论文部分内容阅读
【摘要】本文概述了输电线路避雷的意义和原则，并探讨了现行双（等高）避雷线对中相导线保护范围，避雷方式是我国输电线路建设中的重要环节。加强对避雷方式的分析探讨，对确保我国的输电线路有着重要意义。本文将从输电线路防雷的意义等几个方面进行分析，以供各位参考。
【关键词】
中图分类号：TM621文献标识码： A
一．前言：
近年来，我国在输电线路避雷方式上虽然取得了突飞猛进的发展，但依然存在一些问题和不足需要改进，在建设社会主义和谐社会的新时期，加强对输电线路避雷的控制，对确保我国居民用电上有着重要的意义。
二．输电线路防雷的意义
伴随着我国工农业的长足发展，人们对于输电线路及供电的安全性、可靠性的要求也越来越高了。在输电过程中，一旦线路停电或者是发生故障，不仅影响了输电设备的正常工作，而且还会从很大程度上影响人们的正常工作与生活。可是，伴随着电力系统的不断发展，由于自然灾害，比如雷击等引起输电线路的事故，也随着输电线路的增加而不断的增多起来，根据我国电网故障的分类统计来看，在我国目前，跳闸率比高的地区,由于雷击所引起的故障次数达到百分之四十之多，尤其是在多雷的地区，及土壤电阻率较高的地区，和一些地形较为复杂的地区，这些地区由于雷击所引起的输电线路事故率高达百分之七十之多，这种现象，为社会带来了巨大的经济损失。
据统计，在日本有百分之五十以上的电力系统故障，是由雷击引起的输电线
路事故。在国际上，大电网会议所公布的有关美国、前苏联等十二个国家，在连续三年内的运行资料当中指出，当电压等级在275一500kV的输电线路当中，即总长为3.27万kxn时，雷害事故的发生率占到总事故率的百分之六十。因此在我国目前，为了减少输电线路当中出现雷击故障，在世界各国，都在积极的进行电路线路的防雷设计与研究。
三．线路防雷的方法
在实际运行当中，高压线路运行时，落雷所击中的部位大体有这样三处：有杆塔顶端，避雷线挡距中央或者是附近，和绕过避雷线以后直击导线处。在这几处落雷处，以雷击杆塔顶端导致的事故最为严重。
在这里，通过对现行的输电线路双（等高）避雷线对中相导线保护范围计算公式进行细致分析，从而全面考虑对于避雷线、导线架设高度和线间距离，以及避雷线的保护角、导线电压等雷击造成的影响，并且根据这种情况，提出确定高压输电线路双（等高）避雷线对于中相导线的保护范围以及新的方法，并且根据实际情形，建议高压线路摒弃双（等高）避雷线的防雷方式，而采用新型避雷线防雷方式，这种方法，对于设计能够具备可靠防雷性能的高压线路和特高压线路在安全运行当中，是具有十分重要的意义的。
1.现行双（等高）避雷线对中相导线的保护范围
在现行的双（等高）避雷线对中相导线保护范围内，对照连接双（等高）避雷线和保护范围的上部分边缘的最低点圆弧或虚线进行确定，如下图1。这个圆弧最低点的弓高为假设为f，那么圆弧的最低点高度则为h0，h0及f的计算公式如下：
2.特高压线路按现行双（等高）避雷线对中相导线保护范围存在的问题
