（电气工程专业论文）綦南农网35kv线路防雷研究.pdf

重庆大学工程硕士学位论文中文摘要 摘要 重庆电力公司农网3 5 k v 线路往往是农网中非常重要的线路，这些线路所经地 区多为山区，地形十分复杂，雷电活动强烈，土壤电阻率也较高，供电方式也采 用单条线路供电，因此供电可靠性较差。由于我国规程规定3 5 k y 线路不是全线架 设避雷线，线路也不需换位，而原来迸线段上的管型避雷器大都已不能正常运行， 消弧线圈很多局都已停用，即使还在使用的消弧线圈运行状况也不佳，由于农两 3 5 k v 输电线路本身的特殊性给线路运行特别是线路防雷带来了相当的困难。已有 运行数据资料表明，雷击引起线路跳闸并造成输电线路雷击事故占线路总事故的 5 0 一7 0 。 结合农网3 5 k v 线路的实际情况研究提高3 5 k v 线路防雷水平的综合措施具 有相当重要的工程实际意义。本论文在广泛收集、总结綦南电业局3 5 k v 输电线路 防雷运行情况的基础上，分析了农网3 5 k v 线路防雷的现状。并以数条3 5 k v 输电 线路为研究对象，通过大量现场试验得到了线路基本电气参数、线路及变电站单 相接地电容电流的测试参数，分析了引起线路雷击事故的主要原因，并对3 5 k v 消 弧线圈的合理可靠运行进行了研究。通过对线路基本电气参数的现场实测数据和 波过程理论建立了与实际情况极为相符的雷击线路电磁暂态数值计算模型，在此 模型基础上分析研究了影响线路耐雷水平的诸多因素，并重点研究了采用线路型 避雷器来提高线路防雷性能的机理及影响因素。 通过研究，总结了引起农网3 5 k v 线路雷击跳闸率高的主要原因，结合工程实 际情况提出了尽量降低线路杆塔接她电阻、合理运行消弧线圈及在易击杆塔上加 装线路型避雷器等方法来提高农网3 5 k v 线路耐雷水平以及降低雷击跳闸率的综合 措施。 关键词：3 5 k v 输电线路，线路防雷，耐雷水平，消弧线圈，线路型避雷器 垩堕奎堂王篓堡主堂堡堕壅 墨垄塑蔓 a b s t r a c t q i n a n s u b s t a t i o ni sl o c a t e di nt h es o u t ho fc h o n g q i n ga n dm o s to fs e r v i c er e g i o n s a r ei nt h ec o u n t r y m o s to f t r a n s m i s s i o nl i n ei s3 5 k v a n d s i n g l el i n e ，t h el i n ec o r r i d o r o f t h ec o u n t x yp o w e rs y s t e mi si nt h em o u n t a i n o u sa r e aw i t hh i 曲s o i lr e s i s t i v i t y , c o m p l e x l a n d f o r ma n db a de n v i r o n m e n t ，t h a tc a u s ep o w e rs u p p l yr e l i a b i l i t yl o w , s oi t sd i 衢c u t t y t ot h el i g h t n i n gp r o t e c t i o nf o rt h et r a n s m i s s i o nl i n e s t h eo p e r a t i o nd a t ai nr e c e n ty e a r s r e v e a l st h a tt h ea c c i d e n t sw h i c hc a u s e db yi i 鲥n gs t r i k i n ga r ep e r c e n t5 0t 。7 0i na l l a c c i d e n t sw h i c hc a u s e db yl i g h t n i n gs t r i k i n g s o i tw a sw o r t hs t u d y i n gs y n t h e t i c l i g h t n i n gp r o t e c t i o nm e a s u r e s o nd e m o n s t r a t i o no ft h es i t u a t i o no ft h eq i n a nb u r e a u s 3 5 k vl i n e s a c c o r d i n gt o t h ef o r m e rc o n d i t i o n s ，s t u d yo f3 5 k vl i g h t i n gw i t b s t a n dl e v e li s m e a n i n g f u lt op r a c t i c ep r o j e c t t h i sa r t i c l eb a s e so nt h el i g h t i n gp r o t e c ts i t u a t i o no f q