防雷技术在输电线路设计中的应用 3页

通馋电．球技术婴型幽!!塑!塑!!堕9mPowerTechnologyIVIay25，2013，Vok30No．3文章编号：1009—3664(2013)03—0088—03防雷技术在输电线路设计中的应用胡华(荆州市荆力工程设计咨询有限责任公司，湖北荆州434000)摘要：众所周知，自然界的雷电现象不仅极其常见，并且拥有高电压能够形成极大的破坏力。尤其是雷电一旦击中输电线路，将产生不可估量的危险。这就需要对输电线路进行合理规范的设计，运用相匹配的防雷技术，降低电路的跳闸率，保护输电线路不受雷电破坏。文章通过对雷电危害的介绍，根据防雷技术的原理，深入地研究针对输电线路的防雷策略。关键词：电力系统；防雷技术；输电线路；雷电压；雷电流中图分类号：TM711文献标识码：AApplicationoftheLightningproofTechnologyintheDesignofTransmissionLinesHUHua(JingliEngineeringDesigningandConsultingCo．Ltd．，Jingzhou434000，China)Abstract：Asweallknow，thelightningphenomenaofnatureisextremelycommon，andhashighvoltagethatformedthegreatdestructivepower．Especiallyforthetransmissionline，onceitisstruckbylightning，wouldcreateincalculablerisks．Soitrequiresreasonablestandarddesignoftransmissionlines，usinglightningprooftechnologythatmatched，tore—ducethetrippingrateofthecircuittOprotectthetransmissionlinesfromlightningdamage．Thispaperexploredthelight—ninghazards，andthendiscussedtheprinciplesoflightningprooftechnology，andindepthstudiedonthelightningproofstrategyofthetransmissionlines．Keywords：powersystem；lightningprooftechnology；transmissionline；lightningvoltage；lightningcurrent1雷电的危害性雷电在人们眼中或许只是一种自然现象，但实际上，雷电是一种天然的“破坏神”。雷电多出现在夏季，特别是在南方山区发生得较为频繁。虽然雷电的放电时间只有约0．01S，但是它可以瞬间达到十万安培的电流。如此巨大的能量，一旦击打在动物身上，可以瞬间麻痹大脑和心脏，甚至造成死亡。房屋建筑或者机械设备如果被雷电击中，受其高热高压的破坏力，这些物品也会毁坏殆尽。雷电的危害主要来自几个方面：(1)雷电具有高热效应，即雷电的雷击点瞬时产生巨大的能量，可以达到熔化金属的效果。因此，雷电极易引发火灾甚至爆炸；(2)雷电具有高压效应，雷击点可以瞬间产生高达数十万伏的高压，电气设备一旦被这种可怕的电压轰击后，轻者短路、烧坏，重者可以引发重大灾害，造成不可估计的损失；(3)雷电还具有变化莫测的电波，一般的防雷装置被这种电波干扰也会丧失功能，成为巨大的放电器，反击建筑物中的电路设备造成危害；(4)在雷电流的击落点会产生电磁感应现象，即会收稿日期：2013-01—10作者简介：胡华(1978一)，男，湖北荆州人，1998年毕业于武汉水利电力大学。产生巨大的交变电磁场，干扰电磁信号，使电力设备部分高热导致电力瘫痪甚至火灾；(5)雷电流之中存在静电效应，它促使雷电流中产生变异，即不同于该雷电性质的电荷，使那些来不及消失的电流和产生的电荷形成大规模放电现象，从而引发灾害；(6)雷电还具有机械效应，被其击中的物体会扭曲、爆炸等，也会侵入电力系统，破坏变压器、发电机等的绝缘部分，造成财产损失和人员伤亡。2防雷技术的原理为了更好地探究输电线的防雷策略，首先要明白雷电的放电原理和防雷技术的原理。我们生活在一种充满了水蒸气的大气之中，当大气遭遇了上升气流，就会使大气中无数的小水珠被电荷所包裹，继而被气流所带动，形成了上面带正电、下面带负电、中间正负电荷混合的积电云层，这种云层也称为雷云。雷云对地面放电的过程分为先导放电和主放电两个阶段。