10kv配电线路防雷毕业论文

1、论文题目：柠条塔煤矿10kv配电线路防雷研究 专 业：电气工程及其自动化本 科 生：关斌斌 （签名）指导教师：李 忠 （签名）摘 要在我国10kv线路纵横延伸，地处旷野，雷雨季易遭雷击。由于10kv系统内的设备绝缘水平和耐雷水平低，因此当发生雷电灾害时，造成的损失往往比较大，严重影响到了人们的正常生活生产，有时甚至能威胁到人们的生命安全。因此配电线路的避雷防雷保护研究有着十分重要的意义。 本课题研究的对象是一段为煤矿风机供电的10kv配电线路，一旦该段线路因为雷击造成跳闸甚至更严重的情况，井下风机就会停止运转，对煤矿的生产和矿工的生命安全造成极大的威胁。本文根据线路的具体情况，首先对线路的雷电

2、灾害情况进行分析，然后提出可以使用的方案，对这些方案进行进一步的分析，最终确定每种措施的具体实施方法，具体的措施为：通过线路避雷器对特殊位置杆塔进行保护；全线架设避雷线；降低杆塔的接地电阻；加强线路的绝缘。通过以上这这几种措施的实施，可以提高线路的耐雷水平，使本段线路的供电更加安全可靠。关键词：配电线路，雷电灾害，防雷，安全 subject: the research on lightning protection of 10kv transmission lines of ningtiaota coal minespecialty: electrical engineering and au

3、tomationname: guan binbin (signature) instructor:li zhong (signature) abstract10kv transmission line is always set in countryside,there is not so much tall buildings,so when lightning disaster is coming.10kv transmission line is easy to be strucked by lightning.because of 10kv transmission lines ins

4、ulation level is low,when lightning occurs it always bring heavy losses.it seriously affected the production, sometimes even pose a threat to the safety of peoples life. so lightning protection research is very important.the object of my research is a power supply line for a coal mines wind machine.

5、once the line tripped or even more serious situation happened because of lightning stroke,zhe wind machine underground would sotp working.it seriously affects the safety in production and the life safety of minersmy plan in this research is:first analyzes the basic conditions of the line,and then ma

6、ke a feasible plan.my plan contains the following programs:using line arrester to protect the tower of special position; installing lightning line across the line;reducing the tower grounding resistance;strengthening the insulation level of the line.i hope by using these programs to prove the line l

7、ightning protection level to make sure the ilnes power supply is more safe and reliable.key words：transmission line，lightning disaster，lightning protection，safety48目录第一章 绪论11.1 选题的背景和研究意义11.1.1选题的意义11.1.2生产需求状况11.1.3国内外研究状况11.1.3.1避雷器的发展21.1.3.2接地装置的发展21.1.3.310kv线路常用的其他避雷防雷措施21.4 主要研究内容31.2.1本文设计思路

8、31.2.2本文主要工作4第二章 雷电概论52.1 什么事雷电52.2雷电的形成52.3雷电参数62.4雷电对线路的影响8第三章 线路基本情况103.1 北翼回风斜井供电系统基本情况103.2 现场调研情况113.3 防雷措施分析123.4 北翼回风斜井两回架空线路防雷措施和管理建议13第四章 可用避雷防雷措施分析144.1 避雷线144.2 避雷针174.3 降低杆塔接地电阻184.4 加强线路绝缘204.5 线路避雷器21第五章 具体防雷避雷方案的确定255.1 避雷线的架设255.2 降低杆塔接地电阻的措施305.3 加强线路绝缘的方法355.4 线路避雷器的安装365.5 设计改造材料

9、初步预算38结论与展望40结论40展望40致谢41参考文献42附录45附录一 yh5ws-17/50氧化锌避雷器示意图与使用环境45附录二 避雷线的力学校验46附录三 p-15t绝缘子示意图47第一章 绪论1.1 课题的背景和研究意义1.1.1课题的研究背景随着全球气候异常状况日益加剧，雷电活动也异常频繁。雷电灾害作为主要影响因素之一(雷击是造成输电线路跳闸停电事故的主要原因,在电力系统非计划停运之外，雷电事故一般占30%以上,有的地区甚至达到80%以上),对电力安全传送的影响及危害非常大。随着生产水平的不断提高，煤矿企业对供电可靠性的要求不断增长，这不单是为了保证煤矿的生产不受影响，更与矿工

10、们的生命安全息息相关，柠条塔煤矿位于陕北榆林，该煤矿所在的地区为荒漠地带，该段输电线路沿途缺少高大的植被，雷电直接击中线路的几率很高，同时，由于是荒漠地带，土壤以沙地为主，导电性能不好，这就使得杆塔的接地电阻过高，雷电一旦击中线路，就更容易造成线路故障，因此研究该段线路的避雷防雷措施对于该煤矿有至关重要的意义。1.1.2生产需求情况该企业名为柠条塔煤矿，位于陕西省榆林市神木县，陕西地处西风带，长城沿线以北为温带干旱半干旱气候，陕北其余地区和关中平原为暖温带半干旱或半湿润气候，雷电天气主要集中在49月，78月为最盛期。其中榆林市的府谷，神木县为陕西省雷暴日最多的县，年平均雷暴日在35d以上。1柠

