低压架空线路感应雷击过电压的计算与防护研究

目 录摘要iii引言31架空线路研究背景和研究意义31.1研究背景与意义31.2国内外研究现状31.2.1关于架空配电线路感应雷过电压计算的研究31.2.2 关于架空配电线路感应雷过电压防护的研究31.3 本文的研究内容及主要工作32 雷电放电介绍以及雷电参数32.1 雷电的物理过程32.1.1雷云中的电荷分布与起电机理32.2 雷电放电过程32.3雷电流波形概述32.3.1 利用冲击电流发生器模拟雷电流波形32.3.2雷电流波形概念32.4 雷电流参数33 低压架空配电线路雷电感应过电压的计算33.1架空线路上的雷电感应过电压33.3推倒公式适用范围33.4据落雷点小于65m时，线路感应雷过电压与各参数的关系分析33.5架空线路感应雷击过电压计算总结34 感应雷击过电压防护分析34.1配电线路各类雷击故障分析34.2避雷器的介绍与应用34.2.1特点与分类34.2.2有间隙氧化锌避雷器工作原理34.2.3避雷器防雷效果仿真34.3其他防雷措施34.3.1防雷金具与防弧金具34.3.2 保护间隙34.3.3采用绝缘塔头和横担34.4 防护结语3文献检索3致 谢3 Contents_Toc421615563AbstractiiiIntroduction31 Overhead line the research background and research significance31.1 The research background and significance31.2 The research status at home and abroad31.2.1 Research on overhead distribution lines induction lightning overvoltage calculation31.2.2 Research on overhead distribution lines induction lightning overvoltage protection31.3 In this paper, the research content and main work32 Lightning discharge is introduced as well as the lightning parameters32.1 The physical process of lightning32.1.1 The charge distribution and electrification mechanism thundercloud32.2 Lightning discharge process32.3 Summary of lightning current waveform32.3.1 Using the impulse current generator to simulate the lightning current waveform32.3.2 The concept of lightning current waveform32.4 Lightning current parameters33 Low-pressure overhead power distribution line lightning induced over-voltage calculation33. 1 Lightning induced over-voltage of overhead lines on the road33.2 Overhead line lightning induced over-voltage calculation model33.3 The comparison of the derived formula and materials33.4 According to ground lightning is less than 65 m, a circuit induction lightning overvoltage and relationship between the parameters of point33.5 Overhead line lightning overvoltage calculation conclusion34 