电网防雷设计毕业论文

摘 要：电气化铁道的接触网分布极广，所经过地区的地理、地势、气象、气候条件差别较大，情况复杂，没有避雷线，时有被雷击的可能。接触网具有良好的防雷性能是电气化铁道安全运营的基本保证之一。随着我国电气化铁道运营里程的增加、重载及高速铁路的快速发展,评价接触网的防雷性能、减少接触网发生雷击故障具有重要的理论意义和工程应用价值。本文作者论述了目前电气化铁道接触网防雷设施和防雷技术方面的不足，探讨了有关电气化铁道接触网防雷技术的改进措施。 关键词：接触网；过电压；防雷措施 电气化铁道即采用电力牵引的铁路。又称电气化铁路。在电气化铁道上，运行电气列车（由电力机车牵引的列车和电动车组），在铁路沿线设有向电力机车和电动车（以下简称电力机车动车）供电的电力牵引供电系统。 牵引供电系统，主要由牵引变电所和接触网两大部分组成。牵引变电所将电力系统输电线路电压从110kV（或220kV）降到，经馈电线将电能送至接触网；接触网沿铁路上空架设，电力机车升弓后便可从其取得电能，用以牵引列车。接触网作为牵引供电系统的重要组成部分,绝大部分裸露于自然环境中且没有备份,需要采用必要的雷击防护措施。如果缺少防护措施或措施不当,可能引起绝缘子损坏、造成线路跳闸,直接影响电气化铁道运营。同时雷击产生的侵入波过电压通过接触网传入牵引变电所,可能引起所内电气设备的损坏造成更大的事故。从我国目前开通的3万多公里电气化铁路的运行情况来看,部分线路的雷击事故较为频繁,据统计广深线双线，仅2000年1-12月就发生雷击接触网跳闸45次。如何有效地对接触网进行防雷保护,尽可能减少电气化铁道因接触网雷击断线造成的危害和损失，是值得我们研究的课题。 一、接触网线路的雷击现象 雷击发生时，会在接触网线索上产生过电压即雷击过电压，雷击过电压为几百到几千千伏，雷击过电压一般分两种：一种是雷击接触网线路附近大地或支柱，由于电磁感应所引起的，称为感应雷过电压；一种是雷击于接触网线路上直接引起的称为直击雷过电压。无论是何种雷击过电压，当雷击过电压超过线路绝缘水平时，接触网线路发生绝缘闪络。由于牵引供电系统是由接触网年、钢轨、大地等组成，当接触网线路发生绝缘闪络时，雷击闪络必然转化为稳定地工频电弧，造成接触网线路跳闸，严重时会发生接触网断线事故。 二、接触网线路的防雷措施 电力输电线路一般采取的防雷措施有：一沿线架设避雷线和避雷针，引导直击雷电向避雷线放电，通过杆塔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。二降低杆塔的接地电阻，部分杆塔安装线路避雷器以提高线路耐雷水平，减少雷击杆塔或避雷线后引起的绝缘闪络。三适当增加绝缘子片数，减少绝缘子串上工频电场强度，电网采用不接地或经消弧线圈接地方式，防止雷击闪络后转化为稳定的工频电弧。最后采取自动重合闸措施保证雷击闪络跳闸后通过自动重合闸装置自动合闸，恢复供电。四架设耦合地线，可以分流，又加强了避雷线对导线的耦合，降低雷击跳闸率。五安装线路避雷器，并联连接在被保护设备附近，当作用电压超过避雷器的放电电压时，避雷器先放电，可以限制过电压的发展。 目前接触网线路采取的措施是通过牵引变电所的自动重合闸装置进行一次重合闸，保证雷击闪络跳闸后自动重合闸，恢复供电。在中雷区及以上的地区，根据铁道部的设计规范要求，装设避雷器进行雷击防护。 1、角隙避雷器 角隙避雷器是由全角形振子、半角形振子及支持绝缘子装置构成。这种避雷器因其结构简单，调整方便，维护工作量小，在早期的电气化铁道接触网的防雷保护中应用较广，但在实际工作中存在一定缺陷：①被风刮起的杂物极易挂到角隙上，短接放电间隙而放电；②避雷器动作时必然形成工频续流，强烈的短路电弧烧损角隙；③在污浊大雾天气下，角隙绝缘性能下降而放电，造成误动作。由此看来，角隙避雷器并非理想的防雷装置。 2、管型避雷器 管型避雷器是早期接触网线路防雷保护装置，实际是一种具有较高熄弧能力的保护间隙，它由两个串联间隙组成，一个间隙在大气中，称为外间隙，两极均固定在绝缘件上；另一个装设在避雷器管内，称为内间隙或者灭弧间隙。