11、条塔煤矿是陕北榆林地区的国有重点煤矿，年产量大，本段线路的防雷避雷设施对于煤矿的正常运作起着十分重要的作用，不单是对于生产正常运作的保证，更是对矿工生命安全的保障。1.1.3国内外发展水平输电路线的防雷任务是：采用技术上和经济上的合理措施，使系统的雷电灾害降低到运行部门能够接受的程度，以确保系统安全可靠的运行，一般采用以下的措施，有时也称为线路防雷的“四道防线”：（1）防止雷电直击导线；（一般采用架设避雷线等方式）（2）防止雷击塔顶或避雷线之后引起绝缘闪络；（一般采用降低杆塔的接地电阻或者加强线路绝缘，以及安装线路避雷器等方法）（3）防止绝缘闪络后转化为稳定的工频电弧；（可以适当增加绝缘子片数

12、，电网中性点不接地或经消弧线圈接地等方式来避免建弧）（4）防止线路中断供电。（可采用重合闸等措施）1.1.3.1 避雷器的发展：目前使用的避雷器主要有下列几种类型：保护间隙，管式避雷器，阀式避雷器，当然有些避雷器已经用得很少了，有的避雷器将被性能优越的避雷器所代替。3在10kv配电线路中，避雷器的安装可以有效的降低线路的雷击跳闸率，但是由于线路避雷器的价格昂贵，因此在全线安装线路避雷器就会使得线路的造价十分高昂，虽然线路的耐雷水平得到了很大的提高，但是很不经济，因此线路避雷器的安装需要考虑诸多因素，一般的用法是将线路避雷器安装在线路中雷击多发的杆塔，保护个别有重要设备的杆塔和易受雷击的杆塔。4

13、1.1.3.2 接地装置的发展：所谓接地就是将设备的电位参照点与地球电力连接，使其对于地面保持一个较低的电位差，其办法就是在大地表面的土层中埋设金属电极，这种埋入地中并且直接与大地相连接的金属导体称为接地装置，也叫做接地体。引下线是连接防雷设置和接地装置的金属导体，它的作用是把避雷针或避雷线上的雷电流传递到接地体上，引下线一般可以采用扁钢或者圆钢等材料，在配电线路中，引下线的安装一般都紧贴杆塔，采用最短的路径到达地面。接地体一般是由角钢或者钢管制作而成，常见的接地极可以分为水平接地极和垂直接地极，这两种接地极如果单一的安装都对土壤电阻率的要求相当高，否则就会造成接地极的长度非常大，现在常用的是

14、将几根垂直接地极相互并联起来，有时可以配合使用降阻剂等方案，为了防止接地极的腐蚀等问题，常常在埋设是要事先涂好防腐剂等措施。一般情况下，建筑物的接地电阻往往控制在5欧姆以下，接地极一般为接地网，10kv线路的电压等级低，接地电阻一般要求控制在15欧姆以下。51.3.3.3 10kv线路常用的其他避雷防雷措施10kv线路常用到的避雷防雷方案还有如下许多种，比如架设避雷线安装避雷针，这两种措施都能有效的防止直接雷的危害；加强线路的绝缘水平，可以有效的降低线路的跳闸率，采用绝缘差方式，这种方式可以使耐雷水平提高24%左右；埋设耦合地线，可以提高线路与避雷线的耦合系数，使得线路的耐雷水平得到提高；预防

15、电棒与负角保护针，他可以减小导线与地线的间距，增大耦合系数，降低杆塔的分流系数，提高对地电容，是电压的分布情况得以改善；装设消雷器，消雷器的保护范围远大于避雷针并且对于接地电阻的要求不是很高；才用中性点不直接接地的方式，通关这种方式可以让线路的大多数单相接地故障自动的处理，得到消除；采用不平衡绝缘的方式，这种方式在同杆双回线路上使用，使绝缘水平低的回路先闪络，先闪络的线路就相当于地线，对另一条线路起到保护作用。6 总之，影响配电线路雷击跳闸率的因素很多，有一定的复杂性，想要解决线路的雷电灾害问题，就一定要因地制宜，对症下药，一切从实际出发。在采用具体的防雷避雷措施之前，一定要事先对设计线路进行

16、实地考察，充分了解线路的相关参数及线路所在地区的地理气候等情况，仔细核算线路的耐雷水平，分析各种避雷方案的可行性与经济效益，最终经对比之下，在众多避雷方案中选出一种或者几种合适的措施。1.2 主要研究内容1.2.1本文设计思路本课题的目的是解决实际问题，对一段4.2km的10kv重要输电线路进行避雷防雷的设计。煤炭作为我国的第一资源，在国民生产中扮演着重要的角色，随着近些年来的开采，环境不断的恶化，事故频发，严重威胁着我国的能源安全生产。要保证产量和保护环境，就要应用到一系列的大型电力设备，雷电的威胁就对这些电力设备的安全稳定运行造成了威胁，因此雷击事故已成为煤矿安全生产一大隐患。针对本课题我