i n a na r e a ，a n a l y z e st h el i g h r i n gr e a s o n st h r o u g be l e c t r i cp a r a m e t e r , t r a n s m i s s i o nl i n e s a n ds u b s t a t i o ns i n g l ep h a s ec a p a c i t y , a n da n a l y z e st h ea r es u p p r e s s i n gc o i lo p e r a t i o n w i t ht h ed e m o n s t r a t i o no f3 5 k vl i n eo fq i n a ns u b s t a l i o n ，i tb u i l tan u m e r a lv a l u e c a l c u l a t i o nm o d e lo fo n 1 i n ed a t ao fe a c hp o l ew i t he m t pp r o g r a m f i n do u ts o m e f a c t o r so f c a u s i n gl i n e st oo u t a g ef r e q u e n t l ya n dt h em e a s u r e sh o wt oi m p r o v el i g h t n i n g w i t h s t a n dl e v e lo fl i n e sa n dd e c r e a s et h el i g h t n i n gt r i p p i n go u t a g eo f t r a n s m i s s i o nl i n e ， a c c o r d i n gt h er e s e a r c h ，s u m m a r i z i n gt h em a i nr e a s o no fc a u s i n gl i g h t i n gt r i p p i n g o u t r a g e ，g i v i n gt h ed e c r e a s i n gl i g h t i n gt r i p p i n go u t r a g es y n t h e t i c a l m e t h o dt h r o u g h d e c r e a s i n gt o w e rg r o u n d i n gr e s i s t a n e e ，a p p l y i n g a r c s u p p r e s s i n n c o i ls u i t a b l ya n d i n s t a l l i n gl i n em o a o nt h ee a s i l ys t r i k e nt o w e r s k e y w o r d s ：3 5 k vt r a n s m i s s i o nl i n e ，l i n em o a ，l i g h t n i n gw i t h s t a n dl e v e l ，a r c s u p p r e s s i o n c o i n 重庆大学1 ：程硕十学位论文绪论 1 绪论 1 1 问题的提出 已有的数据资料显示，1 9 9 6 年度全国架空送电线路因雷击和污闪引起的跳闸 及事故占有较大比例，1 9 9 7 年度送电线路的污闪跳闸及事故比1 9 9 6 年度降低了 9 0 ，但雷击跳闸仍然比较高。 输电线路纵横交错分布在旷野上，极易遭受雷击，因此雷击引起的线路雷击 故障一直是影响电网安全可靠运行的较为主要的原因之一。由于綦南供电局3 5 k y 线路地处山区，所经地区地形情况十分复杂，同时这些地区土壤电阻率也较高， 并且由于历史原因很大一部分3 5 k v 线路不是全线架设避雷线，线路防雷措施明显 薄弱，因此普遍存在采用传统的防雷措施已难满足安全可靠运行的要求。据近几 年的运行数据表明，因雷击3 5 k v 线路造成的电力系统运行事故屡有发生，严重影 响綦南局的安全生产。为此有必要总结綦南局3 5 k v 输电线路的防雷现状，并结合 实际情况研究提高綦南局3 5 k y 线路防雷性能的综合措施。 从近几年来输电线路雷击跳闸率情况统计表可以看出，近几年，綦南江供电 局管辖范围内的输电线路的雷击跳闸率呈上升趋势，其中6 3 5 k v 输电线路的雷 击跳闸率明显偏高。表1 1 为綦南近几年3 5 k v 线路雷击跳闸故障统计。 