当雷击过电压内外间隙击穿时，雷电流和工频短路电流经管内壁接地，壁管物质受热气化，有较大压力的气体经内间隙喷出管外，强制间隙熄弧。管形避雷器的选用受安装地点最大、最小短路电流制约，最大短路电流大于避雷器的断流上限时避雷器会爆炸；短路电流小于避雷器的断流下限时就不能熄弧，避雷器可能烧坏。另外管形避雷器多次动作后，管内径会逐渐增大，熄弧能力会下降甚至消失。 3、碳化硅阀形避雷器 碳化硅阀形避雷器在我国使用历史较长，是现行防雷技术中主要的防雷电器。但它有一些固有缺点：如只有雷电幅值限压保护功能，而无雷电陡波保护功能，防雷保护功能不完全；没有连续雷电冲击保护能力；动作特性稳定性差，可能遭受暂态过电压危害；动作负载重使用寿命短等，因此碳化硅阀形避雷器将逐步被淘汰。 4、氧化锌避雷器 氧化锌避雷器是世界公认的当代最先进的防雷电器。无间隙氧化锌避雷器目前在我国被广泛使用，但实践表明，它存在易损坏、爆炸、使用寿命短等缺点，究其原因，暂态过电压承受能力差是其致命弱点。然而串联间隙氧化锌避雷器既有无间隙氧化锌避雷器的保护性能优点，又有暂态过电压承受能力的特点，为此串联间隙氧化锌避雷器应为目前推广使用的防雷装置。 三、接触网防雷措施的探讨 一采用先进的避雷器和避雷器在线监测技术 目前氧化锌避雷器或串联间隙氧化锌避雷器是线路防雷保护的首选防雷产品。建议：在高雷区、强雷区接触网在下列地点应采用氧化锌避雷器防护：分相合站场端部的绝缘锚段关节，长度2000m及以上隧道的两端，长度大于200m的供电线或自耦变压器供电线连接到接触网上的连接处；在电缆的接头及电缆终端处。强雷区设避雷线，保护角为0～45°。但在运行中，避雷器的电阻片因动作次数多而老化引起失效，内部受潮或其它缺陷可能导致避雷器运行故障。为保证避雷器安全可靠运行，近年来避雷器在线监测器逐步推广使用。避雷器在线监测器是将避雷器放电计数器与泄漏电流检测功能整合在一起的监测装置，通过巡视监测装置的计数器动作次数和避雷器运行的泄漏电流值，可以及时掌握避雷器的动作情况和运行性能。

摘 要：文章通过分析高压输电线路雷击闪络跳闸产生的原因，在进行线路防雷工作时，提出一些合理有效的防雷措施，以提高输电线路的耐雷水平，降低输电线路的雷击跳闸率。 关键词：输电线路 防雷 福州 一、概述 福州位于东南沿海，常年受季风和台风影响，雷电活动剧烈，输电线路防雷工作任务异常严峻。福州电业局的输电线路主要以220kV和110kV为骨干，输电线路经过的地区气候、地形、地质和各种自然条件比较复杂。受土壤电阻率高，海洋季风，雷云对地距离低，地面落雷密度大等因素影响，和近几年来运行环境条件的劣化，在雷雨季节，由雷击引起的输电线路故障也日益增多，不仅影响设备正常运行，也极大影响日常生产生活。 目前输电线路本身的防雷措施主要依靠架设在杆塔顶端的架空地线，其运行维护工作中主要是对杆塔接地电阻的检测及改造。由于其防雷措施的单一性，无法达到防雷要求。而推行的安装耦合地线、增强线路绝缘水平的防雷措施，受到一定的条件限制而无法得到有效实施，如通常采用增加绝缘子片数或更换为大爬距的合成绝缘子的方法来提高线路绝缘，对防止雷击塔顶反击过电压效果较好，但对于防止绕击则效果较差，且增加绝缘子片数受杆塔头部绝缘间隙及导线对地安全距离的限制，因此线路绝缘的增强也是有限的。而安装耦合地线则一般适用于丘陵或山区跨越档，可以对导线起到有效的屏蔽保护作用，用等击距原理也就是降低了导线的暴露弧段。但其受杆塔强度、对地安全距离、交叉跨越及线路下方的交通运输等因素的影响，因此架设耦合地线对于旧线路不易实施。因此研究不受条件限制的线路有效防雷措施就显得十分重要，本文将安装线路避雷器、降低杆塔接地电阻等方法进行综合分析研究，从它们对防止雷击形式的针对性出发，得出切实可行的方案。 二、雷击线路跳闸原因 高压送电线路遭受雷击的事故主要与四个因素有关：线路绝缘子的50%放电电压；有无架空地线；雷电流强度；杆塔的接地电阻。高压送电线路各种防雷措施都有其针对性，因此，在进行高压送电线路设计时，我们选择防雷方式首先要明确高压送电线路遭雷击跳闸原因。 （一）高压送电线路绕击成因分析 根据高压送电线路的运行经验、现场实测和模拟试验均证明，雷电绕击率与避雷线对边导线的保护角、杆塔高度以及高压送电线路经过的地形、地貌和地质条件有关。对山区的杆塔，计算公式是：式中， a为避雷线对边导线的保护角； h为杆塔高度； P0为线路雷电绕击率。山区高压送电线路的绕击率约为平地高压送电线路的3倍。山区设计送电线路时不可避免会出现大跨越、大高差档距，这是线路耐雷水平的薄弱环节；一些地区雷电活动相对强烈，使某一区段的线路较其它线路更容易遭受雷击。 （二）高压送电线路反击成因分析 雷击杆、塔顶部或避雷线时，雷电电流流过塔体和接地体，使杆塔电位升高，同时在相导线上产生感应过电压。如果升高塔体电位和相导线感应过电压合成的电位差超过高压送电线路绝缘闪络电压值，即Uj＞U50%时，导线与杆塔之间就会发生闪络，这种闪络就是反击闪络。 由以上公式可以看出，降低杆塔接地电阻Rch、提高耦合系数k、减小分流系数β、加强高压送电线路绝缘都可以提高高压送电线路的耐雷水平。在实际实施中，我们着重考虑降低杆塔接地电阻Rch和提高耦合系数k的方法作为提高线路耐雷水平的主要手段。 三、高压送电线路防雷措施 清楚了送电线路雷击跳闸的发生原因，我们就可以有针对性的对送电线路所经过的不同地段，不同地理位置的杆塔采取相应的防雷措施。目前线路防雷主要有以下几种措施： （一）加强高压送电线路的绝缘水平 高压送电线路的绝缘水平与耐雷水平成正比，加强零值绝缘子的检测，保证高压送电线路有足够的绝缘强度是提高线路耐雷水平的重要因素。 （二）降低杆塔的接地电阻 高压送电线路的接地电阻与耐雷水平成反比，根据各基杆塔的土壤电阻率的情况，尽可能地降低杆塔的接地电阻，这是提高高压送电线路耐雷水平的基础，是最经济、有效的手段。 （三）相关规定 根据规程规定：在雷电活动强烈的地区和经常发生雷击故障的杆塔和地段，可以增设耦合地线。由于耦合地线可以使避雷线和导线之间的耦合系数增大，并使流经杆塔的雷电流向两侧分流，从而提高高压送电线路的耐雷水平。 （四）适当运用高压送电线路避雷器 由于安装避雷器使得杆塔和导线电位差超过避雷器的动作电压时，避雷器就加入分流，保证绝缘子不发生闪络。根据实际运行经验，在雷击跳闸较频繁的高压送电线路上选择性安装避雷器可达到很好的避雷效果。目前在全国范围已使用一定数量的高压送电线路避雷器，运行反映较好，但由于装设避雷器投资较大，设计中我们只能根据特殊情况少量使用。 本文主要对安装线路避雷器、降低杆塔的接地电阻两方面进行分析： 1、安装线路避雷器 由于安装避雷器使得杆塔和导线电位差超过避雷器的动作电压时，避雷器就加入分流，保证绝缘子不发生闪络。我们在雷击跳闸较频繁的高压送电线路上选择性安装避雷器。 线路避雷器防雷的基本原理：雷击杆塔时，一部分雷电流通过避雷线流到相临杆塔，另一部分雷电流经杆塔流入大地，杆塔接地电阻呈暂态电阻特性，一般用冲击接地电阻来表征。 雷击杆塔时塔顶电位迅速提高，其电位值为p； Ut=iRd+ （1） 式中，i―雷电流；Rd―冲击接地电阻；―暂态分量。 当塔顶电位Ut与导线上的感应电位U1的差值超过绝缘子串50%的放电电压时，将发生由塔顶至导线的闪络。即Ut-U1＞U50，如果考虑线路工频电压幅值Um的影响，则为Ut-U1+Um＞U50。因此，线路的耐雷水平与3个重要因素有关，即线路绝缘子的50%放电电压、雷电流强度和塔体的冲击接地电阻。一般来说，线路的50%放电电压是一定的，雷电流强度与地理位置和大气条件相关，不加装避雷器时，提高输电线路耐雷水平往往是采用降低塔体的接地电阻，在山区，降低接地电阻是非常困难的，这也是为什么输电线路屡遭雷击的原因。 加装线路避雷器以后，当输电线路遭受雷击时，雷电流的分流将发生变化，一部分雷电流从避雷线传入相临杆塔，一部分经塔体入地，当雷电流超过一定值后，避雷器动作加入分流。大部分的雷电流从避雷器流入导线，传播到相临杆塔。雷电流在流经避雷线和导线时，由于导线间的电磁感应作用，将分别在导线和避雷线上产生耦合分量。