Induction lightning overvoltage protection analysis34.1 The fault analysis of all kinds of lightning34.2 The introduction and application of surge arrester34.2.1 The characteristics and classification of34.2.2 Working principle of the zinc oxide lightning arrester clearance34.2.3 Lightning arrester lightning protection effect is measured34.3 Other measures for lightning protection34.3.1 With the lightning protection and prevention with the arc34.3.2 Protect the clearance34.3.3 Insulation of tower head and cross arm34.4 Protective epilogue3Literature retrieval3Thanks3 17低压架空线路感应雷击过电压的计算与防护研究（山东农业大学 机械与电子工程学院 ）摘要：低压架空配电线路架设高度低，绝缘相对薄弱，绝缘子闪络或线路故障频发，相关研究表明，这些故障主要引起因素为感应雷击过电压，比例甚至超过90%。本文从自然雷电的形成作为切入点，逐步深入，结合实际分析各种雷电参数，并且研究分析了低压架空配电线路旁接闪物体及架空线路的高度，线路与雷击点间距等参数对架空线路感应过电压的影响，从而推导出架空线路雷击时感应雷点过电压的计算公式。然后，通过对比传统文献，得出公式适用范围。最后，从降低配电线路感应雷击过电压的角度，分析了低压配电线路感应过电压的危害，着重研究了避雷器对降低雷电过电压和提高线路耐雷水平的效果，并提出了其他有效的防雷措施，保障线路安全。关键词：电力系统 感应雷击过电压 架空配电线路 防雷措施Research on present and the prospect of tiered electricity priceJunting Liu(Mechanical & Electrical Engineering College of Shandong Agricultural University, Taian, Shandong 271018)Abstract ：Low overhead distribution line construction height is low, insulation relatively weak, insulator flashover or frequent line fault, related studies have shown that these failures caused mainly factors for induction lightning overvoltage, even more than 90%. From the formation of natural lightning as the breakthrough point, this paper deepens, combined with the actual analysis of lightning parameters, and analysis the overhead distribution lines adjacent to the height of the object and the overhead line, the line with a lightning strike point spacing for overhead line parameters, such as the influence of the induced over-voltage, thus deduces the overhead line lightning induction lightning overvoltage calculation