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绝缘子片数较少的回路发生冲击闪络,然后该回路的输电线即等同于地线,可提高与另一回路的耦合作用。这种措施结合其他的防雷设计,可极大的提高线路的防雷水平。
(5)装设自动重合闸
装设自动重合闸是一种比较恰当的防雷措施。这不仅是因为线路绝缘具有自恢复功能,同时,线路绝缘也不会发生永久性的损坏或者老化。我国的输电线路重合闸效率高达75%以上,因此装设自动重合闸可作为一种防止跳闸事故发生的有效手段。
(6)采用消弧线圈接地方式
针对雷电频发的地区,可用中性点经消弧线圈接地的措施来提高线路的耐雷水平。该措施以破坏冲击闪络转变为稳定工频电弧的过程为防雷原理,通过消弧线圈可极大降低建弧率与跳闸率。该方法多用于单相线路,而多相线路中,由于单相导线的闪络并不能引起线路跳闸,而闪络的输电线亦可作为地线提升未闪络线路的耐雷水平。在我国,此方式的运行减少了约三分之一的雷击跳闸率。
(7)加强绝缘
加强绝缘亦可以提升线路的耐雷水平,减少雷击跳闸事故的发生,然而实际操作中这种方式受到许多因素的限制,可操作性较小。常见的有增加绝缘子串片数等方法。
(8)安装线路避雷器
线路避雷器常用于雷电过电压极大或线路绝缘极弱的线路中。这种装置可消去线路遭受雷击时的冲击闪络,并避免稳定工频电弧的形成。随着氧化锌避雷器的发展,复合外套氧化锌避雷器因其重量轻、安全性能好,已成功用于多处线路上。
防雷措施的设计涉及到许多方面的因素,包括当地的雷电活动频繁程度,线路所经的地形地貌特点,线路的重要程度,系统运行方式,土壤的电阻率和材料的选用等等,在选择防雷措施时应当根据这种种因素进行考虑,借鉴当地其他线路的防雷经验,权衡经济与技术,以切合实际情况为大前提的条件下进行选择。
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6针对220kV输电线路选择的防雷措施
根据传统的运行经验,雷击跳闸事故占到架空输电线路所发生的跳闸事故总数的十分之一到五分之一。随着线路额定电压等级的升高,雷击跳闸次数会减少,但是其重要地位上升了,因此,做好高电压输电线路的防雷设计工作非常重要。
6.1避雷线的设计
220kV输电线路采用全线架设避雷线,避雷线对边导线的保护角采用20°~30°。避雷线在每基杆处接地,架设双根避雷线,将避雷线经过一个小间隙与杆塔绝缘起来,当雷击过电压过高时就可击穿间隙,起到降压的作用。
(a)保护范围 (b)保护角
图6-1 两根等高避雷线的保护范围和保护角
220kV架空线路一般架设双避雷线。两根等高避雷线的保护范围如图4-1(a)所示: 避雷线两边外侧的保护范围用下面公式确定
rx?0.47(h?hx)P hx?rx?(h?1.53hx)P hx?h(6-1) 2h(6-2) 2两避雷线之间的保护范围横截面,是通过两线及保护范围上部边缘最低点O的圆弧确定。O点的高度为
h0?h?式中,h——为避雷线的高度
D (6-3) 4p - 17 -
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D——为两根避雷线见的水平距离 p——为高正修正系数
hx——为导线高度
架空输电线路中避雷线对输电线的保护度以保护角α的大小来体现,α值越小,则雷电越难以击中输电线,避雷线对输电线的保护越可保证。图6-1所示为等高避雷线的保护范围和保护角。
导线与避雷线的应力配合。导线最大使用应力按我国相关条例规定,其安全系数应不小于2.5,避雷线的使用应力需根据避雷线档距中央的配合要求进行计算。
在避雷线档距中央导线的距离S在档距l不超过500m的情况下,通常满足:
S?1?0.15l(6-4)
6.2绝缘配合与防雷接地
合适的绝缘子可以极大的提升线路的耐雷水平,保证线路不发生跳闸事故。棒类复合绝缘子的结构确保其无法被击穿,且爬距系数较大,自清洗能力较强,同等环境条件下较之盘形绝缘子,其积污更少,污闪电压更高;但在雷击时的闪络电压略低,应该配合装设均压环,避免电弧灼伤绝缘子。综合各种因素考虑,直线杆塔的绝缘子采用13片X-7绝缘子组成;耐张杆塔绝缘子采用LXYI-70钢化玻璃绝缘子。耐张杆塔引流塔头线应呈近似自然下垂,弧垂从横担下边沿算取1.4m至1.5m,施工时具体再确定。
避雷线全线对地不绝缘,采用直接接地防雷。根据输电线路杆塔所处的土壤条件,结合土壤电阻率来确定合适的接地装置,采取合适的降低接地电阻的方法。接地极的埋设深度根据不同的地质来确定:一般来说,耕地0.8m;粘土0.5m;岩石0.3m。
6.3设计举例
某平原地区220kV电压等级输电线路防雷:
绝缘子由13片X-7组成,其正极性冲击放电电压U50%为1410kV,负极性冲击放电电压U50%为1560kV,杆塔冲击接地电阻Ri为7?,避雷线和导线的弧垂非别为fg?7m和fc?12m,避雷线半径为5.5mm。避雷线间距为11.6m,绝缘子高度2.2m,导线高度23.4m,避雷线与边导线水平距离为1.7m。避雷线与导线垂直高度为3.5m。
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这样,可以计算出线路的耐雷水平和雷击跳闸率: (1)计算几何参数
(a)避雷线与导线的平均高度
hgp?hb?hcp?hd?22fg?(29.1??7)m=24.5m 3322fc?(23.4??12)m=15.4m 33(b)双避雷线对外侧导线的耦合系数 几何耦合系数为
?d13d??ln23d13d23k0??0.229
?2hdln1?ln12r1d12ln计及电晕后的耦合系数为
k?k1?k0?1.25?0.229?0.286
k1由查表得到。
(c)杆塔电感Lt为
Lt?0.5ht?0.5?29.1?H=14.5Μh
一般杆塔高度的等值电感为0.5μH/m。
(2)雷击杆塔时的分流系数由表2-1查的?=0.88。 (3)雷击杆塔时的耐雷水平I1
I1?141014.51.54(1?0.286)[0.88?(7?)?]2.62.6kA=116kA
(4)雷电流超过I1的概率P1=8.4%。 (5)绕击耐雷水平I2为
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I2?U5060?kA=15.6kA 100100(6)雷电流超过I2的概率,P2?71.7%。 (7)击杆率由表2-2查的g?1,得平原地区 6Pa?0.144%
建弧率: ??(4.5E0.75?14)%=0.80 E为绝缘子串的平均运行电压梯度,单位kV(有效值)/m。 (8)线路的雷击跳闸率
n?2.8hcp(gP1?PaP2)??
18.40.14471.7??)?0.8次/(100km·40雷电日) ?2.8?24.5(?6100100100 =0.82次/(100km·40雷电日)
图6-2 平原地区220kV双避雷线线路杆塔结构
为了提升防雷水平,保护输电线路不发生雷击跳闸事故,可以加装自动重合闸、线路避雷器等装置。避雷器主要采用管型的避雷器,其并联于绝缘子串上并在作用电压过大时先行放电,使绝缘子串不发生闪络。而自动重合闸在高压线路上安装运行成功率超过四分之三,具有实践性。在线路交叉处,应注意交叉跨越保护。220kV线路与其他电压等级线路、通讯线路交叉时,避雷线对较高电压等级导线的距离应该大约为4m。
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