17、的设计思路是：（1）收集整理该线路的雷击情况，根据线路的雷击跳闸率，耐雷水平等了解该线路的防雷能力。（2）考察了解该线路已有的防雷措施，通过测试典型线路杆塔的接地电阻，避雷器的接地电阻等参数全面了解该线路雷电灾害的事故原因。（3）根据该线路的电压等级讨论雷电灾害对系统正常运行时可能造成的危害。（4）根据线路的电压等级对常用于架空导线的防雷措施进行分析。其中针对本段线路可能常用的防雷措施有以下几种：图1.1线路防雷常用的措施（5）整体方案的制定与完善。1.2.2本文主要工作（1）收集处理线路的相关数据并进行分析，得到线路的相关资料，以便于分析雷电灾害和考虑可用的防雷避雷方案；（2）针对线路的情况

18、先选择出一些可以使用的防雷避雷措施，具体分析这些可用措施的效果，作为最初方案；（3）对每一种选定的防雷措施进行具体设计。制定出符合该段线路的防雷方案和具体实施应用的方法。第二章 雷电概论2.1 什么是雷电雷电是伴有闪电雷鸣的一种雄伟壮观且令人生畏的大气放电现象。雷电一般产生于对流发展旺盛的积雨云中，因此常伴有强烈的阵风和暴雨，有时还伴有冰雹和龙卷。放电过程中，由于闪道中温度骤增，使空气体积急剧膨胀，从而产生冲击波，导致强烈的雷鸣。3 带有电荷的雷云与地面的突起物接近时，它们之间就发生激烈的放电。在雷电放电地点会出现强烈的闪光和爆炸的轰鸣声。这就是人们见到和听到的闪电雷鸣。2.2 雷电的形成雷击

19、是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层，或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电。云层对大地的放电，则对建筑物、电子电气设备和人、畜危害甚大。在含有饱和水蒸汽的大气中，当有强烈的上升气流时，就会使空气中的水滴带电，这些带电的水滴被气流所驱动，逐渐在云层的某些部位集中起来，这就是我们平时所说的带点雷云，测量数据表明，一般一块云的上部带正电荷，下部带负电荷。而在中间处于正负电荷混合的区域。雷云平均电场强度为1.5kv/cm，实际测到的在雷云雷击前的最大电场强度为3.4kv/cm。而在稳定下雨时，只有40v/cm。3 雷云对大地的放电通常包含若干次重复的放电过程，而每次的放电又分为先导放电及主放

20、电两个两个阶段。在雷云带有电荷后，其电荷集中在几个带点中心，他们之间的电荷数也不完全相等。当某一点的电荷较多时，且他附近的电场强度足以达到使动气的绝缘强度破坏（约2530kv/cm），空气便开始游离，使这部分原来的绝缘状态变为导电性的通道，这个导电性的通道形成的过程被称为先导放电。先导放电不是连续的，雷云对地放电的第一先导是分级发展的，每一级先导的发展速度相当高，但每发展一定的长度约50m就有一个约10100微秒的时间间隔。因此它的平均速度较慢，约为光速的千分之一左右。先导放电的不连续性称为分级先导，历时约0.0050.010s。分级先导的原因一般解释为：由于先导通道内游离还不是很强烈，它的导

21、电性就不是很强，由于雷云下移的电荷需要一段时间，待通道头部的电荷增多，电场超过空气游离场强时，先导将继续发展。3 在先导通道形成的第一阶段，其发展方向仍受一些偶然因素的影响，并不固定。但当他距离地面一定的高度的时候，地面上高耸的物体出现感应电荷，使得局部电场增强，先导通道的发展将延其头部感应电荷集中点之间发展，也可以说是放电通道的发展具有定向性，或者说雷击有选择性，上述使先导通道具有定向性的高度，称为定向高度。3 当先导通道的头部与带异号电荷的集中点间距很小时，先导通道端约为雷云对地面的电位（可高达10mv），而另一端为地电位，故剩余空气间隙中的电场强度极高，使空气间隙迅速游离。游离产生的正负

22、电荷将分别向上下运动，中和先导通道与被击中物电荷，这时便开始了放电的第二过程，即主放电过程，主放电的阶段时间极短，约50100微秒。移动速度约为光速的二分之一到二十分之一，主放电的电流可达数千安，最大可达200300ka。主放电到达云端时，意味着主放电阶段结束。此时，雷云剩下的电荷，将继续延主放电通道下移，此时称为余辉放电阶段。余辉放电仅为数百安，但是持续时间可达0.030.15s。由于雷云中可能存在多个电荷中心，因此雷云放电往往是多重的，且延原来的放电通道，此时先导不是分级的，而是连续发展的。32.3 雷电参数（1）雷暴日、雷电小时一个地区的一年之中的雷电活动强弱，通常是以该地区多年年均发生

23、的雷暴天数或者雷暴小时来计算。雷暴日是指在一年中有雷暴的天数，在每一天内时内只要听到雷声就算一个雷暴日，雷暴小时同理。据统计，在我国每一个雷暴日可折合为三个雷暴小时。雷电的活动强度不但与地球的纬度相关而且与气象条件有很大的关系，在赤道附近的雷暴日最多，年均100到150，我国长江流域和华北的某些地区，年平均雷暴日约为40，西北地区不超过15，年均雷暴日不超过15的地区为少雷区，超过40为多雷区，超过90的地区及根据运行经验雷害特别严重的地区为雷电活动特殊强烈区。3,5（2）落雷密度雷暴日和雷电小时的统计中，并没有区分雷云之间的放电与雷云之间对地的放电。实际上，雷云之间的放电远远多于雷云与地面之