目前在我国，在特高压输电线路双（等高）避雷线对中相导线保护范围上，仍然是按照上面的防雷规程要求进行设计的。以下图2所例的典型特高压杆塔尺寸代入式（1），进行计算，当取值h=62.325 m，D=37.011 m的时候，得f=13.28 m，h0=49m。如果对于高压V型的绝缘子串垂直长度7.5m时，那么图中的中相导线高度应是50 m-7.5 m=42.5 m，比49 m较低，所以典型的特高压输电线路双（等高）避雷线对于中相导线保护范围可以满足现行的防雷规程设计要求。可是，在这种情况下，双（等高）避雷线与中相导线垂直距离是12.325 m+7.5 m=19.825 m，D/2=18.51 m，那么其中双（等高）避雷线对于中相导线保护角（如图1）中，其中连接避雷线和中相导线的虚线是43°，那么双（等高）避雷线对于它的保护范围上部的边缘最低点保护角（如图1中）其连接的避雷线和圆弧的最低点虚线有可能达到54.34°，这个角度，会大于避雷线25°保护角的比较基本的设计要求，使得双（等高）避雷线对中相导线起不到保护的作用。这个问题也是一个值得研究的问题。
3.避雷线在预防雷直击的时候，也会带来一些电能的损耗问题。例如750 kV 输电线路的负载电流为1 kA的时候，那么它的避雷线上的所有通过的电流大约为85 A，同时1 km长的避雷线上所产生的有功损耗大约为4.62 kW，如果它的线路的长度是1 000 km的情况下，那么它的年电能损耗大约是4×107kW·h。同时为了减小避雷线损耗，在有些地方还可以采用避雷线不直接接地的方式，但是同时也降低了避雷线的防雷的可靠性能。在输电线路进行运行电流、杆塔类型、 避雷线类型及及接地的方式等部分因素在确定的情况下，线路的相序布置方式决定了同塔多回输电线路产生的避雷线损耗， 因此， 研究序布置方式对同塔多回输电线路避雷线损耗的影响， 对于制定降低损耗的措施， 提高输电效率， 降低输电成本， 具有十分重要的现实意义。目前国内外主要对同塔双回和同塔四回输电线路的避雷线损耗进行了研究， 而对同塔六回输电线路避雷线损耗的研究在国内还很少见。1其中的避雷线损耗的计算方法，可以勇冠架空地线和输电线路之间所存在电磁耦合以及静电耦合，在正常三相导线上面的负荷的情况下，三相导线上面的负荷电流是不完全平衡的，而且地线到各相导线的距离也是不相等的， 因此地线上会有两种电量： 电磁感应分量和静电感应分量。 如果地线逐塔直接接地， 则两根地线之间可通过大地形成回路，形成 两地线的线间环流回路；此外， 每根地线又分别以大地为回路， 形成感应电流回路。 两种电流的产生， 使避雷线产生损耗。
四．高压输电线路防雷措施
为了切实的减少高压输电线路雷击的跳闸率，在我国的现行防雷措施中，一般有这样几点：
1.架设避雷线
在对输电线路的避雷措施中，架设接地避雷线，这样做的主要目的可以防止雷对导线直接进行电击。另外，避雷线对于雷直击杆塔顶的时候,还能够达到分流的效应,这样可以从总体上减少流入杆塔的雷电流，使得杆塔的塔顶电位能够随着导线逐步的下降，从而减少了雷电的反击率。同时基于避雷線以及导线所人有的祸合效应，避雷线在工作状态下还能够降低导线上面由于雷击所产生的感应过电压。可是，当架设避雷线的输电线路所通过的地形坡度较陡时,杆塔外边侧绝缘子串仍容易遭雷击开形成闪络，危险非常严重。
2.减少杆塔的冲击接地电阻
当落雷直击在杆塔上时,假如杆塔的冲击接地电阻都很大,那么雷电流把在塔顶上发生高电位,使绝缘子串产生闪络,在一定程度下，导线经过闪络电弧通道进行接地。为此,对于线路中通常高度的杆塔,在一定程度下，相应地降低杆塔接地电阻，其是提升线路耐雷水平,避免“反击”的有效策略。在一定情况下，针对安装在山区土壤电阻率比较高的杆塔,其接地电阻比较难以降低设计值。
3.架设祸合地线的技术
