220kv输电线路的防雷设计与措施毕业设计说明书(编辑修改稿)

220kv输电线路的防雷设计与措施毕业设计说明书(编辑修改稿)内容摘要：

2） sh25 bgb LIU  （ 33） 在实际情况中，避雷线需经过杆塔接入地面，因此其电位为 0。 假设避雷线上有一个电位 Ugb，导致输电线形成耦合电位 k（ Ugb ），因此实际情况下输电线上感应过电压Ugd为： ）（’ k1k gdgbgdgd UUUU  （ 34） 上式中 k为输电线与避雷线间的耦合系数。 雷击线路杆塔时，导线上的感应过电压 （ 31）与（ 34）仅适用于落雷距离大于 65m 的情况下，而实际情况中由于输电线路自身的引雷作用导致线路或杆塔上方遭受雷击。 当雷击在线路杆塔的上方情况下，主放电通道导致的磁场变化将引发输电线中过电压的产生，且其极性与雷电电压极性相反。 通过下式进行不超过 40m 高度的避雷线缺省线路中输电线感应过电压峰值计算： dgd ahU （ 35） 上式中， a 是感应过电压系数，单位： kV/m， a≈ IL/。 而有避雷线时，导线上的感应过电压相应为 ）（’ k1ah dgd U （ 36） 其中， k为耦合系数。 福建农林大学金山学院本 科毕业设计说明书 7 直击雷过电压原理 在某些情况下，雷电将直接击中建筑物和电气设备，这种雷便是直击雷。 直击雷将对建筑物和电气设备造成直接的电、热和机械力方面的损害。 为了使电力设备、建筑物及其内部设施减小或避免受到雷击的伤害，必须采取一定的防护措施。 输 电线路可能遭遇以下几种直击雷：杆塔顶端雷击、避雷线档距中心雷击、绕过避雷线对输电线进行雷击（即常说的绕击）。 雷击杆塔时的反击过电压 当杆塔顶端遭遇雷击时，部分大小为 iL的负电流沿杆塔主体向下流动，余下大小为ib均分为二流向相邻的杆塔；而与负电流大小相同的正电流 igt则由塔顶沿主放电通道向上流动。 雷 击塔顶雷电流的等值电路如图 32所示。 chRchRgtLgtigtibL2bL22bi2biLiLibLbigtL 图 32 雷击塔顶雷电流的等值电路 由于避雷线的分流作用， igt小于 iL，则 Liigt  （ 37） 其中，β为塔杆的分流系数。 塔顶电位 Utd由下式计算，取  ， 福建农林大学金山学院本 科毕业设计说明书 8 ）（ gtchtd LRIU L   （ 38） 其中， Lgt 为杆塔的等值电感， Lb为避雷线的等值电感，单位：μ H/m； Rch为杆塔的冲击接地电阻， Ω。 避雷线与塔顶相连，其电位等于塔顶电位为 Utd，引起输电线所出现的耦合电位 kUtd，极性与雷电电压一致。 输电线上存在极性相反的感应过电压 ahd（ 1k）。 则输电线总电位值计算如下： ）（ k1ahk dtdd UU  （ 39） 塔顶电位和导线电位之差即是线路绝缘子上两端电压，取 LI ， 代入（ 38）则线路绝缘子上的电压值 Uj的计算如下： ））（（ dgtchj  LRIU L （ 310） 低于 220kV 的电路中，工作电压在总电压中比例较小，影响也较小，可直接忽略，因此 计算当中忽略输电线的工作电压。 雷击避雷线 如图 33， Z0是主放电通道的波阻抗， Zb 是避雷线的波阻抗。 电压波 UA从雷击点A 沿避雷线向相邻杆塔传去， A的最高电位出现在 bb vlvlt  22 ， l为档长距离， vb为避雷线中的波速时刻。 