毕业设计（论文）-某工厂配电网防雷保护的方案设计.doc

毕业设计说明书某工厂配电网防雷保护的方案设计学生姓名： 学号： 学 院： 计算机与控制工程学院 专 业： 电气工程及其自动化 指导教师： 2015 年 06 月中北大学2015届毕业设计说明书某工厂配电网防雷保护的方案设计摘要随着经济和社会的发展，人们越来越依赖强大的电能，对供电可靠性的要求也越来越高。配电网是直接向广大的电力用户分配电能的网络，因此人们对配电网的安全和供电可靠性越来越重视。雷击是一种影响电网安全稳定运行的重要因素。由于高压输电线路的距离长，跨度大，地域分布广，天气条件非常复杂，长期以来，雷击引起输电线路跳闸事件频繁发生，对电网安全运行造成了极大的威胁。我国6-35kV配电网容易发生雷害事故，虽然，在城乡电网改造后总体状况有所改善，然而在那些雷电活动频繁的地区，配网中的架空绝缘导线、架空裸导线和配电变压器等设备因遭受雷击而引起跳闸事故的现象并没有根本上的好转，雷害仍然严重着危害配电网的安全、可靠、稳定运行。本设计简要分析了架空绝缘导线雷击断线的机理，详细阐述了过电压保护器、防弧金具和FLC一型防雷金具等常用防止架空绝缘导线雷击断线装置的结构和工作原理，并对这些装置进行了各种电气试验与分析，综合比较各种装置的性能之后，提出了10kV架空绝缘导线防雷击断线的具体措施。本文还对10-35kv架空线路、配电变压器、低压架空接户线等进行防雷分析，提出了相应的防雷改造措施。并对避雷针和避雷线的防雷效果进行了研究分析，提出其相应的适用场合。关键词：配电网，防雷保护A factory distribution network lightning protection design AbstractWith the development of economy and society, more and more people rely on the power of strong, supply reliability have become increasingly demanding. Distribution network is a network directly to large electricity users to electricity distribution, distribution network more and more attention. Lightning is one of the important factors affecting the security and stability operation. Due to the long distance high voltage transmission line, span, wide geographical distribution, weather conditions are very complex, long time, lightning caused transmission line trip occurred frequently, the safe operation of the power grid caused great threat. 6-35kV distribution of NetEase Lightning Accidents happen, though, after the transformation of rural power grids overall situation has improved, but frequent lightning activity in the area, with a network of overhead insulated conductors, overhead bare conductors and distribution transformers and other equipment due situation caused by lightning trip has not been a fundamental improvement in the accident, lightning damage remains a serious safety hazard distribution network, reliable, stable operation.The design brief analysis of the mechanism of lightning breaking overhead wire insulation, elaborated over-voltage protection, arc-proof fittings and FLC gold with a lightning protection and