24、间的放电，雷云之间的放电与雷云与地面之间的放电之比在温带地区一般为1.53.0左右。一般来说，雷击地面才可能产生对电力系统造成危害的过电压，因此需要引入地面落雷密度这个参数，它表示每一雷暴日每平方公里地面受到的平均落雷次数。电力行业标准dl/t620-1997建议取=0.07次/*雷暴日。但在土壤电阻率突变的低电阻地区，易形成雷云的向阳或迎风的山坡，雷云经常经过的峡谷，这些地区的落雷密度往往比其他地区高得多。3,5（3）雷电流的幅值、波形和陡度经过长时期的系统的雷电观测，实测结果表明，雷电流是单极性的脉冲波。对于脉冲波形的雷电流，需要三个主要参数来表征，这三个参数为：幅值，波前时间和波长。波前

25、时间是指电流上升到幅值的时间，波长是指电流下降到幅值的一半的时间。3,51）雷电流的幅值雷电流幅值是指脉冲电流所达到的最高值。规程规定，雷电流是指雷击于的低接地电阻物体时，流过该物体的电流。雷电流的幅值大小与许多因素有关，主要有气象、地质条件和地理位置。其中气象情况有很大的随机性，因此只有通过大量实测才能正确估算雷电流峰值的概率分布。3我国电力行业标准dl/t620-1997交流电气装置的过电压保护和绝缘配合推荐，一般地区的雷电流幅值超过i的概率p可以按以下经验公式求得（强雷区） (2-1) （弱雷区） (2-2)式中，i为雷电流的幅值（ka）。2）雷电流的波形实测结果表明，雷电流的幅值，陡度

26、，波头，波尾虽然每次都不相同，但都是单极性的脉冲波，电力设备的绝缘强度实验和电力系统的防雷保护设计，要求将雷电流的波形等效为典型化，可以用公式表达，便于计算波形，常用的等值波形有以下3种:1标准冲击波；2等值斜角波；3等值余弦波。3,5其中标准冲击波是一个的双指数函数波形。式中为某一固定的电流值，其中是两个常数，t为作用时间。当被击物体的阻抗只是电阻r时，作用在r上的电压波形u与电流波形i相同。3）雷电流的陡度雷电流的幅值和波头决定了雷电流的上升的陡度，也就是雷电流随时间的变化率。雷电流的陡度对过电压有直接的影响，也是一个常用重要参数。可以认为雷电流的陡度与幅值为线性关系，幅值越大，陡度也越大

27、。4）雷电波阻抗雷电通道在主放电时如同导体，雷电流在导体中流动，和普通的导线一样，具有某一等值波阻抗，称为雷电波阻抗。根据理论研究和实测分析，我国有关规程建议取300左右。35）雷电流的极性国内外的实测结果表明，负极性的雷占绝大多数，约为7590%。加之负极性的冲击过电压线路传播时衰减小，对设备的危害大，故防雷的计算一般按照负极性来考虑。2.4雷电对线路的影响10kv线路纵横延伸,地处旷野,雷雨季易遭雷击。由于10kv系统内的设备绝缘水平和耐雷水平低,因此,因雷击线路造成10kv系统单相接地,线路断路器跳闸事故,在农网事故中占有很大百分比。雷击线路时,雷电压能使绝缘子击碎,雷电流烧断导线。雷电

28、波自线路入侵配电变压器线圈使绝缘损坏烧毁。入侵变电所内损坏电器设备。雷电对于输配电线路的影响主要有直接雷和感应雷两种，由于线路配电线路的绝缘水平一般比较低切线路中一般没有避雷线等防雷避雷设施，直接雷的幅值往往是非常大的，高达数百千伏甚至更高，这种电压对于线路以及系统的破坏性极强，配电线路几乎是无法防护的，直接雷的跳闸率约为100%不过配电线路线路中直击雷的发生概率并不高，对于10kv配电线路影响较多的是感应雷的影响，有关资料显示，10kv的配电线路中，感应雷引起的故障比例在90%以上。32,34感应雷是指在雷云形成过程中，雷云与大地之间的感应电场、雷云对地放电和雷云与雷云之见放电时，雷闪电流产

29、生的强大电磁场作用于各种线路上感应出过电压、过电流，经线路进入设备而形成的雷击称为感应雷过电压。感应雷的产生有两种方式，一种是因为电磁感应，另一种是因为静电感应，但大部分的情况是由这两种效应的综合作用而成。感应雷的幅值与诸多的因素有关，比如雷电对地放电是的电流强度，雷击点的位置，线路所在地区的土壤电阻率，线路的架设高度，杆塔的接地电阻等。相对于直接雷的高强度，破坏性强等特点，感应雷的影响比他小，但是感应雷与直击雷相比，直击雷一次只能对线路的一个点造成很大损害，感应雷可以大范围的在多个地点同时发生，对线路的危害范围更大，而且，感应雷的产生可以使由于雷云对地放电，也可以是因为雷云与雷云之间的放电，