其中第一个阶段是某一点电荷积聚过多时，则改变了空气中部分介质的绝缘性质形成导电通道，这个形成导电性通道的过程即是先导放电。这时，雷云和大地的电位会高达10MV。当游离的不同电性的电荷运动中和放电通道的电荷时，主放电阶段便开始产生。主放电阶段的时间极短，仅仅只有50～100ms，但是电流可达200～300kA，具有极大的破坏性。 然后电流行波伴随着电压行波通过放电通道倾灌注入雷击点。假设地面上电阻为零，这样即使是高塔的塔尖也不会出现对地的电压。但是实际上原本需要返回的电压行波还伴随着额外的电流。正值电流的进入，伴随着负值电流的返回，就叠加形成2倍电流。而且类似于气体电介质，由于电场的作用使电介质中的某些带电质点积聚的数量和移动的速度达到一定程度时，使电介质(瓷瓶)失去了绝缘的性能，形成导电通道，这就是瓷瓶击穿放电原理。通过这一原理，我们可以探究出雷电的放电系数，即地面落雷密度和雷电流幅值。地面落雷密度的单位是：次／平方公里·雷暴日，我国的取值是0．015，雷电流幅值则是通过lgP=一I。／108来计算的，其中P是超过电流幅值的概率，J。是电流幅值。再通过这些数据可以推出导线与避雷线的耦合系数、输电线耐雷水平的计算公式、直击和感应两种雷的过电压公式以及雷击跳闸率的计算。这些计算所得值就成为防雷技术设计的重要参数。3输电线路的防雷设计对于输电线路防雷策略的设计，要从综合性角度来考虑，要多角度的融人地域、地形、电阻、线路、土质等因素来全方位设计规划。3．1合理的电路路径的选用自然区域地理条件的不同，导致了受雷击率的不同。雷击发生频繁的地带，自然不是铺设线路的最佳地带。所以，选择铺设线路的路径，要避开这些雷击区域。应该避免的路径列举如下：第一，环山而坐的既洼陷又潮湿的盆地地区，尤其是旁边有蜿蜒的山脉，亦或是有池塘、水库、树木等的铁塔附近更为危险；第二，那些极易发生土地电阻率突变或者已经突变的区域，这些区域拥有低土质电阻的特点，比如那些山丘和稻田、岩石与土壤的交接地带或者是地质断层处，还或者是伴有溪流的山谷等地段；第三，具有“雷暴走廊”之称的山谷峡谷地区；第四，地下水位高或者是在地下深埋着导体矿物质的地区；第五，那些向阳的山坡或者是具有很好土壤的山地，虽然电阻差距并不明显，但是雷击率也较普通地区更多。3．2在线路上搭接避雷线在输电线路上设置避雷线是防雷策略中最为基础且有效的方式。首先要对避雷线进行一定的选择，使避雷线与线路相互适合。一般电压较低的输电线路即使设置避雷线也起不到作用，如20kV左右的线路就无需使用避雷线。但是高电压的线路，避雷线的设置不仅仅可以获得高效的防雷效应，而且可以大大的降低成本。一般来讲，避雷线的成本不应高于架设线路的1／10。根据110kV～750kV架空输电线路设计技术规定中有关于避雷线铺设的规定，注意如下几点：第一，对于110kV的输电线路应该全线架设避雷线，但是对于以下区域不能架设避雷线，如运行经验证明有雷电轻微活动的区域或者是年平均暴雨不足15日的区域。但对于无线输电线路，最好是在发电厂或者变电所架设1～2km的避雷线；第二，对于220kV"～330kV的输电线路或者年平均暴雨日超过15天的地区，要全程架设避雷线；第三，500kV～750kV的输电线路和山区要架设双避雷线。避雷线具有3个主要功能：第一，它可以通过屏蔽导线降低导线上的电流；第二，它可以对流经铁塔的电流起到分流作用，从而降低塔顶的电压；第三，为了降低线路的绝缘子电压，它在导线上还可以起到耦合的效果。正因为有这些作用，可以把防雷线分成直接悬于铁塔和绝缘子连接于铁塔两种悬挂方式。根据我国的最新设计，我国所采用的避雷线是绝缘方式的，这样既符合了当代可持续发展的主题，做到了低能低耗，又不会使防雷的效果受到影响。具体应用时避雷线之中的三相导线间距不同，虽然其负荷的电流是平衡的，但其感应方面是具有差异性的，所以当其接地时，线路能耗就被感应电动势滋生出来的电流所消耗了，再加上线路长度和负荷电流的影响，线路的能耗被大大的浪费消耗。因此，最佳选择还是使用绝缘的避雷线才能达到更好的避雷效果。3．3在线路上安装避雷器基于避雷线的设计，避雷器的使用解决了即使全程架设避雷线也不能避免的导线上产生电压的问题。避雷器的设置原理是根据塔顶电位值公式研究而来的：U一次d+Ldi／dt式中，i为雷电流；Rd为冲击接地电阻；Ldi／出是暂态分量。当(U。一U·+巩)大于绝缘子串的1／2时，就有可能出现雷击，所以要减少塔体接地电阻来达到提高耐雷水平的目的。但是山区难以实现这个要求，所以需要使用避雷器。使用避雷器时设置了一个雷电流的定值。当超过该定值时，就启动避雷器配合避雷线进行分流作用，让电流导人地面，使电压安全得以保障。