1、電網(wǎng)建設輸電線路防雷設計要點探析摘要：防止雷擊跳閘能大幅降低輸電線路出現(xiàn)故障的幾率，有效降低電網(wǎng)事故發(fā)生率。為了有效提高電力系統(tǒng)中電線路防雷水平，通過對輸電線路的防雷設計，而有效地降低輸電線路雷擊跳閘率，減少雷電對電網(wǎng)安全運行的影響。關鍵詞：雷擊故障跳閘中圖分類號：TU856文獻標識碼：A文章編號：隨著經(jīng)濟的跳躍式發(fā)展，人民生活水平不斷改善，對于用電的需求也越來越大，電網(wǎng)安全顯得尤為重要。由于雷電災害存在著諸多的偶然性因素，對于輸電線路來講，防止雷擊跳閘能大幅降低輸電線路出現(xiàn)故障的幾率，有效降低電網(wǎng)事故發(fā)生率。為了有效提高電力系統(tǒng)中電線路防雷水平，通過對輸電線路的防雷設計，從而有效地降低輸電線

2、路雷擊跳閘率，減少雷電對電網(wǎng)安全運行的影響因素。目前國內(nèi)外對于高壓輸電線路的研究來說，還存在很多盲區(qū)，近幾年來，國內(nèi)電力工程比較多，而且對于進度的要求也比較快，給電力勘察設計單位帶來了不小的挑戰(zhàn)和壓力。綜合考慮輸電線路設計，都必須因地制宜，通過經(jīng)濟效果和安全性能綜合比較，選取具有針對性的措施來解決高壓輸電線路的雷害難題。一、防雷設計重要性在電力輸電線路架設過程中，110kV高壓架空輸電線路一般選擇在離居民區(qū)較遠的曠野地帶，線路鋪設的距離比較長，自然災害下，比較容易受到雷擊影響。雷擊的直接影響就是直擊雷過電壓導致絕緣子串閃絡燒毀，從而引起整個線路跳閘停電等一系列的事故。根據(jù)一組10年內(nèi)國內(nèi)外運行

3、統(tǒng)計數(shù)據(jù)，雷擊災害導致了輸電線路超過一半以上的事故，線路故障的主要原因就是大氣過電壓引起的絕緣閃絡。減少雷電反擊主要手段是通過降低桿塔電阻來提高線路的耐雷水平，其中避雷線的主要作用是屏蔽線路來降低雷電繞擊導線的機率，即使安裝了避雷線也會發(fā)生繞擊事件，雖然加強絕緣可以一定程度上提高線路的耐雷水平，但受到桿塔尺寸的限制，這樣比較起來，單純?yōu)榱俗非笮Ч脑掃€是會選擇安裝線路避雷器，但安裝線路避雷器投資巨大，不能整個線路都使用，只能在線路當中雷電易擊處使用。綜合考慮以上各種因素，設計了一種專門為為110kV輸電線路使用的的保護間隙，維護方便且結構簡單，安裝于絕緣子串兩端，與自動重合閘配合使用，當雷擊線

4、路時既可將雷電流及時接地，還能保證線路的持續(xù)供電，這樣就杜絕了絕緣子閃絡燒毀的現(xiàn)象，從而維持了線路的正常運行。二、設計要求雷擊線路時絕緣子串放電應在保護間隙之后，保護間隙對絕緣子串有均壓作用，線路與保護間隙之間的絕緣配合也應當保證在線路最大操作過電壓下不擊穿，保護間隙的首要作用就是捕捉放電電弧根部引導雷電流入地。從而保護絕緣子串和線路不被燒毀，提高線路絕緣水平減小電暈產(chǎn)生的可能性。三、材料選擇保護間隙主要分為環(huán)形保護間隙和棒形保護間隙兩種。環(huán)形保護間隙一般都是由圓鋼制成的環(huán)，兩環(huán)相對形成放電間隙，能對于絕緣子串有明顯的均壓作用。棒形保護間隙用的圓鋼制成的相對棒形電極中間隔開一些距離形成放電間隙

5、。棒端安裝兩個金屬球形成球形間隙,來保護電極端部在間隙放電時不被燒傷，但是就是這種情況下，由于線路當中的電壓等級較高，依然可能會燒毀棒形間隙，所只能用于220kV等級以下的線路，這種保護間隙一般可采用鍍鋅鋼作為制造材料。四、防雷保護間隙和絕緣子串的絕緣配合(一)雷電沖擊過電壓下的絕緣配合在實測雷電過電壓的波形的時候，數(shù)據(jù)分散性很大且具有隨機性，雷電沖擊波的波頭時間變化范圍是在15s，波長范圍在20100s以內(nèi)，且以50s左右較多，預放電時間一般都在10s以內(nèi)，所以110kV輸電線路防雷保護間隙也采取1.2/50s的標準雷電沖擊波形進行與絕緣子串在雷電過電壓下的絕緣配合?？諝忾g隙擊穿電壓或絕緣子