在降低杆塔接地电阻有困难的时候,可以在导线下方架设祸合地线,它的作用主要有这样两个，其一可以增强避雷线和导线间祸合作用,还可以降低绝缘子串两端所具有的反击电压。其二在雷击塔顶的情况下,能够增大向相邻杆塔对雷电流进行分流的作用。这种方法也有一定的缺点，就是其线路的投资过大,在一定程度下，只能是少部分减少雷击跳闸的次数,它的防雷的效应不是很理想。
4.绝缘子串不平衡绝缘法
在采取绝缘子串不平衡的方法时，主要是能够降低双回路线路雷击的同时的跳闸率,以此能够确保输电线路能够达到不中断供电。并且在一定的情况下，这种方法的规则是使得杆塔的两个回路的绝缘子串片数会稍身有所差别,可是一旦当雷击杆塔的情况下，绝缘的子串片数少的回路会先闪络,在闪络以后导线能够相当于地线,这也增强了对另一个回路导线所具备的祸合效应,同时也能够提升另一个回路绝缘的水平,也会促使其发生闪络。可是一旦当雷电流过大的情况下，会在一定程度上发生同塔双回线路绝缘子串相继的反击现象,促使双回路同时发生跳闸的现象,这也会给安全供电带来了巨大的损害。
五．结束语
通过对新时期下，对输电线路中防雷击存在的问题进行分析，进一步明确了避雷的重要性及紧迫性，为输电线路的防雷击及优化奠定了坚实基础，有助于提升输电线路的工作的稳定性。
参考文献：
[1]郑江 林苗《1000kV特高压输电线路的中相导线防雷问题研究》电力建设2010-02-01
[2]陈国庆《交流输电线路绕击仿真模型及同杆双回耐雷性能的研究》重庆大学2011-03-16
[3]颜天佑 黄业同 杨长辉《110kV同塔六回输电线路避雷线损耗研究》电力学报2012-02-25
[4]葛栋 杜澍春 张翠霞《1000kV交流特高压输电线路的防雷保护》中国电力2010-10-05
[5]郑江 林苗《110～500kV输电线路的绕击雷害分析》 电力建设2011-11-01
[6]李建标《雷电先导分形模型及线路耐雷性能评估方法的研究》重庆大学2012-04-01
【关键词】
中图分类号：TM621文献标识码： A
一．前言：
近年来，我国在输电线路避雷方式上虽然取得了突飞猛进的发展，但依然存在一些问题和不足需要改进，在建设社会主义和谐社会的新时期，加强对输电线路避雷的控制，对确保我国居民用电上有着重要的意义。
二．输电线路防雷的意义
伴随着我国工农业的长足发展，人们对于输电线路及供电的安全性、可靠性的要求也越来越高了。在输电过程中，一旦线路停电或者是发生故障，不仅影响了输电设备的正常工作，而且还会从很大程度上影响人们的正常工作与生活。可是，伴随着电力系统的不断发展，由于自然灾害，比如雷击等引起输电线路的事故，也随着输电线路的增加而不断的增多起来，根据我国电网故障的分类统计来看，在我国目前，跳闸率比高的地区,由于雷击所引起的故障次数达到百分之四十之多，尤其是在多雷的地区，及土壤电阻率较高的地区，和一些地形较为复杂的地区，这些地区由于雷击所引起的输电线路事故率高达百分之七十之多，这种现象，为社会带来了巨大的经济损失。
据统计，在日本有百分之五十以上的电力系统故障，是由雷击引起的输电线
路事故。在国际上，大电网会议所公布的有关美国、前苏联等十二个国家，在连续三年内的运行资料当中指出，当电压等级在275一500kV的输电线路当中，即总长为3.27万kxn时，雷害事故的发生率占到总事故率的百分之六十。因此在我国目前，为了减少输电线路当中出现雷击故障，在世界各国，都在积极的进行电路线路的防雷设计与研究。
三．线路防雷的方法