30、其发生的概率远远大于直击雷，对于没有防雷保护措施的10kv配电线路，感应雷的影响同样十分的严重。由于感应雷的发生条件相对于直击雷更容易达到，所以，线路的避雷防雷设计应该主要针对于感应雷的防护。本课题研究的这段线路是连接变电站与煤矿风机的输电线路，风机一旦停机煤矿内的瓦斯浓度就会急剧上升，所以一旦该线路由于雷击造成了断电，轻则造成停产，使煤矿造成经济损失，重则造成人员伤亡，后果相当严重。同时，雷击造成的冲击电流也会对线路本身以及变电站，风机等设备造成很大的影响。雷电对于线路的影响可以是来自于直击雷也可以是来自于感应雷，但是无论哪一种方式，都会对线路的安全供电造成极大的威胁，因此，线路的避雷防雷研

31、究很有必要。 第三章 线路的基本情况3.1 北翼回风斜井供电系统基本情况柠条塔矿业公司北翼回风斜井主要承担着矿井通风任务，该风井的供电引自矿业公司工业场地西侧的35kv变电站1201开关柜（i回）和1207（ii回）开关柜，经200米电缆到风井架空线1#杆塔，然后分两路经4.1km架空线（lgj-70）140基杆塔到北翼回风斜井配电室高压柜，由两台变压器降压后供abb变频器，变频器分别供给两台风机的四台电机。运行方式为一用一备，每一个月倒换运行一次。北翼回风斜井供电的两回架空线路在1#杆塔同杆架设，1#杆塔顶部安装有6个氧化锌避雷器，杆塔底部有两根12的钢筋接地。两回架空线路从2#杆塔开始分开

32、架设，线路三相为“上”字形排布，档距约为60m，两回架空线路中间最近间距为60米，杆塔为12m锥形水泥杆，线路使用绝缘子为p-10t。两回架空线路多数杆塔架设在地势较高的地方，全线无避雷线。最后一基杆塔位于风机房旁约30m的高坡顶端，加装有3个避雷器，引下线为12的钢筋。如下图： 图3.1第一号杆塔 图3.2 第一号杆塔顶部 图3.3最后一基杆塔底部（1） 图3.4最后一基杆塔底部（2）图3.5 第24号杆塔3.2 现场调研情况经实地勘察，北翼风井架空线路有绝缘子串破损，杆塔旁有数个被强电流破坏的绝缘子和氧化锌避雷器。如下图： 图3.6 被击碎的绝缘子 图3.7 被击碎的避雷器经过查看35kv

33、变电站值班记录和北翼风井两回出线高压开关柜综合保护测控装置的事件追忆记录，在2010年1月到2011年8月时间段内，共发生跳闸12次，其中电流i段保护动作为10次，电流iii段动作2次，在68月跳闸次数为8次，占到总跳闸次数的66.7%。测控装置录波如下图所示。图3.8 测控装置录波图北翼回风斜井两回架空线路为ac相横担长为1.5 m，b相距横担高0.8m的“上”字形平均线路高度9.5m，线路的耦合系数取0.2，杆塔等效电感取0.42h/m。（备注：因无法得到所研究架空线路的具体资料，本参数参考相关资料）取以上典型线路参数进行计算，uj11.2*ij，假设雷电电流为20ka，得uj为224kv

34、，耐雷水平iju50%/11.2，u50%指50%放电电压（即放电电压平均值），u50%为100 kv。ij8.9 ka。因此，ij8.9 ka20 ka ，u50%uj224 kv，发生击穿绝缘子的事故。根据现场勘察和调研结果表明，北翼回风斜井两回10kv架空线路架设地势相对周围较高，易受雷击。虽然线路两端加装有线路避雷器，但是依然发生多次雷击跳闸停电事故，直接影响北翼风井风机的正常运行，表明北翼风井供电系统的防雷措施存在严重不足。3.3 防雷措施分析（1）概述雷击暴露在空气中的架空输电线路有4种可能，分别为：雷击线路附近地面，雷击塔顶及塔顶附近避雷线，雷击档距中央的避雷线，雷击导线。如下图

35、所示图3.9 雷击线路示意图310kv架空线路绝缘水平低，不但直击雷能造成危害，感应雷也能造成危害。当线路附近落雷时线路上会因电磁感应而产生高出线路相电压两倍及以上的过电压，使线路绝缘遭受破坏；当雷击线路时，巨大的雷电流在线路对地阻抗上产生很高的电位差，导致瓷绝缘子炸裂、导线断线等事故。线路上形成的幅值很高的雷电波还会通过耦合或转移到配电网中的设备上，造成设备损坏。（2）架空线路防雷措施分析输电线路防雷的任务是：采用技术与经济上的合理措施，使系统雷害降低到能够接受的程度，保证系统安全可靠运行。防直击，就是使输电线路不受雷直击，措施是沿线路装设避雷线；防闪络，就是使输电线路受雷后绝缘不发生闪络，