formula. Then, the formula given in traditional literature comparing, in-depth study published applications under different conditions.Finally, from the perspective of reducing distribution circuit induction lightning overvoltage, analyzed the harm of 35 kv power distribution lines induced over-voltage, this paper studies the lightning arrester to reduce lightning overvoltage and improve the effect of line lightning resisting level, and other effective lightning protection measures are put forward, to ensure the safety of line. Keywords: electrical power system Induction lightning overvoltage Overhead distribution lines Lightning protection measures引言当今社会人类的经济科技高速发展，社会的进步与电力密切相关，人类需要电力供应的可靠性更高，一旦发生停电等事故会打扰正常的生产生活秩序，给社会带来很严重的经济损失，架空线路作为电力系统的重要组成部分,它将巨大的电能输送到四面八方,是连接各个变电站、各重要用户的纽带。架空线路的安全运行,直接影响到电力系统的稳定运行。因此,架空线路的安全运行在电网中有着十分重要的地位。统计资料表明,雷电是危害架空线路的重要因素。对于架空配电线路，绝缘相对薄弱，极易遭受雷电威胁，影响供电可靠性，因此本文对于架空线的防雷与计算进行了研究，希望能够找到有效的防雷措施以保证电力系统能够的稳定运行。1架空线路研究背景和研究意义1.1研究背景与意义雷电是一种极为壮观的自然现象，在大气中产生激烈的静电中和现象，有着极其强大的破坏力. 雷电灾害是指直接的供电中断，人员伤亡和经济损失以及由此带来的衍生经济损失和不良社会影响。雷电灾害是自然界中影响人类活动的最重要灾害之一，已经被联合国列为“最严重的十种自然灾害之一”。据有关部门统计，将范围扩大为全球，时刻都发生着雷电的奇观，平均每天达多万起，每年要发生多亿起。雷电是强电电磁脉冲的一种，闪电通道的电压很高，有极大的威力，产生强大的热效应，电动力效应等，研究表明雷电过电压甚至高达几百万伏，过电流达几万安，如此高压与大电流将严重损害输配电线路或供电设备，每年有非常多的电力系统事故来自雷电。因此，相关供电部门一直致力于减少雷电危害，提高供电可靠性。国内低压配电线路，绝缘水平并不是很高很易受到雷击过电压的影响，雷击过电压分为三种，分别为雷击线路产生的感应雷击过电压，雷击杆塔产生的反击过电压和雷击架空线路产生的直击雷电过电压。雷击过电压作用容易引起线路跳闸，断线，绝缘子闪络等事故，严重影响生产生活用电。研究表明感应过电压为三种雷击过电压中最为频发的，是导致绝缘子闪络主要原因，其导致的故障率超过90%。因此，我们需要计算感应雷击过电压，从根本上寻求雷击危害的防护方法。1.2国内外研究现状1.2.1关于架空配电线路感应雷过电压计算的研究雷击线路附近大地时，架空配电线路产生感应雷过电压。计算感应雷击过电压需要从两部分着手，首先,计算雷电通道周围电磁场，这部分需要建立雷电回击模型。第二部分,建立雷电通道与电磁场的耦合模型以此来计算线路感应雷过电压。截至现在,国内外都是从以下几个方面来研究关于架空配电线路感应雷过电压计算：(1)雷电回击模型 雷电具有随机性和复杂性,所以不可能建立一个统一的数学模型,尽管如此，雷电数学模型的建立需要很多实验观测有关的数据,如通道底部电流大小、回击传播速度、电磁场等。 (2)雷电放电通道模型 对雷电通道的建模如果按照实际去求过于麻烦。