的顶端，形成局部电场集中的空间，以影响雷电先导放电的发展方向，引导雷电向避雷针放电，再通过接地引下线和接地装置将雷电流引入大地，从而使被保护物体免遭雷击。避雷针需有足够截面的接地引下线和良好的接地装置，以便将雷电流安全可靠地引入大地。避雷针一般用于保护发电厂和变电所，可根据不同情况装设在配电构架上，或独立架设。单支避雷针的保护范围是一个以避雷针为轴的近似锥体的空间。当保护范围较大时，如果采用单支避雷针保护，要求针比较高，这在经济上是不合算的，技术上也难以实现，因此
10、，可采用多针保护。2.2 避雷线的防雷原理避雷线，通常又称架空地线，简称地线。避雷线的防雷原理与避雷针相同，是架设在通信线路上方的金属导线，并接地良好，能有效地将雷电的放电引入大地。主要用于输电线路的保护，也可用来保护发电厂和变电所，近年来许多国家采用避雷线保护 500kV 大型超高压变电所。用于输电线路时，避雷线除了防止雷电直击导线外，同时还有分流作用，以减少流经杆塔入地的雷电流从而降低塔顶电位，避雷线对导线的耦合作用还可以降低导线上的感应雷过电压。3. 耦合地线防雷分析在线路下方加装耦合地线虽然不能像避雷线那样拦截直击雷，但因具有一定的分流作用和增大导地线之间的耦合系数，因而也能提高线路的
11、耐雷水平和降低雷击跳闸率。3.1 耦合系数3.1.1 耦合系数的计算图 3-1 两根平行导电系统及镜像如图 3-1 所示，对架空线路来说，线 k 的自波阻抗 ，线 k 与线 jkz间的互波阻抗 可按下列两式求得：jkz（3-1）krh2ln60=式中： 线 k 的半径；kr线 k 的平均高度。h（3-2）jkkjdzln60式中： 线 k 与线 之间的距离；kjd线 k 与线 镜像 之间的距离。j jj此外，由于对称性 。jkjz=当导线 j 受到雷击时，雷电波幅值为 u 在导线 k 上将感应出jjkjkuzu=式中 为 j 线对 k 线的耦合系数，其值为互波阻抗与自波阻抗的比值，jk即。jj
12、kz=因为 ，所以耦合系数 。jjkz1jk3.1.2 耦合系数与作用于绝缘子串上的电压之间的关系由上述讨论知，导、地线之间所承受的过电压为kjdjkrkhkhj（3-3）jkkjjkuu)-1(=可见耦合系数 k 越大，则导线和耦合地线间绝缘子串上所承受的电j压越小，可以有效的防止感应雷对配电线路的危害。 4在三相系统中，取耦合地线与导线中耦合系数最小的一相做为耦合系数。3.2 单回线路杆塔加装耦合地线3.2.1 耦合地线位于横担下方（1）杆塔参数横担高度 11.8m，绝缘子长度 O.3m，边相导线距杆塔水平距离0.6m，两侧档距 50m。（2）1 根耦合地线设 S 为横担与耦合地线悬挂点垂
13、直距离，耦合地线位于横担下方，K为耦合系数。3-2 是杆塔示意图。图 3-2 架设 1 根耦合地线杆塔示意图表 3-1 耦合系数计算结果S 0.5 0.7 0.9K 0.2975 0.2838 0.2715（3）2 根耦合地线耦合地线位置设 Lb 为两根耦合地线间距离，计算所得耦合系数如下所示。图 3-3是杆塔示意图。图 3-3 架设 2 根耦合地线杆塔示意图表 3-2 耦合系数计算结果S/Lb0.5 0.7 0.906 0.4254 0.4066 0.38971 0.4376 0.4191 0.40231.4 0.4422 0.4247 0.40863.2.2 耦合地线位于横担上方（1）杆塔
14、参数横担高度 11.8m，绝缘子长度 O.3m，边相导线距杆塔水平距离0.6m，两侧档距 50m。（2）l 根耦合地线耦 合 地 线 位 置设 S 为横担与耦合地线悬挂点垂直距离，耦合地线位于横担上方，K为耦合系数。图 3-4 是杆塔示意图。图 3-4 架设 1 根耦合地线杆塔示意图表 3-3 耦合系数计算结果S 0.5K 0.3879（3)2 根耦合地线设 Lb 为两根耦合地线间距离，S 取 0.5m，计算所得耦合系数如下所示。图 3-5 是杆塔示意图。图 3-5 架设 2 根耦合地线杆塔示意图表 3-4 耦合系数计算结果bL0.2 0.6 1K0.5149 0.5705 0.5657耦合地线位置耦 合 地 线 位 置