other commonly used to prevent lightning overhead insulated wire breaking device structure and principle, and these devices a variety of electrical test and analysis, after comprehensive performance comparison of various devices, put forward specific measures to 10kV overhead insulated wire lightning disconnected.This paper also 10-35kv overhead lines, distribution transformers, low voltage overhead contact lines, and conduct mine household analysis, propose appropriate measures for lightning transformation. Lightning effects and lightning and lightning-line research and analysis, put forward their respective application of occasions.Key words : Distribution network，Lightning Protection目录1 引言11.1 课题研究背景及意义.1 1.2 国内外研究现状.1 2 架空绝缘导线雷击断线的机理32.1 绝缘导线雷击的现象和特征.32.2 绝缘导线雷击断线的机理分析.32.3 雷电感应过电压和过电流值的估算.32.4 架空绝缘导线防雷击断线的技术措施.42.4.1架设避雷线或架空地线.42.4.2安装防弧金具.42.4.3安装金属氧化物避雷器.52.4.4使用放电箝位柱式复合绝缘子.62.5 采取加强绝缘的防雷措施.73 常用防止架空绝缘导线雷击断线装置的结构和工作原理.83.1 过电压保护器.83.1.1在10KV配电线路中过电压保护器的主要功能.83.1.2串间隙过电压保护器.83.2 防弧金具 .93.2.1防弧金具防止雷击绝缘导线断线的基本原理.93.2.2防弧金具的组成.93.2.3防弧金具的安装.103.2.4关于防弧金具的总结.113.3 防雷金具.113.3.1穿刺型防雷金具的防雷机理.113.3.2穿刺型防雷金具的特点.133.4 架空绝缘导线防雷总结.13第 I 页 共 II 页4 1035KV架空线路防雷分析.154.1 雷电对架空线路的影响.154.2 架空线路遭雷击原因及防雷指标.154.2.1架空线路遭雷击原因.164.2.2防雷指标.164.3 35kV及以下架空线路雷电跳闸次数计算方法.164.4 架空线路的防雷措施.214.4.1架设避雷线.214.4.2加装线路避雷器.254.4.3降低杆塔接地电阻.284.4.4架设耦合地线.284.4.5增加杆塔绝缘.285 总结.29参考文献30致谢32第 II 页 共 II 页中北大学2015届毕业设计说明书1. 引言1.1 课题研究背景及意义我国有十分频繁的幅员辽阔的雷电活动，全国21个省会城市均有50天以上、个别甚至多达134天的雷暴日。随着社会的不断发展和现代化水平的不断提高，特别是信息技术的不断发展，雷电灾害程度和其造成的经济损失也越来越大，特别是最近几年来，我国经济，信息技术，尤其是计算机网络技术的飞速发展，城市中心高层建筑越来越多，雷电灾害造成的损失更为惊人，雷电灾害已俨然发展成了联合国公布的十大严重的自然灾害之一2。 电力是国民经济发展的重要基石，它既是现代工业，现代农业，现代科学技术和现代国防发展的重要力量，同时又与人民日常生活有着密切的联系，要想迅速发展国民经济，必须首先发展电力。配电系统作为电力系统到用户的最后环节，与用户有着密切的关系，随着经济的快速发展和电力用户维权意识的不断加强，人们越来越依靠强大的电能，对供电可靠性的要求也越来越高12。 目前635kV配电网络是我国主要的配电网络，随着城市区域的不断扩张，虽然该网络经过农网和城网改造后状况有所改善，但自然灾害对配电网的安全运行造成威胁的比例仍然非常高，但雷电又成为了自然灾害里影响配电网络安全稳定运行的最大因素，在预防雷害事故，特别是预防雷击跳闸事故方面并没有从根本上有所改善。在雷电活动强烈的地区，雷害事故更是频繁发生，提高配电网络的防雷水平已经成为了配电网安全稳定运行的一个重要课题4。1.2 国内外研究现状经过多年的探索，配电网防雷基本形成了一系列行之有效的常规防雷措施，如架设避雷线，降低接地电阻，提高绝缘水平，加装耦合地线，安装自动重合闸装置等。