雷电通道并不垂直于导线且表现出一定的曲折性，但是因为雷电通道的曲折性并不固定，呈现一定的随机性，为了简化计算，按照相关文献的要求都是将雷电通道简化为垂直于地面的导线，并按照天线理论来研究。(3)雷电通道周围电磁磁场的计算雷电通道周围电磁场的理论计算主要是根据麦克斯韦方程组进行求解。采用单极子技术和偶极子技术求解了雷电电磁场的麦克斯韦方程组。国内关于雷电电磁场计算的文献也很多,对雷电电磁场的计算也进行过比较深入的研究。(4)雷电通道周围电磁场与传输线的耦合模型综合前人对于雷电通道电磁场与传输线的耦合模型研究成果,电磁场与传输线耦合模型大概有以下三种 Taylor模型Agrawal模型Rashidi模型，第一种模型认为传输线同时受由传输线回路交链的磁链引起的分布电流源和由两导体间的电场引起的分布电压源两种源激励。第二种模型以散射理论为基础分析电磁场与传输线耦合模型,分布电压源为唯一的激励源。第三种模型的激励源为磁场引起的电流源。这三种模型各物理量的定义不同,模型不同,同一入射分量引起的感应电压或电流占总电压电流比例不同，但计算出的总电压和总电流是相同的。(5)架空配电线路感应雷过电压计算目前国内并没有很多关于次计算的研究,防雷规程中对线路感应雷过电压幅值的计算做了如下规定：当雷击点与线路水平距离时,计线路感应过电压计算如下式所示：(kV) (1-1)式中：I为雷电流幅值，单位kA，h为线路高度，单位m。1.2.2 关于架空配电线路感应雷过电压防护的研究架空配电线路感应雷过电压的防护需从两个方面入手，分别是限制感应雷击过电压与降低感应雷击过电压。国内外从降低感应雷过电压角度研究防雷措施的并不多。通过查阅资料，有关文献中提出安装“感应雷屏蔽线”是降低架空配电线路的感应雷过电压的有效措施,并在实际中证实了此研究，但并没有找到感应雷屏蔽线安装在何处最为有效的研究。国内外当前研究最多的防雷措施是从降低感应雷击过电压入手的,相关的防护措施有安装避雷装置、加强线路绝缘、绝缘金具等。不同的情况有不同的防雷措施。绝缘导线的防雷问题是被研究最多的情况，最有效的措施是安装避雷器以限制感应雷过电压。1.3 本文的研究内容及主要工作(1)介绍配电线路感应雷过电压的背景知识，包括感应雷过电压研究意义。(2)详细概述了自然界雷电放电的物理机理，对雷电的形成及其特征，雷雨云的物体结构进行介绍，并且结合实际介绍雷电流参数.(3)研究了负极性雷对大地或建筑物放电时，架空配电线路感应雷过电压的计算模型与方法.(4)从配电线路上的感应雷过电压危害进行分析，研究采取各类防护措施对感应雷过电压的影响，重点分析安装线路避雷器对配电线路感应雷过电压的降低效果。2 雷电放电介绍以及雷电参数2.1 雷电的物理过程2.1.1雷云中的电荷分布与起电机理雷电起源与大气电场的存在有关，电流伴随着大气电场运动产生，导致大气中体电荷分布发生变化，逐渐就会有可能发生雷暴天气，出现闪电，或者称雷雨云。图2-1 雷雨云中的电荷分布的典型分布图上图就表明了世界公认的典型雷雨云的电荷分布特征。实测表明，正电荷的云层主要在5km到10km的高度，负电荷的云层主要在1km到5km的高度，在底部有一小部分地方聚集正电荷。正电荷的分布不均匀，会形成很多电荷密集中心。单个聚集中心电荷约为0.1C10C，而整块雷云所带电量可达数百库。雷云平均场强约为，遭受雷击时，电场强度则可达340。目前，大气物理学家提出了如下几种雷雨云起电机理：(1)感应起电机理研究表明，由于地球带负电，在地球上空存在正电荷的电离层，所以地球上形成了从上而下强电场。在晴天时，大气电场方向自上而下，空气中的水滴或冰晶在大气电场作用下发生极化，形成了电场方向由上致下的降水粒子。由于这种极化粒子的存在，降雨时，雨滴与大气离子相遇，将俘获其中负离子，中和其中正离子，从而使降水粒子具有净负电荷。云中携带净负电荷降水粒子重力沉降，在云团下部形成一个大的负电荷区，而大气正轻离子较轻，跟随上升气流，在云团上部形成正电荷区，这样得以实现云中电荷的重力分离。(2)温差起电机理一些对流云在在0线以上云顶部高度后,可能出现在云中冰晶和过冷水滴共存的情况,在冰晶中含有大量的自由离子。包括带正电的氧离子和带负电的氢氧根离子。正负离子浓度随温度上升将增高,如果在维持稳定的温差，在冰晶的两端,热的一端正负离子浓度大于冷的一端,浓度不均匀会导致离子的扩散迁移,由于氢离子的重量在冰上晶格扩散速度快于重氢氧阴离子根,创造了过剩的正电荷,这样热端将带正电荷。