表l t1 綦南3 5 k v 线路雷击跳闸故障统计 t a b 1 1t h es t a t i s t i co f q i n a n l i g h t n i n go u t r a g e 电压等级雷击跳闸雷击跳闸率 年份雷电日 ( k v ) 次数( 次百公里* 4 0 雷电日) 1 9 9 73 53 55 49 ，1 5 1 9 9 83 53 65 49 4 6 1 9 9 93 53 25 59 0 5 2 0 0 03 53 05 78 ，5 7 2 0 0 l3 52 95 57 8 6 2 0 0 23 52 35 66 5 2 2 0 0 33 52 56 06 5 6 由于绝大多数3 5 k v 线路为3 4 片绝缘子，本身的绝缘水平较低，当雷击架 重庆大学工程硕士学位论文1 绪论 空线路时，不论是感应雷过电压还是直击雷过电压都极易引起绝缘子闪络，形成 单相接地故障，如果这个故障不能及时地消除，就有可能发展成线路跳闸，引起 停电，就必将造成直接或间接的经济损失“。为了降低3 5 k v 输电线路的跳闸率， 本文对其线路的防雷可咀从以下两个方面考虑：一方面是根据输电线路的具体情 况通过尽量降低杆塔接地电阻和在线路上安装线路型氧化锌避雷器等措施，提高 线路的耐雷水平；一方面是采用中性点经消弧线圈接地的运行方式，在发生单相 接地故障时，其电感电流有效的补偿电网的对地电容电流，减小故障点残流，也 使得故障相接地电弧两端的恢复电压速度降低，熄灭电弧，恢复系统正常工作。 同时，它降低故障相上的恢复电压，以减少电弧重燃的可能往。结果表明，采用 这两种防雷方法都能收到很好的效果。尤其是在最近几年，国内硅橡胶技术的发 展，我国研制成功的可悬挂于输电线上的复合绝缘外套氧化锌避雷器，使得线路 防雷水平有了很好的提高。运行结果表明，投入运行线路的雷击事故有了明显的 降低( 剐。 1 。2 研究内容及主要工作 论文就是在收集、总结3 5 k g 线路防雷运行资料，分析其防雷现状。从各个方 面对雷击线路所产生的雷电过电压的机理进行分析、研究，进而找出比较经济合 理的方法来提高线路的耐雷水平。研究中分别以两条带消弧线圈的线路和不带消 弧线圈的线路一共四条线路以及两座变电站作为研究对象，通过对整条线路每基 杆塔的勘测得到了输电线路沿线走势图和一些基本的电气参数，通过在变电站多 种运行方式下单相接地电容电流迸行了实测。有了这些大量的基本的现场实测数 据，为分析研究线路的防雷现况、消弧线圈运行现况、以及针对线路的实际情况 采用合适的方法及措旅来提高线路的防雷性能打下了基础。通过测量数据，本文 运用波过程理论来建立与实际线路实际情况极为相似的雷击线路时雷电过电压数 值计算模型，在考虑了各种影响因素的情况下进行了大量的模拟仿真计算，着重 分析研究了安装线路型避雷器前后线路的耐雷水平，并与常规防雷方式的效果进 行比较，从而得出提高3 5 k v 线路耐雷水平以及降低雷击跳闸率的综合措麓。 具体工作包括： 1 。收集綦南供电局北严、林兴、渔石、锋丛3 5 k v 线路的设计参数、线路走 廊地区的大气活动情况、已有的线路防雷措施及其近几年的防雷运行资料，还沿 线路对每基丰t 塔进行了大量得现场测量，特别是与线路耐雷水平及雷击跳阍奉有 关的几个参数的实测：线路杆塔接地电阻、线路走势图、线路档距线路电气参数 ( 包括旺零序电容、电感、电阻) 。线路防雷运行资料和现场实测的数据对分析研 重庆大学工程硕士学位论文1 绪论 究线路耐雷水平和分析线路雷击跳闸率高的原因，以及为以后线路的设计以及线 路防雷运行提供了具有相当工程价值的基本数据。 2 由于3 5 k v 线路本身的特殊性，盲目提高线路的耐雷水平是不恰当的也是 不经济的。所以在3 5 k v 电网消弧线圈在保证线路因雷击单相接地后电弧能尽快熄 灭不发展成线间短路起着十分重要的作用。为此研究中专门测量了麒麟坝、北固 3 5 k v 变电站各种运行方式下3 5 k v 系统的单相接地电容电流，根据实测数据分析 研究消弧线圈的运行状况和线路雷击跳闸率的原因。 3 在现场实测数据的基础上，建立了考虑影响耐雷水平的诸多因素，包括杆 塔接地电阻大小、档距长度变化、绝缘子冲击闪络伏秒特性、杆塔高度交化时与 实际情况极为相符的雷击线路的数值计算模型。 4 在建立的数值计算模型基础上对在3 5 k v 渔石、锋丛线路装设线路型避雷 器进行了研究。分析研究了在线路上加装线路型避雷器前后，雷击线路时线路上 的过电压水平以及耐雷水平。还讨论了影晌尉雷水平的诸多圆素变化时对提高线 路耐雷水平的影响，确定3 5 k v 线路型金属氧化物避雷器经济、合理的使用方法。 5 结合重庆农网3 5 k v 线路的实际情况提出了具有一定工程价值的提高线路 耐雷水平、降低雷击跳闸率的综合措施。 重庆人掌工程硕士学位论文2 农网3 5 k v 线路防备现状 2 农网3 5 k v 线路防雷现状 2 1 输电线路防雷的意义 随着工农业的发展，社会对输电线路供电安全性与可靠性要求越来越高。线路 停电故障不仅影响设备的正常工作，而且将极大地影响人们的正常生活。 然而，随着电力系统的发展，由雷击输电线路引起的事故也日益增多。根据电 网故障分类统计表明，在我国跳闸率比较高的地区，由雷击引起的故障次数占4 0 左右，尤其在多雷、土壤电阻率高、地形复杂的地区，雷击输电线路而引起的事 故率可达7 0 ，这己给社会带来巨大的经济损失【1 2 】。 根据统计，在日本5 0 以上的电力系统事故主要是由雷击输电线路引起的。国 际大电网会议公布的美国、前苏联等1 2 个国家连续3 年运行资料中指出，在电压 等级为2 7 5 5 0 0 k v 输电线路中( 总长为3 2 7 万k m ) ，雷害事故占总事故的6 0 t 为1 。 