长期以来，为了减少电力线路的雷击事故，提高供电的可靠性，人们采取了各种综合防雷措施。德国于1941年提出利用避雷线防雷的理论，认为其作用在于降低绝缘上的感应过电压。到30年代初期，避雷线虽已使用多年，对其作用仍无统一认识。架设避雷线，首先是防护感应雷，而英国、瑞典、德国以及瑞士的一些学者，则认为感应雷对高压线路并无危险。苏联1931年提出，对于60KV以上线路只有直击电是危险的，避雷线应着眼于防止直接雷击。到30年代中期，德国研究了雷击输电线路时雷电流在各相邻杆塔的分布，实际上引入了分流系数的概念。到30年代末期已经明确，100KV及以上线路，避雷线是防护直击雷的基本保护装置，应架设的足够高，并具有良好的接地装置。电力行业的产生和发展促进人类雷电防护技术实现了第二次飞跃。19世纪7080年代是电力网发展的初期阶段，由于高压线架设高、距离长、穿越地形复杂，容易被雷击中。19世纪80年代末期，电力网开始大量使用避雷针。由于避雷针的保护范围不足以保护上千公里的输电线，因此产生了作为保护高压线的避雷线这一新型接闪器。在高压线获得保护后，与高压线连接的发、配电设备仍然被过电压损坏，人们发现雷电在高压线上感应产生电涌，并沿导线传播到与之相连的发、变电设备，当这些设备的耐压较低时就会损坏。19世纪末期，人们发明了基于防感应雷、保护线路上设备为目的的防雷器。进入20世纪，雷电防护产品及雷电防护技术得到了进一步进展，人们陆续发明了铝防雷器、氧化膜防雷器、丸式防雷器、管式防雷器和碳化硅防雷器、磁吹避雷器、氧化锌避雷器以及各种SPD等。电力工业的快速发展也推动着接地技术的不断进步，系统中性点接地技术和各种不同形式的接地方式在实践中得到了改进与完善。但是传统的金属接地极也面临着寿命短、不稳定、效果差、高阻、超高阻土壤电阻率、成本高等昂贵等众多问题。针对这些问题，先后研发各种新型接地材料，应用了众多监测、选线、测距、自动跟踪消谐等硬、软件装置，取得了良好的实用效果，一定程度上推动了接地技术的快速发展。我国在过电压保护装置方面的应用研究很少见，主要是因为330kV以上的线路绝缘水平高，闪络事故基本不会发生，就算是在重雷区，由于已经安装均压环，已经具备了引弧角的功能。但是在国内220kV以下的线路中，目前又没有大范围的使用引弧角的先例，只是在个别地区，因地理位置的限制造成防雷困难的线路上使用。中国电力科学研究院曾对复合绝缘子串用并联防雷保护间隙进行过研究，但这种防雷保护装置有复杂的间隙结构，给制造和安装带来了一定的困难22。2. 架空绝缘导线雷击断线的机理2.1 绝缘导线雷击的现象和特征多次观察绝缘导线雷击断线情况发现，当雷击档距中央的导线时，绝缘导线断裂部位绝大部分位于距负荷侧绝缘子100-400mm处，铝导线断裂口基本呈整齐断裂，有轻微的塑性变形，断口颜色稍呈暗亮色。以上多股绞和铝质导线的架空绝缘导线的现象表明，其是介于脆性断裂和韧性断裂特征之间的断裂方式。引起架空绝缘导线断裂的因素应该是多方面的。2.2 绝缘导线雷击断线的机理分析在架空绝缘导线的线路上，当雷击档距中央时，雷电流将根据两侧的线路波阻抗大小进行分配。因为工频电流产生的电磁力作用，雷电流将首先在该档距中的远离电源侧的杆塔处，位于电源侧的易击穿位置发生击穿，引起相间短路。与裸体导线相比较，架空绝缘导线由于有绝缘层的保护而不与空气接触，其铝导线表面无法形成熔点更高的氧化铝薄膜（其熔点约2050,远离于铝的熔点660）。这样，当雷击过电压在易击穿点造成绝缘导线击穿时，容易在电弧通道的位置留下击穿微孔，并在导线表面留下微裂痕。雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿点稳定燃烧，灼烧导线。再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力，也会对微裂纹产生巨大的拉力。在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂，造成事故。2.3 雷电感应过电压和过电流值的估算当雷击配电线路附近时，会在架空绝缘导线上感应出过电压。根据DL/T620-1997标准计算，雷电过电压的幅值为： （式2.1） 其中：是雷电感应过电压的幅值；I是雷电主放电电流；是导线距地面距离；s是雷击点至导线距离。根据我国的城市配电网运行的实际情况，一般情况下，可以取=10m,不同s距离的感应过电压幅值见表2.1。当线路波阻抗Z=400时，感应电流的计算结果如表2.2所示5。