因为避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的雷电流，这种分流的耦合作用将使导线电位提高，使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的闪络电压，绝缘子不会发生闪络，因此，线路避雷器具有很好的钳电位作用，这也是线路避雷器进行防雷的明显特点。 2、降低杆塔的接地电阻 杆塔接地电阻增加主要有以下原因： （1）接地体的腐蚀，特别是在山区酸性土壤中，或风化后土壤中，最容易发生电化学腐蚀和吸氧腐蚀，最容易发生腐蚀的部位是接地引下线与水平接地体的连接处，由腐蚀电位差不同引起的电化学腐蚀。有时会发生因腐蚀断裂而使杆塔“失地”的现象。还有就是接地体的埋深不够，或用碎石、砂子回填，土壤中含氧量高，使接地体容易发生吸氧腐蚀，由于腐蚀使接地体与周围土壤之间的接触电阻变大，甚至使接地体在焊接头处断裂，导致杆塔接地电阻变大，或失去接地。 （2）在山坡坡带由于雨水的冲刷使水土流失而使接地体外露失去与大地的接触。 本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文 （3）在施工时使用化学降阻剂，或性能不稳定的降阻剂，随着时间的推移降阻剂的降阻成分流失或失效后使接地电阻增大。 （4）外力破坏，杆塔接地引下线或接地体被盗或外力破坏。 高压送电线路的接地电阻与耐雷水平成反比，根据各基杆塔的土壤电阻率的情况，尽可能地降低杆塔的接地电阻，这是提高高压送电线路耐雷水平的基础，是最经济、有效的手段。 四、采取的措施 1、我局已在220kV水塔ⅠⅡ回线路上加装线路避雷器，我们考虑在经过2-3年外界雷电气候环境的考验并获的相应成功运行经验的基础上，对今后走廊内落雷密度较大的运行（或新建线路）扩大应用范围，以适当加装线路型避雷器，来提高架空线路的综合防雷水平。 2、对线路中测出的接地电阻不合格的杆塔的接地电阻进行重新测试，并测试土壤电阻率。 3、对查出的接地电阻不合格的杆塔接地放射线进行开挖检查，重新对该杆塔的敷设接地线，并进行焊接。 4、对检查中发现已烂断或无接地引下线的杆塔接地装置进行焊接，并对接地电阻重新测试，不符合规定的重新进行敷设。对被浇灌在保护帽内的接地引下线，采取的方式可为将引下线从保护帽内敲出，再重新浇灌保护帽或将引下线锯断重新进行焊接。 5、对重新敷设的接地电阻不合格的杆塔，再次使用降阻剂进行改造。 五、结语 在总结了送电线路防雷工作存在的问题和如何运用好常规防雷技术措施的基础上，我们认为雷电活动是小概率事件，随机性强，要做好送电线路的防雷工作，就必须抓住其关键点。设计中我们要全面考虑高压送电线路经过地区雷电活动强弱程度、地形地貌特点和土壤电阻率的高低等情况，还要结合原有高压送电线路运行经验以及系统运行方式等，通过比较选取合理的防雷设计，提高高压送电线路的耐雷水平。雷电活动是一个复杂的自然现象，需要电力系统内各个部门的通力合作，才能尽量减少雷害的发生，将雷害带来的损失降低到最低程度。 参考文献： [1]张殿生．电力工程高压送电线路设计手册．中国电力出版社，2003，1（第二版）． [2]万千云，梁惠盈，等．电力系统运行实用技术问答．2003，4． [3]国家电网公司生产技术部，南方电网有限公司安全监察与生产技术部．线路通讯．全国电力系统送电专业运行工作网，98年第一期至2005年第二期． [4]包建强，等．输电线路绝缘子运行技术手册．中国电力出版社，2003，2． [5]过电压与绝缘配合、接地装置．供电生产常用指导性技术文件及标准（第六册），中国电力出版社，2003，2． [6]架空送电线路．供电生产常用指导性技术文件及标准（第四册），中国电力出版社，2003，2． [7]王清葵．送电线路运行与检修．中国电力出版社，2003，12． [8]单中折，王清葵．送电线路施工．中国电力出版社，2003，10． [9]韩崇，韩志军．架空送电线路施工技术问答．中国电力出版社，2003，8． [10]110～500kV架空送电线路设计技术规程．中华人民共和国国家经济贸易委员会，1999，10．□ 本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文