36、措施是加强线路绝缘、降低杆塔的接地电阻；防建弧，就是使输电线路发生闪络后不建立稳定的工频电弧，措施是系统采用消弧线圈接地方式、在线路上安装避雷器等；防停电，就是使输电线路建立工频电弧后不中断电力供应，措施是装设自重合闸等。根据以上分析和运行经验得出，采取架设耦合地线、降低杆塔接地电阻及线路避雷器、增加绝缘子片数、采用自动重合闸装置等措施均可有效地降低雷击跳闸率。3.4 北翼回风斜井两回架空线路防雷措施和管理建议根据现场调研结果，北翼回风斜井两回架空线路沿山丘架设，线路大部分架设在山顶或山坡，全线无避雷线，击杆率较高。除第一基和最后一基杆塔加装有线路避雷器外，再无其他防雷措施，加之防雷接地电阻高

37、达29（根据榆林防雷中心2010年接地电阻测试报告），线路耐雷水平十分有限，容易发生雷击杆塔、雷击导线和感应雷电过电压，引起绝缘子串闪络、相间短路、绝缘子和避雷器损坏，导致跳闸。根据以上分析，结合北翼风井两回架空线路实际情况，建议加强该架空线路的防雷措施，具体建议如下。（1）全线架设避雷线。（2）加装线路避雷器。（3）安装避雷针。（4）降低杆塔接地电阻。（5）加强线路绝缘。（6）严格控制避雷器质量，避免因质量不过关而引起的安全隐患。（7）加强防雷技术管理工作。第四章 可用的避雷防雷措施分析4.1 避雷线雷击对线路的影响有直击雷和感应雷两种，直击雷的危害更大但在配电线路中发生直击雷事故所占比例并

38、不高，根据资料显示，10kv 配电线路由雷击引起的线路闪络或故障的主要因素不是直击雷过电压而是感应过电压，感应过电压导致的故障比例超过 90%。因此，配电线路的防雷保护的侧重点应放在感应雷过电压的防护上。 以下是线路中有无避雷线对于线路的影响分析无避雷线线时的感应雷过电压根据理论分析和实测结果，有关规程规定，当雷击点距离输电线路的距离s大于65m时，导线上产生的感应过电压可以按下试计算3：u=25（i/s） (4-1)其中：i为雷电流的幅值（ka）；为导线悬挂的平均高度（m）；s为雷击点至线路的距离（m）。有避雷线时的感应雷过电压：由于避雷线是接地的，其点位为零，这相当于在其上叠了一个机型极性

39、相反，幅值相等的电压，由于这个电压的耦合作用，在导线上产生的电压为负向的ku，因此，导线上的感应雷过电压为两者叠加，极性与雷电流相反，即：（1kc）u，其中kc为避雷线与导线之间的耦合系数，其值只与导线之间的相互位置与几何尺寸有关，线间的距离越近，耦合系数越大其大小约为0.20.3。因此，对于感应雷来说，有无避雷线对于线路的影响取决于耦合系数的大小。3然后分析直击雷的情况，无避雷线时雷击线路时有两个部位，一是雷击导线，二是累计塔顶；有避雷线的时候，雷击的部位有三个，一是雷电绕过避雷线而击于导线，二是雷击塔顶，三是雷击当局中央的避雷线。雷击杆塔塔顶及杆塔附近的避雷线的次数由运行经验可以得出，雷击

40、杆塔次数与雷击线路总数的比称为击杆率g3，如下表：表4.1.1击杆率g避雷线根数012平原1/21/41/6山区1/31/4接下来就以雷击塔顶有无避雷线的情况分析，首先是无避雷线时：当雷击线路塔顶时，雷电流i将流经杆塔及接地电阻流入大地，设杆塔的接地电感为，雷电流为斜角平顶波，且工程计算取波头为2.6微秒，可以求出等效电路的杆塔点位为：u=i+ =i (4-2)式中， i为雷电流幅值（ka）；为杆塔的冲击电阻（）；为杆塔的等效电感（h）。当雷击塔顶时，导线上的感应过电压为 (4-3)式中，i为雷电流幅值；（ka）为导线悬挂的平均高度。（m）感应雷过电压的电压极性与杆塔的点位极性相反，因此，作用

41、于绝缘子串上的电压为 (4-4)由上式可知，在线路绝缘子串上的雷电过电压与雷电流的大小，陡度，导线与杆塔的高度及杆塔的接地电阻有关，如果此值等于或大于绝缘子的50%雷电冲击放电电压时，杆塔将对导线产生反击，在中性点直接接地的电网中，有可能使得线路跳闸，此线路的耐雷水平为： (4-5)由于我国60kv以下的电网采用中性点非直接接地，若雷电流超过耐雷水平，会发生塔顶对于一相导线的放电，由于工频电流很小，不能形成稳定的工频电弧，故不会引起线路的跳闸，仍能安全的送电，只有当一相闪络之后，再向第二相反击，导致两相导线绝缘子串闪络，形成相间短路时，才会出现大的短路电流，雷击塔顶，第一相绝缘闪络后，可以认为

