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输电线路设计中的防雷措施及应用

提示:

输电线路的防雷是减少电力系统雷害事故及其所引起电量损失的关键。做好输电线路的防雷设计工作不仅可以提高输电线路本身的供电可

输电线路的防雷是减少电力系统雷害事故及其所引起电量损失的关键。做好输电线路的防雷设计工作不仅可以提高输电线路本身的供电可靠性而且可以使变电所、发电厂安全运行得到保障。在确定输电线路的防雷方式时,应全面考虑线路的重要程度、系统运行方式、线路经过地区雷电活动的强弱、地形地貌特征、土壤电阻率的高低等条件,并结合当地己有线路的运行经验进行全面的技术经济比较从而确定出合理的保护措施。
合理选择输电线路路径
大量运行经验表明线路遭受雷击往往集中于线路的某些地段。一般称之为选择性雷击区或称为易击区。线路若能避开易击区,或对易击区线段加强保护,则是防止雷害的根本措施。
实践表明下列地段易遭受雷击:
(1)雷暴走廊如山区风口以及顺风的河谷和峡谷等处;(2)四周是山丘的潮湿盆地如铁塔周围有鱼塘、水库、湖泊、沼泽地、森林或灌木、附近又有蜿蜒起伏的山丘等处(3)土壤电阻率有突变的地带如地质断层地带岩石与土壤、山坡与稻田的交界区,岩石山脚下有小河的山谷等地雷易击于低土壤电阻率处(4)地下有导电性矿的地面和地下水位较高处;(5)当土壤电阻率差别不大时例如有良好的土层和植被的山丘雷易击于突出的山顶、山的向阳坡等。
2架设避雷线
架设避雷线是输电线路防雷保护的最基本和最有效的措施。避雷线的主要作用是防止雷直击导线同时还具有以下作用:(1 )分流作用以减小流经铁塔的雷电流从而降低塔顶电位(2)通过对导线的藕合作用可以减小线路绝缘子的电压(3)对导线的屏蔽作用还可以降低导线上的感应过电压。
通常来说线路电压愈高,采用避雷线的效果愈好而且避雷线在线路造价中所占的比重也愈低(一般不超过线路的总造价的10% )。因此规程规定,220kV及以上电压等级的输电线路应全线架设避雷线66kV线路一般也应全线架设避雷线。为提高避雷线对导线的屏蔽效果保证雷电不致绕过避雷线而直接命中导线应当减小绕击率。避雷线对边导线的保护角应做得小一些一般采用20-300。220kV及330kV双避雷线线路应做到200左右500kV及以上的超高压、特高压线路都架设双避雷线保护角在15度及以下。
为了起到保护作用,避雷线应在每基铁塔处接地。在双避雷线的超高压输电线路上正常的工作电流将在每个档距中两根避雷线所组成的闭合回路里感应出电流并引起功率损耗。为了减小这一损耗,同时为了把避雷线兼作通讯及继电保护的通道可将避雷线经过一个小间隙对地(铁塔)绝缘起来。雷击时,间隙被击穿使避雷线接地。
随着线路电压等级的下降,线路的绝缘水平也随之逐级下降避雷线的防护效果也就逐步降低以致在很低电压(例如20kV以下)时失去实用意义。因此,避雷线一般只用于输电线路中。
3采用绝缘避雷线防雷
送电线路的避雷线除用作防雷外还有多方面的综合作用.如实现载波通信降低不对称短路时的工频过电压、减小潜供电流;作为屏蔽线以降低电力线对通信线的干扰等。按照用途之不同.避雷线悬挂方式有两种一种是直接悬挂于铁塔上,另一种是经过绝缘子与铁塔相连即使避雷线对地绝缘。
由于避雷线至各相导线的距离一般是不相等的它们之间的互感就有些差别因此尽管在正常情况下三相导线上的负荷电流是平衡的但在避雷线上仍然要感应出一个纵电动势。如果避雷线逐杆接地这个电动势就要产生电流其结果就增加了线路的电能损失。这个附加的电能损失是同负荷电流的平方和线路长度成比例。对于220kV长200一300km的送电线路这个附加电能损失每年约可达几十万kWh而对于500k V长300一400km的线路每年可损失数百万kWh。因此,目前我国新设计的超高压线路一般采用绝缘避雷线以减少能耗。
4安装线路避雷器
即使在全线架设避雷线,也不能完全排除在导线上出现过电压的可能性安装线路避雷器可以使由于雷击所产生的过电压超过一定的幅值时动作.给雷电流提供一个低阻抗的通路使其泄放到大地从而限制了电压的升高保障了线路、设备安全。雷击铁塔时,一部分雷电流通过避雷线流到相邻铁塔.另一部分雷电流经铁塔流入大地铁塔接地电阻呈暂态电阻特性.一般用冲击接地电阻来表征。
5架设祸合地线
在降低铁塔接地电阻有困难时,可采用架设祸合地线的措施,即在导线下方(或附近)再架设一条地线。它的作用主要有以下方面:(1 )加强避雷线与导线间的祸合.从而减少绝缘子串两端电压的反击电压和感应电压的分量(2)增加雷击塔顶时向相邻铁塔分流的雷电流。运行经验表明.祸合地线对减小雷击跳闸率的效果是显著的尤其在山区的输电线路其效果更为明显。我国曾对66kV和220kV有避雷线线路采用过加装祸合地线的作法。
6采用中性点非有效接地方式
多年来的运行经验表明在电力系统中的故障和事故至少有60%以上是单相接地。但是当中性点不接地的电力系统中发生单相接地故障时仍然保持三相电压的平衡,并继续对用户供电使运行人员有足够的时间来寻找故障点并作及时的处理。35kV及以下电力系统中采用中性点不接地或经消弧线圈接地的方式。这样可以补偿流过故障点的短路电流,使电弧能自行熄灭系统自行恢复到正常工作状态,降低故障相上的恢复电压上升的速度减小电弧重燃的可能性.使雷击引起的大多数单相接地故障能够自动消除不致引起相间短路和跳闸。而在二相或三相落雷时由于先对地闪络的一相相当于一条避雷线,增加了分流和对未闪络相的祸合作用,使未闪络相绝缘上的电压下降从而提高了线路的耐雷水平和线路供电可靠性。
7装设自动重合闸装置
由于线路绝缘具有自恢复性能,大多数雷击造成的闪络事故在线路跳闸后能够自行消除。因此,安装自动重合闸装置对于降低线路的雷击事故率具有较好的效果。据统计,我国66kV及以上的高压线路重合闸成功率达75%一95%, 35kV及以下的线路成功率约为50%一80%。规程要求:
各级电压线路应尽量装设三相或单相自动重合闸,高土壤电阻率地区的送电线路,必须装设自动重合装置。因此各级电压等级的线路均应尽量安装自动重合闸装置。加装线路自动重合闸作为线路防雷的一种有效措施在线路正常运行中和保证供电可靠性上都发挥了积极的作用.但应对瞬时故障加强巡视、分析和判断,并及时予以查清处理.防止给线路安全运行遗留隐患。
综上所述,从输电线路的设计和安装尤其是设计这一环节就要充分考虑到如何保证输电线路的防雷水平处理好提高防雷水平与控制工程造价的关系确保线路按高标准的防雷水平设计。输电线路投入运行后.要加强线路的运行维护工作将线路防雷工作摆在重要地位。只有以上几个环节很好地结合起来,才能有效地保证线路的安全运行。

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(责任编辑: 佚名 )

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