如果冰晶破裂,可能会导致部分的冰晶碎片带正电荷,其他一些带负电荷。当前大气物理学的研究发现,平均的降水过程,雷雨云温差起电主要产生在降雨初期,随着当地大气电场增大,感应起电作用逐步加强，成为雷雨云主要起电方式。(3)破碎起电机理观察表明,雷雨云发展旺盛时期,在0一下云层或强烈的上升气流区,将会有一个正电荷中心,这可能是大水滴下降过程中因为气流作用,断裂从而产生电荷分离。由于雷雨云中很强的上正下负电场,大水滴在电场极化,正在形成的上负下正的电荷。大的水滴受到上升气流的影响,将无法保持球形,被分离成一些碎成无数的小水滴,从下方破裂的水滴带正电，从上方破裂的水滴带负电。于是带正电的水滴重力沉淀使得云层下方带正电，而从上方破裂的水滴较轻，将使云层上方带负电，从而实现云中正负电荷重力分离。2.2 雷电放电过程雷电放电是由带电荷的雷云引起的。雷电放电有云云放电和云地放电两种,虽然实际上大多数雷电放电为云云放电方式，但云地放电对电力系统造成的伤害和影响更大，也更易于观察研究，所以，国内外对于云地放电的研究更多。Berger在1978年根据雷云电荷的先导发展方向和所带电荷的极性,将雷电分为四类：(1)向下负雷电(2)向上负雷电(3)向下正雷电(4)向上正雷电。如下图所示： 图2-2 雷电对大地的不同放电类型 研究表明,向上雷电大多发生在高层建筑或建筑顶部,由于向下负雷电是最常见的云地放电,占全球雷电放电的90%以上。所以负雷电的研究颇为重要。以下为雷电放电的三个阶段（以负雷电为例）:(1)先导放电阶段雷云与大地由于静电感应的作用两者形成一个大电容器,大地带正电荷，空间的电场强度随着雷云中电荷积累渐渐变大。当此电场强度高于空气击穿场强时,雷云中电荷产生强烈的碰撞游离,形成指向大地的雷电通道 ,这个通道即为雷电先导。先导放电不是连续的放电，而是一段一段逐步放电。(2)主放电阶段下行先导与地面接触式会从突出出发出向上的迎面先导。雷电的主放电阶段正是由于下行先导与迎面先导相遇碰撞而产生的强烈中和作用。这阶段有以下两个特点：(1)主放电存在时间极短，约为50到100微秒。(2)电流极大，可达数十到数百安.(3)余光放电阶段经过先导放电与主放电之后，雷云中剩余的电荷量比较少，因此再次地闪的过程就称为余光放电。余光放电阶段的特点是对应的电流不大(约数百安),持续时间则较长(0.030.05s)。雷云中电荷分布不均匀,形成多个电荷聚集中心,多个中心并不能同时放电，必须当第一个中心放电完后其他放点中心才能向第一个中心放电，并沿着原先通道流向大地。第一次放电过后的主放电电流一般较小,不超过30kA。2.3雷电流波形概述2.3.1 利用冲击电流发生器模拟雷电流波形 如图2-2所示，利用MATLAB电力系统仿真模块中的powergui模块模拟充电电容两端电压，原件R，L分别表示放电回路中包括电容器，分流器及连接线等器件的总电阻和总电感，R3和L4为模拟调波电阻和调波电感 图2-3冲击电流发生器smulink仿真图双击仿真模块，直接输入R,L,C,R3,L4等的值，运行即可得到冲击电流幅值的值。用实验室大容量820雷电波冲击电流发生器为例，c=24.496，R=0.401，电容器充电电压为60kV，仿真得到冲击电流波形图如图2-3所示图2-4 雷电流波形模拟2.3.2雷电流波形概念 由于气象条件的影响，雷电流的幅值差异很大，但是雷电流的波形基本上是一致的。根据测量统计，雷电流的波头时间为22.5s。按照相关规定及规程里的数据名，雷电流波头时间为2.6s，根据有关公式，雷电流的平均波头陡度与幅值成正比关系，公式即。根据计算，雷电流的波长一般平均约为50s，范围是20100s，小于50s的大约占7082%。一般计算式中雷电流的波形采用2.6/50s的双指数波。2.4 雷电流参数(1)雷暴日雷暴日是指某地区一年中有雷电放电的天数，一天中只要听到一次以上的雷声就算一个雷暴日。雷暴日表征不同地区雷电活动的频繁程度。根据雷电活动的频度和雷害的严重程度，依据建筑物电子信息系统防雷技术规范GB50343-2012 3.1.3规定，我国把年平均雷暴日数T90的地区叫做强雷区，40T90的地区为多雷区，25T40的地区为中雷区，T25的地区为少雷区。雷暴日分布在不同区域参数不同，单位为：天数/一定区域内，比较科学的标准统计区域为采用1010平方公里网格，但和现在雷暴日算法有些不同，我国以气象观测站听到雷声为统计依据，虽然此方法误差较大，受到测量者听力，雷声大小，噪声大小等等因素影响，但仍为目前最有效的判断方法。