42、该相导线具有塔顶的点位，由于第一相导线与第二相导线的耦合作用，两相导线的电位差为3： (4-6)试中为两相导线的耦合系数。当大于或等于绝缘子的时第二相也发生反击，形成两相短路，引起跳闸，由此线路的耐雷水平为3：i= (4-7)而安装了避雷线时的耐雷水平为3： (4-8)= (4-9)其中 为线路的耦合系数；为绝缘子的50%冲击放电电压（kv）；为杆塔接地电阻值（）；为导线对地平均高度（m）；为杆塔电感（h）；为杆塔分流系（通常由查表得出）。根据感应雷和直击雷的情况分析，避雷线的安装都能对线路的耐雷水平得到提高，耦合系数的大小直接关系到线路的耐雷水平。耦合系数的增加可以减小雷击塔顶时的作用在绝缘

43、子串上的电压，也可减少感应过电压分量，提高耐雷水平。工程上经常采取降低接地电阻，提高耦合系数作为提高耐雷水平的主要手段，常规的做法是，将单根避雷线改为双根，在导线下方增设耦合地线，其作用是增强导线，地线之间的耦合作用。此外还应该注意35 kv及以下的线路，一般不沿全线架设避雷线，其主要原因如下: 1) 造价增加。 2) 绝缘水平的问题。由于35 kv及以下线路的绝缘水平较低，即使架设避雷线，对导线的反击是难免的。但考虑到本段线路的雷害事故严重，且本段线路的安全供电对企业的生产和工人的生命安全有着主导作用，因此设计全线架设避雷线，线路的绝缘水平等问题会在接下来的方案中处理。4.2 避雷针 安装避

44、雷针也是架空输电线路常用的一种防雷措施。与安装避雷线有着相同的作用且价格低于避雷线但是在实际应用却存在以下突出的问题：（1）由于避雷针而导致雷击概率增大，由于避雷针的原理是引导雷电的先导，所以避雷针是有引雷作用的，从而就加大了雷电击中的概率。（2）保护范围小。避雷针往往安装在杆塔上，对于档距中央的线路的保护作用往往不能做到很到，如果想要保护线路的全长，则避雷针的架设高度就会很高，很不符合经济标准。（3）反击的危害。雷电的反击现象通常指遭受直击雷雷击的金属体(包括接闪器、接地引下线和接地体)，在引导强大的雷电流导入大地时，在它的引下线、接地体以及与它们相连接的金属体上会产生非常高的电压，与周围与

45、它们连接的金属物、设备、线路、人体之间产生巨大的电位差，这个电位差可能会引起闪络，在接闪的瞬间与大地间存在着很高的电压，这电压对与大地连接的其他金属物品发生放电(又叫闪络)的现象叫反击。此外，当雷击到树上时，树木上的高电压与它附近的房屋、金属物品之间也会发生反击。 要消除反击现象，通常采取两种措施：一是作等电位连接，用金属导体将两个金属导体连接起来，使其接闪时电位相等；二是两者之间保持一定的距离。32（4）电磁感应问题，强大的雷电流可能对通信设备等产生强烈的电磁干扰，影响这些设备的正常使用，甚至可能造成损害。但避雷针相对于避雷线也有着一定的优势，首先，安装避雷针的花费相比于避雷线要小，其次，避

46、雷针可以选择性的安装在一些特殊位置的杆塔上，对于个别杆塔的保护效果明显。考虑到已决定全线架设避雷线，所以避雷针不再考虑。4.3 降低杆塔的接地电阻 无论采用以上三种方式的哪一种，线路的接地电阻都直接关系到线路的耐雷水平，避雷器的作用是当线路受到雷击时，避雷器优先动作，将雷电流经过接地装置导入大地，从而保护绝缘子，避免了发生闪络；避雷线和避雷针则是影响雷电先导，使雷电对避雷线和避雷针放电，然后经过接地装置将雷电流导入大地，如果接地电阻过大，雷电流就不能及时的导入大地，因此可能造成反击，对线路和设备造成损害。所以无论采用以上三种方式中的哪一种都离不开设法降低线路的的接地电阻来取得更好的效果。又因为

47、该段线路中原有安装避雷器的一基杆塔接地电阻高达29欧姆左右，不符合要求，以下先计算雷击时线路的耐雷水平。线路耐雷水平的计算：（1）雷击导线附近地面时的耐雷水平7由公式可得：i= (4-10)其中：为绝缘子50%冲击放电电压，取85kv；为导线对地平均高度的，取9.5m；s为雷击点与线路的距离，取65m.可得雷击导线附近地面65m处时，线路的耐雷水平为23.3ka。（2）雷击导线的耐雷水平当雷电直击导线后，雷电流沿着导线向着两侧流动，假定为雷电通道的波阻抗，为雷击点两侧的导线的并联波阻抗，若计及冲击电晕的影响，可取z=400，可近似取200，则雷击点的电压为 (4-11)雷击导线的电压与雷电流大

48、小成正比，如果此电压超过线路绝缘耐受电压，则将发生冲击闪络，由此可得线路的耐雷水平为i=。由公式i=可得，雷击导线时的耐雷水平为0.85ka（3）雷击塔顶时的耐雷水平，由公式i= (4-12)其中取0.2； 取29；为0.42*12；取85kv；取9.5m。带入计算可得雷击塔顶时的耐雷水平为3.1ka通过以上的计算可以发现，杆塔的接地电阻直接关系到雷击塔顶时的耐雷水平。雷击导线附近地面和雷击导线时，虽然杆塔的接地电阻没有直接影响到线路耐雷水平，但是，由于线路耐雷水平比较低，采用了避雷线和避雷器等措施都要依赖到杆塔的接地电阻来迅速的将雷电流导入大地，因此，降低该段线路杆塔的接地电阻是十分重要的。