我国输电线路雷害事故的统计数据如表2 1 【l ”。因此目前为了减少输电线路中出现 的雷击故障，各个国家都在积极进行线路防雷的研究。 表2 】我国送电线路雷击跳闸率的运行数据 t a b 2 1l i g h t n i n g t r i p p i n go u i a a g eo f c h i n a 额定电压避雷线工频接地 每4 0 雷目每1 0 0 统计运行 地形杆型公里线路霄击跳 ( k v ) 根数电阻( q )公里数 闸次数 铁塔o1 01 6 81 0 7 0 3 5平地 水泥杆 0 自然3 02 41 8 0 0 平地铁塔o自然3 04 0 07 4 1 6 0 山区水泥杆11 0 2 01 0 01 2 6 0 2 单杆 1 1 00 7 76 4 8 5 平地 双杆21 00 4 84 6 0 6 i i o 单杆 1 2 01 674 7 4 3 山区 烈杆 22 00 9 4 6 5 7 7 重庆大学：r 程硕士学位论文2 农网3 5 k v 线路防雷现状 2 2 线路雷电过电压 由于输电线路长度大、分布面广、地处旷野，易受雷击。据水电部科技司的 调查统计表明，因雷击线路造成的跳闸事故占电网总事故的6 0 以上【1 0 1 。同时，雷 击线路时自线路入侵变电站的雷电波也是威胁变电站电气设备安全运行的主要因 素，因此，对线路的防雷保护应给予充分的重视。 架空输电线路绵延分布在广阔的地面上，很容易遭受雷击。根据雷击线路时 过电压形成的物理过程，雷闪放电引起线路雷电过电压主要有以下几种类型【2 1 ，如 图2 1 所示。 图2 1 引起雷电过电压的儿种雷击类型 1 雷击附近大地2 雷击杆塔或附近避雷线 3 雷击档距中避雷线4 雷击导线 f i g 2 1s e v e r a lt y p eo f l i g h t n i n gs t r i k i n g i l i g h t n i n gs t r i k i n gn e a r b yg r o u n d3 l i g h m i n gs t r i k i n gl i g h t n i n gc o n d u c t o r i n t h em i do f d i s t a n c e 2 l i g h r u i n gs t r i k i n gt o w e r o rn e a r b y 4 l i g h t n i n gs t r i k i n gt r a n s m i s s i o nl i n e l i g h t n i n gc o n d u c t o r 1 感应过电压 当雷击输电线路旁大地及输电线路杆塔时在线路导线上感应出的过电压。感应 过电压在极少数情况下才会达到5 0 0 k v 6 0 0 k g ，所以它一般只对3 5 k v 及以下的线 路绝缘才有一定威胁。 2 雷直击杆塔 由于杆塔高度一般较高，雷闪更容易击于线路杆塔及杆塔旁1 4 档距的避雷 线。这样强大的雷电流除一部分经避雷线分流外，大部分雷电流是通过杆塔和秆 重庆人学工程硕士学位论文2 农网3 5 k v 线路防雷现状 塔接地电阻入地的。这样在杆塔接地电阻上就会形成很大的压降，塔顶的电位就 会升高，使得塔顶与导线之间出现很高的电位差，当这个电位差超过绝缘子串的 5 0 放电电压时，就会使线路绝缘子串发生闪络，导致导线对地短路，即反击，就 形成反击过电压弘。 3 雷击档距中央避雷线 当雷闪放电击于有避雷线的档距中央的避雷线时，很大的雷电流会使避雷线 出现很高的过电压。由于避雷线半径较小，会产生很强的冲击电晕，但杆塔问档 距较大，雷电波从档距中央落雷点向杆塔传播时幅值衰减很快，传到杆塔的绝缘 子串时一般就不会导致绝缘子闪络。避雷线和导线之间的空气间隙也有可能遭受 雷击而击穿，只要按规程的规定即：s = o 0 1 2 l + l m 来确定避雷线和导线之间的距离， 这种闪络是极少发生的。工程上一般对这种过电压可以不考虑脚j 。 4 雷击导线 当雷直接击于无避雷线输电线路的导线或绕过有避雷线线路的遥雷线击于导 线时会引起导线出现较高的过电压，使绝缘子串发生闪络，导致线路对地短路。 后者也称作绕击。这种情况易发生在无避雷线的输电线路上。根据我国过电压保 护规程规定我国大部分3 5 k v 线路不是全线架设避雷线，所以雷直击导线的情况是 经常发生的。对有避雷线的输电线路，雷击也可能绕过避雷线的作用面击于导线， 这种情况称为绕击，其绕击的可能性大小用绕击率来表示的。绕击率与避雷线对 边相导线的保护角大小有直接的关系，保护角越小，绕击率就越小，雷电绕过避 雷线击于输电线路上的可能性就越小。绕击率还与杆塔的高度和输电线路所处的 地理位置有关，一般来说，山区的绕击率为平原地区的3 倍，或相当于保护角增 大8 度。 3 5 k v 输电线路的雷电过电压在工程实际中主要考虑前三种雷电过电压，即感 应过电压，雷击塔顶过电压( 反击过电压) 和雷击导线过电压( 绕击过电压) 。 2 3 输电线路防雷陛能的指标 衡量输电线路防雷性能的优劣主要有两个指标。