根据以上功能，就可以为避雷器选择合适的铁塔线路，比如，水电站或者升压站此类在出口线路并且接地电阻较大的铁塔、跨越度大的高型铁塔、闪络经常出现并且接地电阻大于限度值110Q的铁塔、山区中易于被雷击的铁塔等，从而避免资源的浪费。3．4降低接地电阻的策略仅仅设置避雷线和避雷器所能达到的防雷效果并不理想，所以，避雷线的应用还需配合接地电阻，来共同达到大的降压水平。例如，在40kV～65kV的电压区间内，是不需要搭设避雷线的，但是为了使每一个铁塔接地良好，并且起到防雷效果，如上述防雷原理所说，就需要应用降低铁塔接地电阻的策略。其常用方 通缝电．潦技术垫!!生!旦!!旦箜垫鲞篁!塑一一TeleeomPowerTechnologyMay25，2013，V01．30No．3法有4种：(1)爆破技术。这一技术是近年来降低接地电阻的新型技术，其核心在于使土壤改性。它是通过爆破的方式使地面开裂，再把一些低电阻率的物体从裂缝压入地底，达到改变一定范围内的土壤导电性质的效果。(2)降阻剂。将由化学试剂配制而成的降阻剂设置在铁塔周围，使被网状胶体所包裹的强电解质和水分融人土壤且不易流失，从而达到长久、良好的降低土壤电阻率的作用。(3)使水平接地体变长。有别于前两种改变土质的方法，这种技术采用了物理方法，即使接地体的长度增加，从而使电感影响增加，随之使冲击系数增加，来减小电阻。但是所增加的接地体长度是有一定限值的，根据不同的地域而定，超过了该长度值则不会改变电阻率。(4)以多支外引来设置接地。这同样是应用物理特性的方法。其主要操作是选取合适的且附近具有导电性较好物质的地域来设置铁塔，以达到减少电阻率的方法。除了以上4种输电线路的防雷策略外，还有其它设计方法，例如架设耦合地线、安装自动重合闸装置、采用中性点非有效接地方法、重点地段重点保护等。要将电力传送到大江南北。我国国土面积大，地形复杂曲折，有江河湖泊、山川平原，而且雷雨居多，所遭受雷电袭击的几率较大。输电线路一旦被雷击中，轻者会导致电力跳闸，部分电力系统受损。重者会使大部分发电机损坏、电力瘫痪，导致不可估量的财产损失，甚至人员伤亡!所以防雷技术的应用对输电线路有重大的意义。而防雷技术在输电线路设计中的应用，不能只依靠现有的科学技术，还应该不断积累经验和数据，严格遵守可持续发展的道路，设计出更高效、更节能的防雷技术。参考文献：[1]简克良高电压技术EM]．北京：中国铁道出版社，1989．E2]肖如泉．高电压试验工程[M]．北京：清华大学出版社，E3]F4-1E5][6][7]4结束语E8]作为电力系统大动脉的输电线路，它身负重任，需(上接第78页)人员来进行设备检修工作。在状态评估系统成功实践以后，设备检修的工作量已经大大下降，同时也降低了对检修技术人员的需求，增加变电设备，则同比减少相应数量的人力资源，这就促成了减员增效的良好效果。事实上，使用状态评估系统带来的不仅仅是经济效益，很大程度上还带来了安全效益与社会效益。例如设备操作风险大大降低，检修工作量减少，不必要的过度检修消失以及设备可用系数的提高，保证了用电客户及社会的用电安全等。4结束语总而言之，电力变压器的状态评估是一项复杂的工作，要掌握理论基础并利用丰富的经验对各项参数进行正确的判断。但是，当前供电系统内部还并未完·90·2001．吴维韩，张芳榴．电力系统过电压数值计算EM]．北京：科学出版社，1989．张仁豫，陈昌渔，王昌长，等．高电压试验技术[M]．北京：清华大学出版社，1982．小崎正光．高电压与绝缘技术[M]．北京：科学出版社(OHM社)，2001．左来明，张凌云．高压输电线路综合防雷技术研究[J]．东北电力技术，2007，20(2)：12-15．中华人民共和国电力行业标准．交流电气装置的过电压保护和绝缘配合[S]．北京：中国电力出版社，1997．江兴月．高压输电线路雷害特点及防雷措施[J]．中国科技纵横，2009，(7)：76．全认可状态评估和检修工作，这就需要加强对各部门的管理力度，积极进行继电保护运行数据的收集，积累成功经验，持续发展继电保护设备。随着社会的进步，各级领导部门越来越重视状态评估工作，期望未来尽早出台有关状态评估的技术标准以及具体管理规定，以方便电力变压器状态评估工作进一步深入开展。参考文献：[1]李从国，杨晓梅，吕文九．电厂状态检修的现状及发展探析EJ]．山东电力高等专科学校学报，2004，23(04)：12—13．[23徐锦东，张德进，庄岭．电力企业输电网GIS系统建设标准化研究EJ]．华北电力技术，2008，12(03)：34—35．[3]韦敏，彭伟雄．配网数字化管理系统研究[J]．大众科技，2010，23(04)：56—57．