另外我国每个县都有各自的气象监测站，可以以县级行政单位为统计区域。下图为全国53年平均雷暴日数分布图。图2-5全国53年(19542006)平均雷暴日数分布图(2)地面落雷密度地面落雷密度是指每平方千米每个雷暴日的对地落雷数量，(单位为)，这是雷云对地的放电的频繁程度的体现. 地面落雷密度与雷暴日有如下几种关系式：国内电力行业标准 式中：Td为雷暴日数，为每雷电日每1 的落雷次数，约为0.07)国际大电网会议 IEEE推荐公式 (3) 雷电流幅值 雷电流幅值大小是描述雷电流强弱的重要参数，它的脉冲电流从零上升到最大值。 经过研究表明，雷电流的幅值是一个随机雷电流幅值的概率密度，它与气象、地理位置、地质条件和季节有关系。 (4)雷电流波长雷电流波形曲线上升部分为波头，指电流从峰值10%到90%的时间，用tf表示，其平均值为22.5。峰值右侧下降部分为波尾，指电流下降到峰值一半的时间，用t表示，平均约为50。雷电流一般采用I表示，我国变准波长为。(5)雷电流磁脉冲频谱雷电是一种低频电场脉冲，因为经计算可得，雷电半峰值脉冲越宽，所对应的频谱越低，大部分雷电频谱集中在几十千赫兹。3 低压架空配电线路雷电感应过电压的计算3. 1架空线路上的雷电感应过电压负极性雷对大地或建筑物放电时，雷电先导通道内充满负电荷，与雷云异号的正电荷被吸引到靠近先导通道的一段导线上，感应出正束缚电荷，而导线中的负电荷则被排斥到导线两侧远方。线路上由静电感应而被束缚的电荷被释放沿向导线两侧流动，形成的静电感应流动波在线路上产生电磁感应过电压.由于主放电通道与导线基本上是垂直的，所以电磁分量不会太大，约为静电感应分量的1/5。且电磁感应分量峰值后于静电感应分量的峰值，线路上的雷电感应过电压中，静电感应分量起主要作用。故在计算架空线路雷电感应过电压时主要考虑静电分量。3.2 架空线路雷电感应过电压的计算模型设h为雷电先导底端离地高度，H为雷电先导顶端离地高度,hd为架空配电线路高度。计算感应过电压静电分量如下图所示。图3-1 线路雷电感应过电压的计算示意图在距离架空低压配电线垂直距离为s处落雷时，架空线上任一点处电场强度的垂直分量为EyA= (3-1)其中，为先导通道里的电荷通道密度。由于HS，H，故当y在0h的范围内，上式（1）可以简化为如下公式：Ey，A= (3-2)于是有 (3-3)将式3-3的分子和分母都乘上主放电的实际速度v()，于是式3-3可以变形为下式：U0e (3-4)其中式3-4只考虑了雷电过电压静电感应分量，是在式3-2的基础上乘以修正系数以计及雷电感应过电压中产生的电磁感应分量时，总的雷电感应过电压计算公式应为 (3-5)按规程规定，所以雷电感应过电压可表示为 (3-6)3.3 推倒公式适用范围如果雷击大地，并且没有上行先导（迎面先导）发生，则先导通道下端离地高度则式3-5可表示为： (3-7)教材中提出的架空线路感应雷击过电压的公式为 (3-8)由式3-7、3-8计算出分别为10,30m时的 (雷电感应过电压和雷电流的比值，雷电流的大小与和无关) 如图2所示 ，我们发现，不管为10m还是30m，当时，两者的计算值不一样，且当S减小或增大时，该差值变大。而当时，两者计算值基本一样，算出的曲线基本重合。因此，得出结论，对距架空线路水平距离小于65的落雷点产生的雷电感应过电压用式3-7计算更合理。 图3-2 计算公式对比图3.4据落雷点小于65m时，线路感应雷过电压与各参数的关系分析(1)雷击点与架空线路距离的影响下图为架空线路的高度d分别为10、20和30时，雷电感应过电压与雷电流的比值0随架空线路距雷击点水平距离的变化曲线，雷电先导下端离地高度为30。由图所示，我们得到，当雷电流不变时，雷电感应过电压0随着架空线路距雷击点水平距离的增大而减小，且架空线路高度d越高，0越大，随架空线路距雷击点水平距离的衰减越明显。 图3-3 线路雷电感应过电压与雷击点水平距离关系图(2)低压架空线路高度的影响随着架空线路高度的增加，雷电感应过电压也增加；图4为假定接闪时雷电先导离地高度30时，雷电感应过电压与雷电流的比值0随架空线路高度的关系曲线。图3-4过电压与雷电流比值0随架空线路高度的关系曲线 3.5架空线路感应雷击过电压计算总结：(1)架空线路雷电感应过电压与雷击电流幅值、架空线路高度d、架空线路距雷击点水平距离和接闪时雷电先导离地高度有关。