49、以下是当不同接地电阻时，雷击塔顶的耐雷水平：表4.3.1不同接地电阻时雷击塔顶时的耐雷水平接地电阻（）2915105耐雷水平（ka）3.15.16.810.0计算结果表明，该段线路的耐雷水平低，雷电流幅值超过20ka就可能会造成绝缘子闪络。尤其是雷击塔顶时，因为杆塔的接地电阻太高，大大降低了雷击杆塔时线路的耐雷水平，若能将接地电阻降到10欧姆以下，线路的耐雷水平可以提高2倍以上。4.4 加强线路绝缘线路雷击闪络率计算要考虑两个因素:一是绝缘子闪络判据,取绝缘子的雷电冲击放电电压值,即配电线路的绝缘水平，二是感应过电压的计算。该段线路原有的绝缘子类型为p-10t，以下是该种绝缘子的一些基本数据3

50、3：表4.4.1 p-10t绝缘子的相关数据瓷件高度最大外径顶线槽侧线槽螺纹直径105mm145mm11mm9mmm16爬电距离工频击穿50%闪络雷电全波耐受重量185mm78kv85kv75kv2kg以10kv线路最多发的感应雷为例，根据公式u=25（i/s），可以计算得到距离该线路较近处的不同雷电流下感应过电压的数值。表4.4.2雷击导线地面时的感应雷过电压感应雷过电压（kv）雷电流幅值（ka）102030405060708090100雷击点距离m6536.573109.5146182.5219255.5292328.53657033.967.9101.8135.7169.6203.423

51、7.5271.4305.4339.38029.759.489.1118.8148.4178.1207.8237.5267.2296.99026.452.879.2105.6131.9158.3184.7221.1237.5263.910023.847.571.395118.8142.5166.3190213.8237.5中国在年平均雷暴日20 的地区，测得的雷电流幅值概率为：lgp=-i/88 (4-13)当雷击时，出现大于88kv的雷电流复制的概率约为10%，超过100kv的概率约为7.3%。因为雷击输电线路附近地面时，自然接地阻抗较高，雷电流的幅值一般不会超过 100 ka， 因此研究防雷

52、措施时更多考虑 100 ka 的雷电流对线路的影响。由该表可见，发生雷击时的感应雷过电压大部分情况都超过p-10t的50%击穿电压，因此当发生雷击时，线路的绝缘很可能被击穿，引发闪络，所以，加强线路的绝缘也是必须考虑的措施之一。4.5 线路避雷器在配电线路中，安装线路避雷器可以对事故多发的线路进行有效的保护，因此在配电线路中可以装设避雷器进行对配电线路进行保护，在线路绝缘子附近并联避雷器，当线路上的过电压超过避雷器的放电电压时（避雷器的放电电压低于绝缘子的击穿电压），避雷器就会先行放电，把过电压波中的电荷通过接地设施引入大地，限制过电压的发展，从而保护其它电气设备。通过此种方式，可有效的对配电

53、线路中的感应雷过电压进行防护。在避雷器的保护范围方面，需要进行具体的仿真。根据线路的电压等级，选用yh5ws-17/50型氧化锌避雷器，以下是此型号避雷器的参数和伏安特性曲线33。yh5ws-17/50型氧化锌避雷器的具体尺寸和使用环境可见附录一。表4.5.1 yh5ws-17/50型氧化锌避雷器的参数使用场所避雷器型号避雷器额定电压系统标称电压持续运行电压直流参考电压配电（s）yh5ws-17/5017.51013.625最大残压200us方波通流容量（2ms）4/10us冲击电流0.75直流参考电压下最大泄漏电流陡波冲击电流下残压雷电冲击下残压操作冲击下残压57.55042.5754050

54、表4.5.2 yh5ws-17 /50型避雷器的伏安特性电流a1.00e-051.00e-041.00e-031.00e-021.00e-01电压v1047112532150001795321487电流a1.00e+001.00e+011.00e+021.00e+031.00e+04电压v2571830781368424409552776图4.1yh5ws-17/50避雷器的伏安特性曲线本设计采用电磁暂态仿真软件apt-emtp对安装线路避雷器前后的10kv线路的过电压水平进行仿真，绝缘子采用电压控制开关来模拟，避雷器采用非线性电阻来模拟，线路模型采用lcc中参数恒定的bergon模型，波阻抗可取300，避雷器的参数以yh5ws-17/50型氧化锌避雷器的参数为参考。以下就仿真线路受到雷击时，相邻杆塔上有无避雷器情况下绝缘子所承受的过电压。7,8,1524仿真模型图如下：图4.2仿真模型图图4.3绝缘子两端电压波形图上图中曲线1为遭受雷击时未加装避雷器杆塔上绝缘子两端的电压，曲线2为遭受雷击时加装了避雷器的杆塔上绝缘子两端的电压。对于曲线1，由于没有装设避雷器，线路遭受雷击时，线路上的电压急剧增加，超过绝缘子的50%击穿电压，线路的绝缘子被