表2.1 10KV架空线路不同距离处的雷电感应过电压计算汇总表 KV1KA10203040506070809010060mm 38.576.9115.4153.8192.3230.8269.2307.3346.1384.670mm35.771.4107.1142.9178.6214.3250.0285.7321.4357.180mm31.362.593.8125.0156.3187.5218.8250.0281.3312.5表2.2 10KV架空线路不同距离处的雷电感应过电流计算汇总表 KA1KA10203040506070809010060mm0.0960.1920.2880.3850.4810.5770.6730.7690.8650.96270mm0.0890.1780.2680.3570.4460.5360.6250.7140.8030.89380mm0.0780.1560.2340.3120.3910.4690.5470.6250.7030.7812.4 架空绝缘导线防雷击断线的技术措施2.4.1架设避雷线或架空地线从降低架空绝缘线路雷击概率的角度出发，假设避雷线和架空地线是首先可以想到的技术措施。在国内外的实际运行实际上，早起大多数电力部门都采用了此项技术措施。特别是日本，在架空绝缘线路上全线安装一根、甚至两根避雷线。由于避雷线和架空地线的屏蔽、耦合和分流作用，将显著降低绝缘导线上的感应过电压幅值。可以根据线路的具体路径环境，确实是在架空绝缘线路上的上方安装避雷线，还是在架空绝缘导线下方安装架空地线8。但是，避雷线和架空地线的布置涉及线路与树枝以及建筑物的空间距离、位置有关，有的情况下可能无法实现。再者，避雷线和架空地线的防雷措施经济成本比较高。2.4.2安装防弧金具考虑到架空绝缘导线雷击断线的机理，特别是工频续流容易熔断导线，工程上出现了一种特殊的防弧金具。防弧金具安装在架空绝缘导线的易断点（支撑绝缘子100-400mm处），并与铝导线保持良好的电接触。当有雷击引起绝缘击穿时，工频续流的弧根将被固定在防弧金具上持续燃烧，避免了导线的熔断，从而达到防止雷电断线的事故。早期的防弧金具安装时，需要在易击点将架空绝缘导线的绝缘层剥离，破坏了绝缘导线的绝缘结构。近期人们又发明了一种穿刺型防弧金具。这种穿刺型金具在夹槽内设计有针状穿刺，可以穿透绝缘导线的绝缘层，与铝导线紧密相连，使雷电冲击闪络和工频续流稳定地固定在金具上，达到了防止雷电断线的效果。图2.1为穿刺型防弧金具的外形14。图2.1 穿刺型防弧金具的外形该金具有两个放电极G1、G2。雷电感应过电压首先击穿G1与绝缘子安装金具之间的空气间隙，随后工频续流的电弧在电磁力的作用下迅速移至G2上，以保护绝缘导线免于被烧伤断线。穿刺防弧金具一般配备硅橡胶绝缘罩。防弧金具是一种自我牺牲式的防护措施，对防止绝缘导线雷击断线是一种较为经济、易于现场实施的方法，目前广为电力系统的用户采用。当然，采用防弧金具的技术措施不可避免地破坏了绝缘导线的绝缘层，在施工中要特别注意绝缘层的防潮问题。2.4.3安装金属氧化物避雷器安装金属氧化物避雷器是电站避雷器技术在线路防雷领域的使用延伸。目前在架空绝缘导线线路的配网中使用的金属氧化物避雷器，绝大部分是间隙型金属氧化物避雷器。如图2.2所示。图2.2 间隙避雷器安装外形图金属氧化避雷器本体具有优良的非线性伏安特性。当雷电冲击时，间隙击穿，避雷器动作，保护并联的绝缘子。雷电冲击过后，避雷器两端电压降低，避雷器阻抗迅速升高，限制工频续流，从而防止雷电击穿绝缘导线的事故发生。初期使用的间隙避雷器为避雷器本体高压端安装一个不锈钢引弧环，引弧环与架空绝缘导线之间形成一个间隙。在实际使用过程中发现，环形间隙易招鸟类筑巢，造成绝缘子污闪；再者，当避雷器本体绝缘击穿后，仍然无法阻止雷电断线的发生。随后，又发明了一种穿刺型间隙避雷器，即：避雷器本体高压端安装一个半球形电极，在绝缘导线易击点安装一个特指穿刺线夹，形成一个间隙。安装避雷器的优点是：（1）当避雷器动作时工频续流即行中断，不会发生导线熔断和绝缘子闪络；（2）即使避雷器损坏，由于在导线和避雷器之间有足够绝缘距离的空气间隙，不会发生接地故障；（3）由于间隙的作用，正常运行电压下，避雷器无负荷，大大延长了避雷器的使用寿命16。这种防止架空绝缘导线雷击断线的技术措施与安装防弧金具相比较，投资比较大。2.4.4使用放电箝位柱式复合绝缘子放电箝位柱式复合绝缘子是基于普通柱式绝缘子是功能和防弧金具的思路提出的。放电箝位柱式复合绝缘子顶端为穿刺线夹并引出箝位金具，箝位金具与支柱绝缘子底部的电极形成放电间隙。当雷击导线时，放电间隙击穿，将工频续流的电弧弧根固定在箝位金具上，起到保护架空绝缘导线避免了灼烧断线的事故的作用。这是一种比较理想的防止架空绝缘导线雷击断线的技术措施，但是存在一些问题：（1）目前使用放电箝位复合绝缘子的线路跳闸率太高；（2）对于新建线路具有推广价值，不适合已建线路使用，改造投资较大3。2.5 采取加强绝缘的防雷措施研究表明，当工频电压与闪络路径的比值小于7-10kv/mm时，工频建弧的可能性极小。因此通过加强绝缘，增加闪络路径，可以降低工频建弧率从而防止雷击断线。加强绝缘的方法有两类：（1）采用局部加强绝缘，即使支柱绝缘子与导线相连部位两边的绝缘层加强，使放电只能从加强绝缘边缘处击穿导线，沿绝缘导线表面闪络。