(2)在雷击于大地，且无上行先导发生的情况下，雷电感应过电压的计算可参考公式： (3-9)当S=40m，hd=10m，I=50kA时，U0=340kV，足以使得10kV 及以下的配电线路对地闪络。当线路距雷击点水平距离65时，线路上的雷电感应过电压可用简化公式进行估算。4 感应雷击过电压防护分析低压架空配电线路的绝缘水平较低，雷电放电的过程容易在配电线路上形成过电压，过电压超过冲击放电电压，可能发生绝缘子雷击闪络或雷击断线或跳闸事故，严重影响到日常生产生活的供电可靠性。本章将从降低配电线路感应雷击过电压的方面进行研究，着重分析安装线路避雷器对感应雷过电压的防护效果。4.1 配电线路各类雷击故障分析(1)绝缘子的闪络故障绝缘子能够保障横担与线路隔离，是线路支撑导线的重要设备。绝缘子的完好性，耐压能力等因素关系到线路的耐雷水平。配电线路遭受雷电感应过电压的作用，使绝缘子两端的电压值超过绝缘子的冲击放电电压，将引起绝缘子闪络或损坏。结合实际分析可能出现绝缘子闪络故障的原因如下：频繁的强雷电引起绝缘子闪络，在某些绝缘水平不高的地段，若遭受频繁雷电袭击极易造成闪络，建议有关部门可以在特殊地段适当的提高绝缘水平，加强线路耐压能力，从而降低线路闪络的概率。绝缘子机能降低。由于长时间工作，绝缘子技能会下降，在防雷措施方面，希望能加强线路的巡视，利用目测、电位分步法或采用检测仪红外测温等方法，全面检测绝缘子，及时发现劣质绝缘子并更换，消除绝缘弱点。(2)线路断线故障随着现代社会经济的快速发展，电力需求越来越大，对线路供电可靠性要求也越来也高，虽然有关部门加强了线路绝缘化程度，但是，配电线路遭受雷击过电压，引起架空绝缘导线雷击断线事故仍频繁发生。有关资料表明，绝缘导线在运行中，总故障数为裸导线总故障数的15.3%，其中绝缘导线雷击事故占35.8%，而雷击断线率为96.8%，感应雷过电压会破坏绝缘导线绝缘薄弱部分，当发生两相或三相闪络吋形成金属性短路通道，引起工频续流，导致绝缘导线烧断。因此，及时切断雷电流引起的工频续流可以从根本上防护架空线路断线故障，具体措施工具有穿刺型防弧金具，复合绝缘子，环形电极带外串联间隙金属氧化物避雷器等等。(3)避雷器故障架空线路安装避雷器是提高供电可靠性和雷电防护的重要措施，在雷击过电压下，如果感应过电流过大，超过一定范围，避雷器将加入分流，分流部分雷电流通过避雷器流入大地，从而降低电压强度，提高线路耐雷水平，以达到保护线路的目的。避雷器可能会因为避雷器的选型不合适及大电流耐受能力不够，避雷器受过电压与谐波的影响，接地电阻超标等等问题造成雷电损坏。建议有关部门在雷电多发季节来临之前，做好避雷器的专项检测，保证避雷器的良品率，加强运行管理，发现问题及时删除。选择更适合配电线路的避雷器，防止避雷器自身故障引起的雷电事故。4.2避雷器的介绍与应用4.2.1 特点与分类避雷器是一种用于保护电气设备免受雷击时高瞬态过电压危害，并限制续流时间，也常限制续流赋值的一种电器。避雷器有时也称为过电压保护器，过电压限制器。避雷器主要分为管式避雷器，阀型避雷器，氧化锌型避雷器这几种类型。其中氧化锌型避雷器对于架空线路的防雷使用最为广泛。无间隙的氧化锌避雷器是早期中国使用的避雷器，有如下几个优点(1)结构大大优化，造价不高，可大规模生产。(2)保护性能优越，无间隙的放电时延，有很好的陡波响应特性。(3)没有续流，能够重复保护动作，能够耐受多重雷击和重复雷电过电压。(4)通流容量大，可以采用多阀片并联的方法制造出的重载避雷器，解决一些特殊情况的防雷问题。(5)具有很强的耐污性能。4.2.2 有间隙氧化锌避雷器工作原理上述提到的无间隙氧化锌避雷器虽有诸多优点，但这种避雷器直接接于线路上，其防雷效果并不很理想，线路雷击断线和跳闸现象仍时有发生。为了雷害频发地区能够更好的防雷，带间隙的线路避雷器逐步走进人们的视线，在部分地区的线路上被得以使用。图4-1 有间隙氧化锌避雷器如图4-1所示为实际使用中的有间隙氧化锌避雷器它的工作原理是，由于有空气间隙隔离了工频电压，所以正常运行时，避雷器主体并不会承受电压。当感应雷直击雷产生雷电过电压作用时，空气间隙被击穿，穿剌电极放电，避雷器本体呈现低阻抗，将雷电流泄放入地；雷电冲击过后，工频电压在本体上，瞬间使本体电阻增大。