在实际运行当中，高压线路运行时，落雷所击中的部位大体有这样三处：有杆塔顶端，避雷线挡距中央或者是附近，和绕过避雷线以后直击导线处。在这几处落雷处，以雷击杆塔顶端导致的事故最为严重。
在这里，通过对现行的输电线路双（等高）避雷线对中相导线保护范围计算公式进行细致分析，从而全面考虑对于避雷线、导线架设高度和线间距离，以及避雷线的保护角、导线电压等雷击造成的影响，并且根据这种情况，提出确定高压输电线路双（等高）避雷线对于中相导线的保护范围以及新的方法，并且根据实际情形，建议高压线路摒弃双（等高）避雷线的防雷方式，而采用新型避雷线防雷方式，这种方法，对于设计能够具备可靠防雷性能的高压线路和特高压线路在安全运行当中，是具有十分重要的意义的。
1.现行双（等高）避雷线对中相导线的保护范围
在现行的双（等高）避雷线对中相导线保护范围内，对照连接双（等高）避雷线和保护范围的上部分边缘的最低点圆弧或虚线进行确定，如下图1。这个圆弧最低点的弓高为假设为f，那么圆弧的最低点高度则为h0，h0及f的计算公式如下：
2.特高压线路按现行双（等高）避雷线对中相导线保护范围存在的问题
目前在我国，在特高压输电线路双（等高）避雷线对中相导线保护范围上，仍然是按照上面的防雷规程要求进行设计的。以下图2所例的典型特高压杆塔尺寸代入式（1），进行计算，当取值h=62.325 m，D=37.011 m的时候，得f=13.28 m，h0=49m。如果对于高压V型的绝缘子串垂直长度7.5m时，那么图中的中相导线高度应是50 m-7.5 m=42.5 m，比49 m较低，所以典型的特高压输电线路双（等高）避雷线对于中相导线保护范围可以满足现行的防雷规程设计要求。可是，在这种情况下，双（等高）避雷线与中相导线垂直距离是12.325 m+7.5 m=19.825 m，D/2=18.51 m，那么其中双（等高）避雷线对于中相导线保护角（如图1）中，其中连接避雷线和中相导线的虚线是43°，那么双（等高）避雷线对于它的保护范围上部的边缘最低点保护角（如图1中）其连接的避雷线和圆弧的最低点虚线有可能达到54.34°，这个角度，会大于避雷线25°保护角的比较基本的设计要求，使得双（等高）避雷线对中相导线起不到保护的作用。这个问题也是一个值得研究的问题。
3.避雷线在预防雷直击的时候，也会带来一些电能的损耗问题。例如750 kV 输电线路的负载电流为1 kA的时候，那么它的避雷线上的所有通过的电流大约为85 A，同时1 km长的避雷线上所产生的有功损耗大约为4.62 kW，如果它的线路的长度是1 000 km的情况下，那么它的年电能损耗大约是4×107kW·h。同时为了减小避雷线损耗，在有些地方还可以采用避雷线不直接接地的方式，但是同时也降低了避雷线的防雷的可靠性能。在输电线路进行运行电流、杆塔类型、 避雷线类型及及接地的方式等部分因素在确定的情况下，线路的相序布置方式决定了同塔多回输电线路产生的避雷线损耗， 因此， 研究序布置方式对同塔多回输电线路避雷线损耗的影响， 对于制定降低损耗的措施， 提高输电效率， 降低输电成本， 具有十分重要的现实意义。目前国内外主要对同塔双回和同塔四回输电线路的避雷线损耗进行了研究， 而对同塔六回输电线路避雷线损耗的研究在国内还很少见。1其中的避雷线损耗的计算方法，可以勇冠架空地线和输电线路之间所存在电磁耦合以及静电耦合，在正常三相导线上面的负荷的情况下，三相导线上面的负荷电流是不完全平衡的，而且地线到各相导线的距离也是不相等的， 因此地线上会有两种电量： 电磁感应分量和静电感应分量。 如果地线逐塔直接接地， 则两根地线之间可通过大地形成回路，形成 两地线的线间环流回路；此外， 每根地线又分别以大地为回路， 形成感应电流回路。 两种电流的产生， 使避雷线产生损耗。