6、串的閃絡電壓在雷電沖擊擊穿電壓下遵從正態(tài)分布概率。(二)操作過電壓下的絕緣配合交流電氣裝置的絕緣配合和過電壓保護規(guī)定:合閘過電壓由線路電感和電容的振蕩產(chǎn)生，空載線路合閘時它在線路重合閘時，由于電源電勢較高加上存在殘余電荷，加劇了電磁振蕩過程，使過電壓更高。雖然我國35220kV電網(wǎng)絕緣水平選的較高，但也無法避免多次絕緣閃絡或擊穿的事故，這些事故多是由切除空載線路時的過電壓而引起，電弧重燃是產(chǎn)生這種過電壓的根本原因。所以在按操作過電壓要求確定220kV及以下電網(wǎng)的絕緣水平時，主要以切除空載線路的過電壓為計算依據(jù)。規(guī)程對開斷采用熱軋硅鋼片鐵芯的110kV和220kV變壓器的過電壓規(guī)定為一般不超過3

7、倍的線路最大運行相電壓。因此，對于110kV系統(tǒng)的絕緣配合，系統(tǒng)的最大操作過電壓可取為3倍的線路最大運行相電壓，即309kV。五、電壓分布計算(一)ANSYS簡介美國ANSYS公司開發(fā)的ANSYS軟件是一款通用融傳熱學、爆破分析、結構、電磁、流體、聲學于一體的大型軟件，功能極為強大，計算分析和前后處理能力極強，能夠同時模擬傳熱學、爆破分析、結構、電磁、流體、聲學以及多種物理場間的耦合效應。(二)建模分析建模主要利用ANSYS軟件強大功能，電磁場分析的基本原理就是根據(jù)麥克斯韋方程，將所處理的對象劃分成包含若干節(jié)點的有限單元，標量電勢和矢量磁勢求解初始條件下或一定邊界條件每一節(jié)點處的電磁關系，求解

8、其他相關量。絕緣子串電壓分布的計算根據(jù)泊松方程，屬于電場有限元分析，通過輸入模型對象的介電常數(shù)，求出電標量勢電壓節(jié)點自由度值，根據(jù)節(jié)點電壓求出其他物理量。按照實體模型利用軟件ANSYS進行建模。(三)計算和分析絕緣子串在線路運行電壓的作用下，其周邊電壓明顯呈現(xiàn)不均勻分布。由于導線和導線之間的電容和絕緣子的金屬部分分別影響，靠近這些導線的絕緣子部分所承擔的電壓要明顯高于遠離導線的絕緣子部分，如果絕緣子串不安裝間隙的話，靠近導線的第一片絕緣子上的電壓是第3片的兩倍?？拷鼨M擔部分的第一片絕緣子還會受到桿塔間與其之間的電容影響，又將再進一步的增高承擔的電壓降。靠近導線端和靠近橫擔端的絕緣子上的電壓降加

9、裝了保護間隙以后都有所降低，其中靠近橫擔端的第一片絕緣子上的電壓降要降低了5%，靠近導線端的第一片絕緣子上的電壓降要降低了7%，而且電壓分布也更加均勻，絕緣子串加裝了保護間隙對以后，其電壓分布明顯改善，保護間隙對絕緣子串電壓分布的改善效果隨著絕緣子串片數(shù)越來越長、電壓等級越來越高也越來越明顯。六、結束語通過對整個雷擊的過程和輸電線路在遭受雷擊時所產(chǎn)生的過載電壓原因分析，總結出一系列關系到輸電線路的抗雷擊水平的各方面因素，為了有效提高輸電線路的抗雷擊能力，提出了一些針對線路運行維護、線路的防雷設計以及在線路施工過程中的各個注意事項等，對于不同的雷擊類型提出針對性的防護解決措施，提高了線路整體的耐

10、雷水平，降低了雷擊導致的線路跳閘發(fā)生率，提高了線路的使用率。根據(jù)以上各種方法，綜合考慮輸電線路途徑地區(qū)的雷電災害活動特點、土壤的電阻率大小、地理地形地貌特征等情況，此外還要把原來的輸電線路的系統(tǒng)運行方式和輸電運行的實際積累經(jīng)驗等等，采取一些比較合理的防雷方面的設計方案，切實提高高壓線路的防雷水平。雖然雷電活動作為自然災害，人類無法改變這一復雜現(xiàn)象，但是電力系統(tǒng)內(nèi)部各個部門可以加強協(xié)作，把雷電自然災害給輸電線路帶來的損失盡可能降低，保障社會所需生產(chǎn)生活用電正常供應。參考文獻1梁競雷;劉昆;架空線路雷擊事故的分析及其防護J;廣東輸電與變電技術;2007年05期2孫禔;孫鵬;湖北省高壓輸電線路防雷現(xiàn)狀及綜合防雷措施J;中國電力;2006年02期3毛峰;山區(qū)輸電線路防雷相關問題的探討