雷击点 A的最高电位 UA可按下式进行计算： b0b0b 2vla ZZ ZZUA  （ 311） bZl2iASbZ0Z 图 33 雷击避雷线档距中央 输电线因与避雷线间耦合作用所形 成 kUA，因此遭受雷击避雷线档距中央线路间隙 s所受电压峰值 US根据下列式子进行计算： 福建农林大学金山学院本 科毕业设计说明书 9 b0b0b 2vla ZZ ZZUS  （ 312） 当此电压 Us超过空气间隙 S的放电电压时，间隙将发生击穿。 则可知为确保间隙不被击穿，空气间距 s 需满足下列条件： ）（ S （ 313） 雷绕击导线 输电线路中避雷线的安装并不能百分百的避免输电线直接遭受雷击事故的发生，绕击将有较低的几率发生 ，具有较大的危害性。 Ai210ZdZ dZi0Z2dZAuAi)( a )( b 图 34 雷电绕过避雷线击于导线和等效电路 绕击时的电压 UA为 d0d02 ZZ ZZIU LA  （ 314） 福建农林大学金山学院本 科毕业设计说明书 10 4 输电线路的耐雷水平和雷击跳闸率 输电线路的 耐雷水平 雷击杆塔时的耐雷水平 在式（ 310）中显示了线路上绝缘承受的电压与雷电流之间的正比关系。 在绝缘子串的 U50%小于 Uj的情况下，绝缘将出现闪络。 实际情况中 90%以上的 雷电流为负极性电流，且绝缘子串下端为正极性时 U50%较低，因此需 U50%取下端为正极性时的值作为标准。 取式（ 3－ 10）中 Uj的值为 U50%时，雷击杆塔时的耐雷水平 I1便可计算得到： ））（（ dgtch%501  LRUI （ 41） 根据（ 41）可得出 k 越小越容易出现反击，因而计算对象需选择距离避雷线较远的输电线。 根据我国明文制定的有关条例，不同电压等级的线路在遭遇雷击杆塔时，其最低耐雷水平如表 41。 表 41 有避雷线线路的耐雷水平 从式（ 41）可知，线路的耐雷水平受到分流系数β、杆塔电感 Lgt、杆塔接地电阻Rch、导地线间的耦合系数 k 和绝缘子串的冲击闪络发生电压 U50%等因素的限制。 在实际的防雷操作中，减小冲击接地电阻 Rch和增加导地线间的耦合系数 k 是目前较为主流的提升线路耐雷水平的手段。 而降低杆塔接地阻 Rch 亦可以对一般高度杆塔的输电线路的耐雷水平有较大的提高。 额定电压 （ kV） 35 110 220 330 500 耐雷水 平 （ kA） 20～ 30 40～ 75 75～ 110 100～ 150 125～ 175 福建农林大学金山学院本 科毕业设计说明书 11 绕击 时的耐雷水平 通过模拟实验、实地测试和传统经验来看，绕击率 Pα 主要受到避雷线对外侧导线的保护角α、杆塔高度和线路经过地区的地形地貌和地质条件等条件的影响。 根据我国明文制定的有关条例，建议根据下式对绕击率 Pα 计算求得： 对平原地区  P （ 42） 对山区  P （ 43） 其中， h为杆塔高度（ m）。 由式（ 42）（ 43）可得出结论 ，山区线路的绕击率约为平原线路的 3倍，效果等同于保护角增大了 8176。 忽略避雷线和输电线间发生的耦合与杆塔接地的影响，可认为当绕击发生时，雷电流波取值 i/2，通过波阻抗为 Z0 的主放电通道传到点 A。 图 4－ 1 是绕击导线示意图与等效电路图。 图中 Zd为导线的等值波阻。 设导线为无穷长，则根据彼得逊法则，得到如图 4－ 1（ b）所示的等值电路。 Ai210ZdZ dZi0Z2dZAuAi)( a )( b 图 4－ 1 绕击导线的等值电路。