一个指标是线路雷击跳闸率， 它是指每一百公里线路每年( 折算到4 0 个雷电日下) 由雷击引起的跳闸次数。线 路因雷击而跳阐必须具备的条件是：雷击时雷电过电压超过了线路的绝缘水平引 起线路绝缘冲击闪络，但其持续时间只有几十微秒，线路开关还来不及动作，只 有当沿冲击闪络通道流过的工频短路电流的电弧转为稳定的工频电弧，对3 5 k v 线 路来说就是形成了相间短路，才会导致线路跳闸。另个指标是线路的而j 雷水平， 它指雷击线路时线路绝缘不发生冲击闪络的最大雷电流幅值，单位是k a 。线路的 重庆大学工程硕士学位论文2 农网3 5 k v 线路防雷现状 耐雷水平越高，线路绝缘发生冲击闪络的机会越小，说明线路的防雷性能越好。 所以，如何提高线路的耐雷水平，降低雷击跳闸率是电力工业中非常重要的工作【6 1 。 2 4 线路防雷措施 实际运行经验表明，在高压输电线路中，落雷所击的部位有三处：杆塔顶、避 雷线档距中央及其附近、以及绕过避雷线直击导线处。其中以雷击杆塔顶端最为 严重。 当雷击杆塔顶端时，雷电流经过秆塔冲击接地电阻数入大地，导致了杆塔顶端 出现雷电过电压。当雷电过电压超过绝缘子串所能耐受的数值时，绝缘子串将发 生闪络现象。这种现象称为“反击”。 当雷直击杆塔引起绝缘子串闪络时，雷电流将沿着绝缘子串表面的闪络通道流 入导线，并沿着导线向邻近杆塔传播。由于雷电电流持续时间只有几十微秒，在 这个时间内线路开关来不及动作，只有当沿闪络通道漉过工频电流所形成电弧持 续燃烧时，线路才会跳闸停电造成事故【5 l 。 在确定输电线路的防雷方式时，应全面考虑线路的电压及其重要程度，负荷的 性质，系统运行方式，线路经过地区雷电活动的强弱，地形地貌的特点，土壤电 阻率的高低等条件，结合当地原有线路的运行经验，根据技术经济比较的结果， 因地制宜，采取合理的保护措施。现行的防雷措施一般有以下几种【_ 7 l ： 1 架设避雷线 架设接地避雷线的主要目的是防止雷直击导线。此外，当雷直击杆塔塔顶时 避雷线还有分流作用，减少了流入杆塔的雷电流，使杆塔塔顶电位下降，减少雷 电反击率。由于避雷线与导线的耦合作用，避雷线还可以降低导线上因雷击而产 生的感应过电压。但是，当架设避雷线的输电线路所经过的地形坡度较醚时，杼 塔外边侧绝缘予串仍然容易遭雷击而形成闪络。 2 降低杆塔的冲击接地电阻 当落雷直击在杆塔上时，如果杆塔的冲击接地电阻比较大，那么雷电流将在 塔顶上产生高电位，使绝缘子串发生闵络，导线通过闪络电弧通道接地。因此， 对于线路中一般高度的杆塔，降低杆塔接地电阻是提高线路耐雷水平，防止反击 的有效措旋。但是对于安装在山区土壤电阻率离的杼塔，接地屯胆很难降到设计 值。 3 架设耦合地线 在降低杆塔接地电阻有困难的时候，可以在导线下方架设耦合地线，其作用 有两个；一是增加避雷线与导线之间的耦合作用，降低绝缘子串两端的反击电压； 重庆大学一 程硕士学位论文2 农网3 5 k v 线路防雷现状 二是在雷击塔顶时，增大向相邻杆塔分流的雷电流。此方法的缺点是线路投资大， 并且只能部分减少雷击跳闸次数，防雷效果不是很理想1 2 。 4 绝缘子串不平衡绝缘法 采用此种方法主要用来降低双回路线路雷击同时跳闸率，以保证输电线路不 中断供电。不平衡绝缘法的原则是使杆塔两个回路绝缘于串的片数略有差异，当 雷击杆塔时，绝缘子串片数少的回路先闪络，闪络后的导线相当于地线，这就增 加了对另一回路导线的耦合作用，提高了另一回路绝缘水平，使之不发生闪络。 但是当雷电流足够大时，可能会产生同塔双回线路绝缘于串相继反击，造成双回 路同时跳闸，给安全供电带来严重威胁。 5 线路装设自动重合闸装置 由于雷击造成的闪络大多能在跳闸后可自行恢复绝缘性能，所以装设自动重 合闸装置可使线路恢复供电。 6 。安装消弧线圈 3 5 k v 电网在我国电力工业中特别是在以架空线为主的城市近郊及农村供电网 中占有相当重要的地位。通过降低线路杆塔接地电阻等措施在一定程度上可提高 线路耐雷水平和降低绝缘子闪络概率，但要保证绝缘子不发生闪络是不大可能的。 因此降低3 5 k v 线路雷击跳闷率的关键是使线路因雷击引起单相接地时的工频续流 尽早熄弧，避免单相接地发展成相间短路而导致线路跳闸。我国规程规定，3 5 k v 系统单相接地电流小于i o a 时，中性点的运行方式为绝缘运行方式，单相接地电 流大于i o a 时应采用中性点经消弧线圈接地的运行方式。当雷击引起线路单相接 地后，流过故障点的雷电流瞬时即过，通过冲击闪络通道以电弧形式出现的工频 续流一般在小于l o a 时会自动熄灭，系统恢复正常。而当工频续流大于1 0 a 时电 弧往往不会自动熄灭，一般电网工频续流又不会形成稳定燃烧的电弧，从而导致 工频续流时燃时灭，在系统中引起持续时间较长的弧光接地过电压，危及一些绝 缘水平较低设备的运行安全。同时在工频续流时燃时灭，如果线路又遭受雷击， 引起其他相闪络，就会造成相间短路引起线路跳闸，造成停电。我国山区3 5 k v 电 网广泛地采用了中性点经消弧线圈接地的运行方式。消弧线圈是用来补偿中性点 绝缘的，是电力系统发生接地故障时流过故障点的电容电流的单相电抗器。它在 三相电力系统中，连接与电力变压器或接地变压器的中性点与大地之间。