当雷电流通过后，因击穿点距接地点闪络距离加长，不足以工频建弧而产生工频续流。（2）采用爬电距离（400mm及以上）和绝缘距离较长的复合横担绝缘子。采用加强绝缘的防雷方式可以明显降低雷击跳闸率。但值得注意的是，采用加强绝缘的防雷方式，需要在变电站出口附近的几级杆塔上安装避雷器，避免雷电感应过电压传递到站内，使设备遭受到损坏11。雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿燃烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿燃烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故。 。 雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故。 雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿燃烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故。 雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿燃烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故。 雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故。雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿燃烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿燃烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故。 。 雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故。 雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿燃烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故。 雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿燃烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故。 雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故。3. 常用防止架空绝缘导线雷击断线装置的结构和工作原理3.1 过电压保护器3.1.1在10KV配电线路中过电压保护器的主要功能10kV 配电线路过电压保护器的主要功能可以分为两部分，具体如下：避免配电线路受到雷击影响，雷电的产生是会出现强烈的放电现象， 过电压保护器能够有效预防该类放电能量，从而减少雷击的影响，达到保护线路的目的；限制感应过电压配电线路在对地放电时，放电范围的周边，其空间电磁场会出现剧烈的波动。如果配电线路周边出现雷击现象，即使没有击中配电线路， 其依然会使得周边的电磁场发生巨大的变化，导线上则会感应出高电压，其会使得线路中的设备受到瞬间高电压的影响而受到损坏， 而配电线路中过电压保护器则能够有效的限制感应过电压，保护线路及其中的设备9。3.1.2串间隙过电压保护器串间隙过电压保护器用间隙隔离电网电压，减少动作频率以延长ZnO阀片寿命虽目前仍在生产、使用，但近年来应用效果并不理想，其结构有多种，累受专家质疑，现按其时间顺序分析如下。（1）4间隙过电压保护器4间隙过电压保护器每个保护单元由ZnO非线性电阻与放电间隙串联组成，90年代初电力系统大量采用。但该结构存在严重设计缺陷： 正常运行时M点电位基本为零，没必要在接地相中串联放电间隙反会增加系统对地杂散电容和放电分散度，使工频电压分布不均匀，导致试验和安装困难； 保护水平取决于间隙的冲击放电电压，因间隙的截断比和分散度较大，不利与ZnO配合：冲击放电电压高则保护裕度小反之则不能保护ZnO； 隔离间隙使ZnO良好的非线性特性无法发挥，间隙放电前，ZnO不能缓和过电压波头陡度和降低振荡频率，而波头陡度大则击穿设备的匝间绝缘； 随着放电次数的增加绝缘间隙的阻值必然下降，和ZnO的分压导致冲击放电值升幅很大(有时30 %)。即保护值大幅上升，不能保护设备。（2）3间隙过电压保护器3间隙过电压保护器是4间隙结构的改进，它取消了接地相中串联的间隙，使保护器相对地回路的放电间隙减少到一个，解决了4间隙结构对地杂散电容增加的问题，且分散度有所降低。但其相相间的工频放电仍是两个放电间隙的叠加，分散度很大。