由于通过的电弧电流被抑制的很低，空气间隙的绝缘恢复得很快，电弧熄灭时间极短，工频续流被切断，有效的保护了绝缘导线。虽然有间隙氧化锌避雷器保护效果好，能有效截断工频续流，但保护范围小，需要每个杆塔全装才能实现保护效果，且必须确保接地电阻合格，接地状况良好，投资和工作量较大，故无间隙线路避雷器使用仍最为广泛。4.2.3避雷器防雷效果仿真使用ATPDraw仿真软件对加装线路有无避雷器过电压情况进行仿真，采用程序中TACS的数值仿真功能，各模型的建立如下所述：杆塔等效为单项无损杆塔，作为分布参数处理，波阻抗取300。线路模型采用参数恒定的Bergon模型，参数频率设为400500kHz。冲击接地电阻采用固定的电阻值近似表示雷电波形为1200kV，标准雷电波，线路避雷器采用MOV Type-92避雷器。运用ATPDraw仿真如见建立的模型如下所示图4-2 仿真模块运用上图仿真模块模拟出有无避雷器时，线路遭受雷击引起电压变化的情况，如下图4-2，4-3所示。未加装避雷器时，雷电感应过电压峰值达到250kV左右，而加装避雷器的话雷电感应峰值不超过10kV，表明避雷器对雷电过电压的防护有显著作用。 图4-3 未加避雷器时线路电压变化图 4-4 加装避雷器时线路电压变化 4.3 其他防雷措施4.3.1防雷金具与防弧金具安装穿刺型防弧金具能够有效降低雷电事故发生率，当雷电过电压超过一定数值时，穿刺电极和接地电极两极之间将引起闪络，出现短路通道，疏导电弧，使电弧在金具上燃烧，从而使架空线路免于雷击断线。防雷金具与之相比，在可靠性，过电压限制能力，经济方面，防跳闸能力等多个方面基本类似，但是防雷金具的耐烧性能、装置可重复利用性、放电电压稳定性、免维护性均要优于防弧金具，所以，常常选择防雷金具而非防弧金具。下面着重介绍防雷接金具：防雷金具直接安装在绝缘子的上端，金属电极中有一个带穿刺的电极，可穿透绝缘导线的绝缘层，实现内部导体紧密电接触；出现雷电过电压时，可以造成雷电过电压沿着绝缘子表面击穿。该装置通过穿刺刀片将雷电过电压引至该外部金属电极，使得过电压将直接夹在外部金属电极与绝缘子金属电极之间，这样，工频续流电弧将不会在固定点处燃烧，而是在各点飘忽不定，保护装置就是在绝缘子处，将绝缘导线变成了不易被烧坏的裸露导线结构，有效保护架空线路不出现短线事故。4.3.2 保护间隙保护间隙是一种简单的防雷保护装置。保护间隙由两个金属电极构成，一个电极通过辅助间隙与接地装置相接，而另一个电极固定在绝缘子上，与带电导线相接，两个电极之间保持规定的间隙距离，使间隙放电电压低于绝缘子放电电压，然而保护问隙距离的确定需要配合电网电压等级与绝缘子的冲击放电电压。如图所示，对上、下间隙之问的间隙大小进行调整，能较好的实现对线路以及绝缘的有效保护。防雷保护间隙的结构间隙距离应符合要求，并稳定不变，能防止间隙的支持绝缘子损坏，间隙正常动作时，能防止电极烧坏，电极应镀锌或采取其他防锈蚀的措施，间隙放电时，应能够防止电弧跳到其他设备上。 图4-5 绝缘导线保护间隙安装示意图两个金属球间隙构成可调式保护间隙，两个球形电极分别与带点导线和杆塔横担相连。两间隙间保持一定距离，间隙距离可根据电压等级的不同或不同型号的绝缘子进行调节，以此找出适合于配电网的绝缘子保护。正常运行时，并联间隙相当于均匀工频电场。 架空线路遭受雷击时，绝缘子串受到较高雷击电压冲击，由于并联间隙雷电放电电压低于绝缘子串放电电压，故间隙先放电，连续的工频电弧在电动力和热应力作用下离开绝缘子串在间隙电极之间燃烧并向外发展， 保护绝缘子串免于损坏，进而防止了雷击断线。可调式保护间隙装置具有以下优点：占用空间少，保护绝缘子和防止绝缘导线断线的性能优越、施工方便、经济性好、容易观测故障点和容易检修。4.3.3采用绝缘塔头和横担绝缘塔头、横担有很好的绝缘特性，能够很大程度的增加系统绝缘水平，增加雷电放电空气间距。绝缘塔头和横担具有以下几个特点：(1)泄漏电流小，(2)放电电压高、(3)抗老化能力强、(4)适应长期户外运行环境及较高的机械性能、 (5)便于安装、成本合理。采用绝缘塔头和横担相结合,可以使放电路径增加3 4倍,提高到110 kV线路绝缘水平层面上,感应过电压一般不会下闪络。对于同杆双回或多回配电线路，配置方式为绝缘子与绝缘横担组合；对三角排列的单回配电线路，配置方式是绝缘杆头、绝缘横担、绝缘子相组合，杆塔上部形成绝缘塔头，有效提高线路绝缘水平与供电可靠性。 绝缘横担