采用中 性点经消弧线圈接地方式，在发生单相接地故障时，消弧线圈的电感电流有效的 补偿电网的对地电容电流，减小故障点残流，也使得故障相接地电弧两端的恢复 电压速度降低，熄灭电弧，恢复系统正常工作。同时，它降低故障相上的恢复电 压，以减少电弧重燃的可能性f 4 1 。 7 。线路避雷器 重庆大学：l 程硕士学位论文2 农网3 5 k v 线路防雷现状 遥雷器一直是电力系统限制大气过电压的主要措施。经过科技工作者的努力， 已经成功地将避雷器应用在线路上。线路型避雷器的研制欧美与日本较早。美国 a e p 和g e 公司1 9 8 0 年开始研制用于线路防雷器用合成套z n o 避雷器，1 9 8 2 年 1 0 月有7 5 只在1 3 8 k v 线路上投入运行【l ”。1 9 9 3 年，在p o r tw a s h i n g t o n 和p e c o n g i e 地区的三回线路上加装了线路避雷器，并采用了不同间距的配置方案，连续观察 了三年，取得了大量的实用资料和安装、运行经验。日本自1 9 8 6 年开始研制输电 线路限制雷电过电压的合成套避雷器，年底研制出7 7 k v 线路避雷器，1 9 8 8 年研 制出2 7 5 k v 线路避雷器，到1 9 9 0 年已在3 3 2 7 5 k v 系统的6 1 0 k m 线路上运行了 4 6 7 0 相线路避雷器，1 9 9 2 年5 0 0 k v 系统输电线路防雷用合成套避雷嚣已投入运行 1 1 8 1 。目前，在日本大约有3 00 0 0 套线路避雷器在电力系统中运行。大多数线路避 雷器使用在6 6 k v 7 7 k v 的线路上。线路型避雷器在我国是从1 9 9 3 年开始研制和 应用的。1 9 9 7 年，淄博电业局与原电力部中能公司合作，使用该公司生产的线路 避雷器，并分别在3 5 k v 、1l o k v 线路上运行，经过2 个雷雨季节的考验取得了较 好的效果1 。 线路型避雷器的使用是并联在线路绝缘子串旁边。当输电线路遭受雷击时， 雷电流的分流将发生变化，一部分雷电流传入相邻杆塔，一部分经塔体入地，当 雷电流超过一定值后，避雷器动作加入分流瞄】。大部分的雷电流从避雷器流入导 线，传播到相临杆塔。雷电流在流经导线时，由于导线间的电磁感应作用，将在 导线上产生耦合分量。因为避雷器的分流远远大于从导线中分流的雷电流，这种 分流的耦合作用将使导线电位提高，使导线和塔顶之间的电位差小于绝缘子串的 闪络电压，绝缘子不会发生闪络。线路避雷器事实起着很好的钳电位作用。这就 是线路型避雷器的工作原理【l ”。因此，加装避雷器以后，利用避雷器电阻的非线 性特性保护绝缘子串，即可提高雷击塔顶与导线的耐雷水平，进而降低雷击跳闸 率，这也是线路避雷器进行防雷的明显特点【i 川 以上措施对于一般的输电线路防雷是很有效的，但是在一些雷电活动剧烈、 线路土壤电阻率高、地形复杂的地区，上述措施往往难以奏效。 2 53 5 k v 输电线路防雷现状 目前我国3 5 k v 输电线路大多采用中性点不直接接地方式，根据我国规程规定 3 5 k v 输电线路不需全线架设避雷线，只是在进出变电站1 2 k m 的进线段范围内 架设避雷线，并在进线段的起始杼塔装设管型避雷器。对于不在全线架设避雷线 的3 5 k v 输电线路的防雷，主要有降低杆塔电阻、中性点经消弧线圈接地、安装自 动重合闸装置、在易击杆塔装设线路用避雷器等。 9 重庆大学上程硕士学位论文2 农网3 5 k v 线路防雷现状 由于3 5 k v 输电线路不是全线架设避雷线。而线路绝缘子串只有3 4 片，线 路本身耐雷水平不高，在雷电活动强烈的地区，仍然极易发生直击、绕击和反击 事故，造成线路跳闸，影响供电的可靠性。所以要降低3 5 k v 输电线路雷击跳闸率 一方面要尽量提高线路的耐雷水平，另一方面要在线路被雷击引起单相接地时， 尽快让工频电弧电流熄灭，也就是充分发挥消弧线圈的作用。 2 6 小结 i 输电线路上出现的雷电过电压有两种情况。一种是直击雷过电压，另一种 是感应雷过电压。直击雷过电压又分为三种情况： ( 1 ) 雷击杆塔顶部，引起的过电压又称为反击； ( 2 ) 雷击档距中央的避雷线，引起的过电压； ( 3 ) 雷绕击避雷线击于导线引起的过电压又称为绕击。 2 衡量输电线路防雷性能的优劣主要有两个指标：线路雷击跳闸率和线路的 耐雷水平。 3 为保证线路的安全运行，减少雷击跳闸事故的对策有： ( 1 ) 架设避雷线； ( 2 ) 降低杆塔接地电阻； ( 3 ) 安装避雷针； ( 4 ) 其它的避雷措施还有架设耦合地线、在横担上架设与线路行进方向垂直的 负角保护针、在各相绝缘予串悬挂点的上方架设与导线平行的预放电棒、采用消 弧线圈接地方式、增加绝缘子片数、采用不平衡绝缘方式、装设自动重合闸等方 法。 4 重庆农网3 5 k g 输电线路雷击跳闸率偏高是多种原因造成的。除重庆地区 雷电活动较为强烈以外，还有3 5 k v 输电线路本身绝缘水平不高，线路不是全线架 设避雷线，线路通过地区多为山区、地形复杂、土壤电阻率较高、杆塔接地电阻 降低较为困难，原来线路上运行的管型避雷器形同虚设，线路不进行换位导致消 弧线圈存在运行不当等诸多原因。