ZnO的残压决定保护水平每单柱ZnO的相同才能使相间与相地保护水平一致，但实际很难一致，因相间两个而相地一个间隙。 图3.1 过电压保护器类型3.2 防弧金具3.2.1防弧金具防止雷击绝缘导线断线的基本原理将该金具安装在线路绝缘子附近的绝缘导线上，当雷电过电压超过一定数值时，在防弧金具的穿刺电极和接地电极之间引起闪絡，形成短路通道，接续的工频电弧便在防弧金具上燃烧，以保护绝缘导线免于烧伤。3.2.2防弧金具的组成防弧金具由高压电极、低压电极和绝缘罩三部分构成，如图3.2所示。高压电极与绝缘导线穿刺接触，引出高电位，低压电极安装于绝缘子底部，高、低压电极构成G1、G2两个间隙。G1为雷电放电间隙，间隙的距离小于绝缘子的干弧放电距离，使雷电冲击放电发生在该间隙上；G2为工频电弧燃烧间隙，雷电冲击放电后工频电弧弧根在电磁力的作用下由G1迅速移动至该间隙上燃烧，以保护绝缘导线免于烧伤断线。绝缘罩罩住高压电极，起到绝缘作用，并为工频电弧弧根的运动留有通路17。图3.2 防弧金具的组成3.2.3防弧金具的安装对于辐射形架空绝缘线路，防弧金具应安装在绝缘子的负荷侧；对于环网架空绝缘线路，防弧金具应在绝缘子两侧对称安装，且用铝线将两个高压电极连接，如图3.3所示以及图3.4安装实例。图3.3 防弧金具的安装 图3.4 线路防弧金具实物的安装3.2.4关于防弧金具的总结（1）10kV架空绝缘导线雷击断线用穿刺型防弧金具能定位雷电冲击放电路径，疏导工频电弧弧根，起到了保护绝缘导线免于雷击断线的作用。（2）防弧金具的高压电极与绝缘导线穿刺接触，引出高电位，安装时无须剥离绝缘导线绝缘层。 （3）防弧金具的高、低压电极构成了雷电冲击放电和工频电弧燃烧两个间隙，前者可保证放电电压稳定，后者能够耐受工频电弧的烧灼。（4）绝缘罩采用硅橡胶模压成型，绝缘性能优良，与高压电极配套使用。（5）对于辐射形线路，防弧金具应安装在绝缘子的负荷侧。对环网形线路，防弧金具应在绝缘子两侧对称安装，且用铝线将高压电极连接。3.3 防雷金具3.3.1穿刺型防雷金具的防雷机理穿刺型防雷金具主要由穿刺式电极、接地电极和绝缘罩三部分构成，穿刺电极通过穿刺齿穿透绝缘导线的绝缘层，与绝缘导线内部的导体紧密接触，引出高电位，这样就将绝缘导线变成了类似的裸露导线结构。当雷电过电压超过一定数值时，雷电过电压就会加在在防雷金具的穿刺式电极和接地电极之间引起闪络，形成短路通道，接续的工频电弧便在防雷金具上燃烧，从而保护绝缘导线免于烧伤甚至断线。防弧金具穿刺电极能经受住一定次数的工频电弧烧灼，并可承受设计范围的工频电流。防弧金具穿刺电极配有绝缘罩，绝缘罩起两个作用：一是罩住穿刺电极，起到绝缘作用；二是给工频电弧弧根的运动留有通路，使工频电弧弧根能够从起弧点运动至穿刺电极端部燃烧，保护导线免于烧伤断线12。图3.5 穿刺电极 图3.6 穿刺型防雷金具安装图3.3.2穿刺型防雷金具的特点（1）性能可靠：从穿刺型防雷金具的防雷机理我们知道，穿刺型防雷金具具有良好的防雷效果，它可以将雷电过电压引至两电极之间造成闪络，使接续的工频电弧在金具上燃烧，雷电得以释放，避免烧断导线。经雷击模拟试验，防雷金具可经受数次闪络放电而不会造成损坏。（2）施工简单：穿刺型防雷金具安装时不必破开绝缘导线的绝缘层，它是通过穿刺齿穿透绝缘导线的绝缘层与内部的导体紧密接触的，安装时只需要将穿刺电极固定在绝缘导线上，选择合适的限距套管，拧紧螺母，再将接地极固定在支撑绝缘子的下方即可，安装十分简单。（3）成本低廉：由于穿刺型防雷金具仅是一个线路金具，结构简单，与避雷器等防雷器材相比价格相对低廉，可以在架空绝缘线路上大规模使用。（4）密封性好：从前面介绍的安装方法中我们可以看出，穿刺型防雷金具只是通过穿刺齿与内部的导体紧密接触的，不必破开绝缘层，穿刺后密封性能良好，不会造成绝缘层内部进水而腐蚀导线。（5）维护简便：穿刺型防雷金具安装后应在雷雨季节前进行一次检查，检查两电极有无烧损，绝缘罩表面有无烧痕，不必同金属氧化物避雷器一样需要拆除后进行预试，所以大大减轻检修维护的工作量。3.4 绝缘架空导线防雷总结（1）通过对架空绝缘导线的断线机理分析可以发现，及时切断雷电流引起的工频续流是防止架空绝缘导线线路雷击断线事故的根本方法。（2）纵观国内外绝缘架空配电线路的情况，采用避雷器和过电压保护器的方式来防止线路雷击跳闸和雷击断线愈来愈广泛，并均取得了很好的保护运行效果。又经过对两种方式的综合比较，发现采用绝缘线路雷击过电压保护器具有更高的运行可靠性，这是目前发展的主要方向。（3）要完全消除10kV架空绝缘导线的雷击跳闸和雷击断线，应该采取每基杆塔均安装过电压保护器的方式。在隔一基装一组过电压保护器的情况下，一般可以使10kV线路防护感应雷击过电压的水平得到明显改善，而对于防护直接雷的能力改善并不明显。但考虑10kV线路绝大部分遭受的是感应雷，遭受直接雷击的可能性不是很大，这样，即使采取隔一基装一组过电压保护器，这种保护方案也是接受的。