四．高压输电线路防雷措施
为了切实的减少高压输电线路雷击的跳闸率，在我国的现行防雷措施中，一般有这样几点：
1.架设避雷线
在对输电线路的避雷措施中，架设接地避雷线，这样做的主要目的可以防止雷对导线直接进行电击。另外，避雷线对于雷直击杆塔顶的时候,还能够达到分流的效应,这样可以从总体上减少流入杆塔的雷电流，使得杆塔的塔顶电位能够随着导线逐步的下降，从而减少了雷电的反击率。同时基于避雷線以及导线所人有的祸合效应，避雷线在工作状态下还能够降低导线上面由于雷击所产生的感应过电压。可是，当架设避雷线的输电线路所通过的地形坡度较陡时,杆塔外边侧绝缘子串仍容易遭雷击开形成闪络，危险非常严重。
2.减少杆塔的冲击接地电阻
当落雷直击在杆塔上时,假如杆塔的冲击接地电阻都很大,那么雷电流把在塔顶上发生高电位,使绝缘子串产生闪络,在一定程度下，导线经过闪络电弧通道进行接地。为此,对于线路中通常高度的杆塔,在一定程度下，相应地降低杆塔接地电阻，其是提升线路耐雷水平,避免“反击”的有效策略。在一定情况下，针对安装在山区土壤电阻率比较高的杆塔,其接地电阻比较难以降低设计值。
3.架设祸合地线的技术
在降低杆塔接地电阻有困难的时候,可以在导线下方架设祸合地线,它的作用主要有这样两个，其一可以增强避雷线和导线间祸合作用,还可以降低绝缘子串两端所具有的反击电压。其二在雷击塔顶的情况下,能够增大向相邻杆塔对雷电流进行分流的作用。这种方法也有一定的缺点，就是其线路的投资过大,在一定程度下，只能是少部分减少雷击跳闸的次数,它的防雷的效应不是很理想。
4.绝缘子串不平衡绝缘法
在采取绝缘子串不平衡的方法时，主要是能够降低双回路线路雷击的同时的跳闸率,以此能够确保输电线路能够达到不中断供电。并且在一定的情况下，这种方法的规则是使得杆塔的两个回路的绝缘子串片数会稍身有所差别,可是一旦当雷击杆塔的情况下，绝缘的子串片数少的回路会先闪络,在闪络以后导线能够相当于地线,这也增强了对另一个回路导线所具备的祸合效应,同时也能够提升另一个回路绝缘的水平,也会促使其发生闪络。可是一旦当雷电流过大的情况下，会在一定程度上发生同塔双回线路绝缘子串相继的反击现象,促使双回路同时发生跳闸的现象,这也会给安全供电带来了巨大的损害。
五．结束语
通过对新时期下，对输电线路中防雷击存在的问题进行分析，进一步明确了避雷的重要性及紧迫性，为输电线路的防雷击及优化奠定了坚实基础，有助于提升输电线路的工作的稳定性。
参考文献：
[1]郑江 林苗《1000kV特高压输电线路的中相导线防雷问题研究》电力建设2010-02-01
[2]陈国庆《交流输电线路绕击仿真模型及同杆双回耐雷性能的研究》重庆大学2011-03-16
[3]颜天佑 黄业同 杨长辉《110kV同塔六回输电线路避雷线损耗研究》电力学报2012-02-25
[4]葛栋 杜澍春 张翠霞《1000kV交流特高压输电线路的防雷保护》中国电力2010-10-05
[5]郑江 林苗《110～500kV输电线路的绕击雷害分析》 电力建设2011-11-01
[6]李建标《雷电先导分形模型及线路耐雷性能评估方法的研究》重庆大学2012-04-01