因此农网3 s k y 输电线路普遍耐雷水平不高，雷 击线路很容易造成单相冲击闪络、引起线路单相接地，接地后的单相工频续流又 不易自然熄弧，很容易发展成相间短路进而引起线路雷击跳闸，同时变电站防雷 运行还存在很大的安全隐患。 1 0 重庆大学工程硕士学位论文 33 5 k v 林兴、北严线路电气参数测试及消弧线圈运行分析 33 5 k v 林兴、北严线路电气参数测试及消弧线圈运行分析 线路防雷问题是一个涉及面较广的问题，每条线路的具体情况也十分复杂。 所以要对农网3 5 k v 线路防雷问题进行研究就必须深入对线路的实际情况，变电站 的实际情况进行大量的现场实测。为此，对带有消弧线圈运行的3 5 k v 林兴、北严 线路进行了沿线路每基杆塔的现场实测，还专门对麒麟坝、北固3 5 k v 变电站各种 运行方式下3 5 k v 系统的单相接地电容电流进行了现场测量。 3 1 3 5 k v 林兴、北严线路现场参数测试 林兴线林青段全线长1 1 7 1 k m ，5 3 基杆塔；北严线全线1 7 ，3 7 k m 、5 6 基杆。 根据分析，我们就下面与线路雷击跳闸率有关的几个主要参数进行了大量现场测 试。 3 1 1 线路导线对地平均高度测量 为了得到更准确的数据，以便找出线路易击段和易击杆塔，我们沿线逐杆对 线路导线平均高度、地形情况进行了测量，测量所用仪器为经纬仪。测量时对导 1 14 j 制l i 5 t z 1 即n oz 1 1 1 j ：z 5z n 5 埔5 5t l5 n 0 0 z 14 4 zq 岱4 2 te e 1 6 _ t 啦 图3 ，1 林兴3 5 k v 线路走向断面图 f i g 3 1t h es e c l i v np l a n eo f l i n x i n g3 5 k v t r a n s m i s s i o nl i n e 撕 珊 m 蹦 挪 埘 。 重庆大学工程硕j ：学位论文33 5 k v 林兴、北严线路电气参数测试及消弧线圈运行分析 线悬挂点高度，档距中央及档距中数点地面水面高度进行了测量。由此结果得出 的北严、林兴3 5 k v 线路断面图见图3 】。 3 1 2 线路电气参数测量 为了得到3 5 k v 北严、林兴线基本电气参数，在数值计算时能建立准确的数值 计算模型，以及为以后消弧线圈的运行提供正确的运行依据，我们在魏城变电站 对3 5 k v 北严、林兴线的电气基本参数进行了现场测试，包括对线路直流电阻，正 序、零序电容、电感、电阻的测试。 1 测试项目及原理图 ( 1 ) 直流电阻测量原理图3 2 a b c 1电糯 1 1 i 图3 2 直流电阻测量 f i g 3 2d i r e c te u r m n lr e s i s t a n c em e a s u r i n gc o n n e c t i o n ( 2 ) 正序电阻及电抗测量原理图3 3 a b c 相 短 路 圈33j 序鱼阻及电抗测量 f i g 33p o s i t i v es e q u e n c er e s i s t a n c ea n dr e a c t a n c em e a s u r i n gc o n n e c t i o n 重庆大学丁程硕士学位论文 33 5 k v 林兴、北严线路电气参数测试及消弧线圈运行分析 ( 3 ) 零序阻抗测量原理图3 4 a b c 飞伊 上 图3 4 零序阻抗测量原理 f i g 3 4z e r os e q u e n c ei m p e d a n c em e a s u r i n gc o n n e c t i o n ( 4 ) 正序电容测量原理图3 5 a b c 胪一 ，! ) t 价 一； 弘；i 丁鸯商 i i - 圈3 5 正序电容测量 f i g 3 5p o s i t i v es e q u e n c ec a p a c i t a n c em e a s u r i n gc o n n e c t i o n 重庆大学j ：程硕士学位论文 33 5 k v 林兴、北严线路电气参数测试及消弧线圈运行分析 ( 5 ) 零序电容测量原理图3 6 a 图3 6 零序电容测量 f i g 3 6z e r os e q u e n c ec a p a c i t a n c em e a s u r i n gc o n n e c t i o n 2 线路电气参数测量结果 ( 1 ) 直流电阻测量结果 r 。8 = 5 3 5 f 2r e c = 5 2 6 - qr c a = 5 | 3 0 q ( 2 ) 正序电阻及电抗测量结果 i a = 4 5 5 a 1 8 = s 1 0 aj f _ = 5 a u = 6 3 vu b = 6 4 vu c = 6 4 v 最= 2 3 5 w 芝= 一1 0 w ( 3 ) 零序阻抗测量结果 i = 5 ay = 4 5 6 yp = 4 2 5 w ( 4 ) 正序电容测量结果 u _ 口= 8 2 5 k vu b c = 8 1 4 k vu c a = 8 1 0 k v l = o 0 9 3 a l8 = q 1 a i ? = q 0 9 5 a ( 5 ) 零序电容测量结果 = 0 9 au = l o k v 3 线路电气参数测量结果计算 北严3 5 k v 线路总长，= 1 7 3 7 k m ( 1 ) 直流电阻 r 口= 5 - 3 5 qr 、= 5 2 6 f 2 量- = 5 3 0 f f 2 根据公式 重庆大学工程硕士学位论文33 5 k v 林兴、北严线路电气参数测试及消弧线圈运行分析 可得 r 。