与原来没有安装过电压保护器的情况相比，采取隔一基装一组过电压保护器还是可以明显减少线路的雷击跳闸和雷击断线的出现几率。（4）当采取隔一基杆塔均安装过电压保护器的保护方式时，线路开路末端杆塔的绝缘子会产生全电压反射，使该杆塔很容易发生绝缘子闪络，是线路绝缘上需要重点加以保护的地方。建议在线路开路末端杆塔处应该装过电压保护器。当然，在隔一基杆塔装一组过电压保护器情况下，杆塔接地电阻是越小越好。但总的来说，作用不大。（5）计算表明，在每基杆塔均装有过电压保护器的情况下，杆塔接地电阻的大小变化基本上不会对其保护性能产生影响，杆塔接地电阻在150范围内过电压保护器均能很好地起到保护作用。此时，杆塔接地电阻主要影响的是流过各基杆塔的雷电流分布。从均匀分流的角度出发，希望各基杆塔的接地电阻(尤其是相邻杆塔)不要相差太大，否则会造成雷电流集中通过某一过电压保护器的情况(雷击中接地电阻很低的杆塔，旁边相邻杆塔接地电阻很大)，容易造成避雷器元件的损坏8。雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿燃烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿燃烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故。 。 雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故。 雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿燃烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故。 雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿燃烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故。 雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故。雷电击穿烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故。 雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿燃烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故。 雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿燃烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故。 雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故。述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故。 雷击绝缘击穿后，随之而来的高频短路电流将沿着雷电通道流向钢塔。 特别是，工频续流受到周围绝缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故缘层的阻隔，不能漂移，只能在雷电击穿烧， 灼烧导线。 再者，工频电流产生的电磁力和该档距的导线自重力， 也会对微裂纹产生巨大的拉力。 在上述“灼烧”热应力和“扯拉”机械应力的双重作用下，最终导致导线断裂， 造成事故4. 1035KV架空线路防雷分析 4.1 雷电对架空线路的影响雷电点击是指雷电通过击中有良好接地系统的目标向大地释放出雷电能量的过程。这种现象在大自然中具有很普遍性，其因为所携带的巨大电效应和附带的热效应、机械力而具有较大的破坏性。雷电对架空线路的影响表现在雷电击中架空线路之后沿架空线路传入变电站的侵入波对电气设备的威胁；雷电点击的发生使得绝缘子网络事故的发生使得巡视、查找事故故障的工作强度增加， 尤其在架空线路经过偏远山区或者特殊地理位置等地； 在部分地区雷电的发生时常伴有大风大雨，强大的风力使得树木被吹倒压在输电导线上、输电线引起强烈晃动、输电线横向撞击甚至倒杆断线而影响架空线路的正常供电或者对输电安全造成严重威胁； 在所有雷电对架空线路的影响中，尤雷电过电压的破坏性最强，这种破坏会造成输电设备的介电强度下降， 敏感装置中的电子元件发生故障，保护及监控系统造成误动作而使得设备停机，这些都会引起输电电力事故，甚至造成对人们生命财产的威胁。雷电过电压具有以下两种形式：（1）感应雷过电压雷电击中架空线路附近地域时， 产生的强大电磁场会使输电导线产生强大电压， 而输电线中强大的电流使输电线成为威胁人们生命财产安全的“高压线”，广东每年因雷电天气触碰高压线而造成的伤亡事件频率较高， 其正是因为对感应雷过电