= 万1 ( r 。+ 只d 一矗w ) n k 肋 = i ( r a c + r a n - r c a ) n k 肋 r ci ( r c a + r 一尺口) n l k m l p h r = o ，1 5 5 2q l k l p h r 8 = 0 1 5 2 8f 2 1 k m p h r c = 0 1 5 0 0q l k m l p h ( 2 ) 正序电阻及电抗测量结果计算 1 = 4 5 5 ai 口= 5 1 ai c = 5 a 1 = ( i _ + i b + i c ) 3 = 4 8 8 a u a = 6 3 vu 口= 6 4 vu c = 6 4 v u = ( u + u 口+ u c ) 3 = 6 3 3 v 只= 2 3 5 w = 一1 0 w p = 丑+ b = 2 2 5 w 根据公式 ! n ，砌口矗 ， 1 正序电抗： 毕-1j酹(u)2 p ) 2q p h 正序电感： 5 ( 3 1 ) ( 3 2 ) p r ： 一3 阻 = 电 蜀 亭e p 砌h 五万 = 得可 重庆大学工程硕士学位论文 33 5 k v 林兴、扎严线路电气参数测试及消弧线圈运行分析 r l ：o 1 8 1 3q l l o n l p h x = o 3 9 1 2t t l l o n l p h l = 0 0 0 1 2 5h l k m l p h ( 3 ) 零序阻抗测量结果计算 i = 5 爿u = 4 5 6 vp = 4 2 5 根据公式 零序电阻： = 7 3 p 扣l k m l p h 零序阻抗： z o = 等；q 俐却 零序电抗： x 4 = q z ；一r ：f ) k m p h 零序电感： k 急h p h 可得 r 。= o 2 9 3 6f l l k m l p h z o = 1 5 7 5 1n t l o n t p h x o = 1 5 4 7 5l 2 k m l p h l o = o ，0 0 4 9 3h l k m l p h ( 4 ) 正序电容测量结果计算 ，= 0 0 9 3 ai b = o 1 al = o 0 9 5 a i = t i a + ib + j r 、3 = o 0 9 6 a u _ 8 = 8 2 5 k vu b ( - = 8 1 4 0 k vu ( h = 8 1 k v u = ( u d 十( 十( 。) 1 3 = 8 1 6 3 k f 6 ( 3 3 ) 重庆大学l 程硕士学位论文 33 5 k v 林兴、北严线路电气参数测试及消弧线罔运行分析 根据公式 正序容抗： x i c = 等川a n 懈 正序电容： ( 3 4 ) c i3 瓦l 1 0 6 胪7 拥7 肋 可得 x l c = 8 6 1 7 跹2 k m p h c l = 0 0 0 3 7 胪k m p h ( 5 ) 零序电容测量结果计算 ，= 0 9 au = 1 0 t 矿 根据公式 零序容抗： x a c = 3 u il q k m p h 零序电容：( 3 5 ) c 。= 瓦1 1 。6 砌加 可得 x o 。= 5 7 9k t l k m p h c o = 0 0 0 5 5 洒i o n p h 3 1 3 线路单相接地电容电流测量 为了更好地为运行提供消弧线圈整定依据，我们在麒麟坝变电站、北固变电 站就3 5 k v 系统的单相接地电容电流进行了测量，测量是在设备不停电的情况下进 行的，用人工接地法，将选定的线路开关线路侧套管引线接地，在接地线与地之 间串入测量c t 和表计，读取系统电容电流值。 麒麟坝变电站、北固变电站不带消弧线圈和带消弧线圈在多种运行方式下变电 站单相接地电流测量结果见表3 1 、表3 2 、表3 3 。 重庆大学 稃硕士学位论文33 5 k v 林兴、北严线路电气参数测试及消弧线圈运行分析 表3 1 麒麟坝变电站3 5 k v 系统对地电容电流测量结果( 测试温度：3 8 c ) t a b 3 1t h em e u r eo f q i l i n b ap o w e rs t n i o ng r o u n d i n g c a p a c i t a n c e c u r r e n t 电容电压值( k v ) 线路测试 序号运行方式电流 巾 长度( k i n j时间 虬u 日 ( a ) 1 ，林六3 2 1 供六井坝、红山、严 家坝( 严红3 2 1 断开) 2 林庆3 2 8 供庆江、石角 3 旁路3 0 0 代林松线 0 l 4 林兴3 2 6 供青年 1 2 9