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山区输电线路防雷相关问题的探讨 摘要 针对目前山区输电线路雷击跳闸率很高，除了解决方法随意和盲目外，有 些解决方法还存在成本过大问题；本文主要对目前解决线路防雷跳闸的一些技 术手段线路避雷器、可控放电避雷针等进行了总结、分析，并根据工作实际提 出了一些建议 关键词：输电线路雷击防雷线路避雷器可控放电避雷针 m o u n t a i n o u sa r e at r a n s m i s s i o nl i n el i g h t n i n gp r o t e c t i o n q u e s t i o nd i s c u s s i o n a b s t r a e t i t i sv e r y h i g hi nv i e wo ft h ep r e s e n tm o u n t a i n o u sa r e at r a n s m i s s i o nl i n e t h u n d e rs t r o k et r i p - o u tr a t e ，b e s i d e ss o l u t i o na tw i l la n db l i n d ，s o m es o l u t i o na l s o h a st h ec o s to v e r s i z e dp r o b l e m ；t h i sa r t i c l em a i n l ys o l v e dt h el i n ea n t i - r a d a rt r i p s o m et e c h n i c a lm e t h o dl i n eg a p ，t h ec o n t r o l l a b l ee l e c t r i cd i s c h a r g el i g h t n i n gr o dt o a tp r e s e n ta n ds oo nh a sc a r r i e do nt h es u m m a r y , t h ea n a l y s i s ，a n dp u tf o r w a r ds o m e p r o p o s a l sa c t u a l l ya c c o r d i n gt ot h ew o r k k e y w o r d s ：t r a n s m i s s i o nl i n e ：l i g h t n i n gs t r o k e = l i g h t n i n gp r o t e c t i o n = l i n es u r g e a t t e s t e r = c o n t r o l l a b l el i g h t n i n g - c o n d u c t o r ； 插图清单 图l 雷击输电线路的电气几何模型4 图2 雷击避雷线或导线及地面的概率p 。曲线6 图3 可控放电避雷针结构示意图 图4 可控启动前与启动时针头场强的变化图二2 7 表格清单 表l 输电线路防雷性能的计算。 表2 反击与绕击情况对照表 表3 有避雷线的线路杆塔接地电阻 表4 杆塔放射形接地极每根的最大长度 3 8 1 0 表5 杆塔自然接地电阻r ：估计值1 3 表6 当采用合理接地形状时，线路每杆接地所需扁钢或圆钢总长度l 1 3 表7 校验接地热稳定用的、f 。和c 值 表8 钢接地体和接地线的最小规格 表9 儿ok v 复合外套氧化锌避雷器电气特性k v 表l o1 1 0k v 带串联间隙的氧化锌避雷器的间隙特性 表1 1w g g o a 的参数 表1 2 局部放电试验结果 表1 3 局部放电试验结果 1 6 1 7 2 3 2 3 2 4 2 4 2 8 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果 据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写 过的研究成果，也不包含为获得 盒蟹王些盔堂 或其他教育机构的学位或证书而使 用过的材料与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明 井表示谢意 学位论文作者签名： 签字日期：哆年蜩1 3 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解金日王些盍堂有关保留、使用学位论文的规定有权保留 并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阋和借阅本人授权金 目b 王些盍堂可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、 缩印或扫描等复制手段保存、 编学位论文 ( 保密的学位论文在解密后适用本授权书) 学位论文作者签名； 签字日期：办刀年2 于jf 日 学位论文作者毕业后去向： 工作单位： 通讯地址： 导师签名 才书岛 签字日期：7 年一月日 i 电话： 邮编： 致谢 本论文是在合肥工业大学电气工程学院孙鸣教授、兼职导师许建军 高工的精心指导下完成的，孙鸣教授、兼职导师许建军高工在论文的选题研究 的内容上给予了极其重要的指导，他们严谨的治学态度、渊博的学识、精益求 精的工作方法给我留下深刻的印象和很大的启发；这是今后工作中值得借鉴和 学习之处在此特别对我所尊敬的导师表示感谢。 同时在论文完成过程中池州供电公司给予了大力支持并提供了大量的原始 资料在此一并表示衷心感谢 最后我要感谢我的家人正是他们的大力支持才使得我能在劳累繁忙的工作 之余能潜心于本课题的研究对我完成学业起了重大的推动作用 再一次向所有帮助过我的人们表示最诚挚的谢意，谢谢你们 作者：毛峰 2 0 0 7 年9 月2 0 日 第一章引言 1 1 本课题的提出背景和意义 电力工业是国民经济的重要部门之一，它既为现代工业、现代农业、现代科 学技术和现代国防提供必不可少的动力，又和广大人民群众的日常生活有着密 切的关系，国民经济要高速发展电力工业必须先行，架空输电线路是电力工业 发输变三大主要组成部分之一，架空输电线路纵横交错延绵不断地分布在旷野 上，而自然界气候千交万化使得输电线路极易遭雷击，如果防雷措施采用不当 可能引起绝缘子损坏、架空地线和输电线路断线、并造成线路跳闸雷击时产生 的侵入波过电压传入变电站，还可能引起站内设备损坏造成更大的设备事故， 因此输电线路的防雷一直是影响电力系统安全可靠运行的一个重要环节。 据统计电网中的事故以输电线路的故障占大部分，输电线路的故障又以雷 击跳闸占的比重较大，尤其是在山区的输电线路中线路故障基本上是由于雷击 跳闸引起的，据运行记录架空输电线路的供电故障一半是雷电引起的，所以防 止雷击跳闸可大大降低输电线路的故障迸而降低电网中事故的发生频率。 我们池州电网儿o k v 以上的输电线路总长7 4 3 2 7 k m ，其中1 1 0 k v 输电线占整 个输电线路的7 9 9 3 ，因此1 l o k v 输电线路担负着繁重的任务而池州全市总面 积8 2 7 1 7 平方千米，近8 0 山区，地形复杂大气条件恶劣，统计数据表明池州地 区为强雷区近年雷电活动的强度呈上升趋势，例如池州供电公司所属的1 l o k v 观查线约5 1 k m ，线路走廊多为山区，过高山、跨深沟所经地区地形情况十分复 杂，土壤电阻率往往也很高，据近三年的运行数据表明这条输电线路因雷击造 成线路跳闸的情况屡有发生，线路维护工作任务繁重；现今池州市正处于快速 发展的大好时期。安全可靠供电尤为重要，而1 l o k v 输电线路为池州地区十分重 要的输电线路，因此总结池州地区1 l o k v 输电线路的运行情况，针对霄击跳闸率 高的l l o k v 输电线路易击杆塔、易击段，研究如何提降低雷击跳闸率、减少人员 维护的综合处理方法，特别是研究如何经济合理的使用线路型金属氧化物避霄 器以下简称线路型避雷器和可控避雷针，减少雷电事故损失，保证在池州快速 经济建设中不拖后腿，真正达到。经济发展，电力先行”；因此输电线路在雷害 事故频繁发生的地区的安全运行有其重要的学术意义和实际应用价值 本文主要是通过对输电线路雷击情况的分析和输电线路防雷技术现状的阐 述，从常规防雷技术措施存在的不足提出应用一些新型防雷技术的必要性，并 以笔者的一些防雷新技术在工程实际应用中的良好效果佐证推广引用防雷新技 术的重要意义。 1 2 输电线路防雷技术现状及应用情况嗍嗍1 1 1 i 蠲 嗍l 瑚1 3 0 1 p 2 l 删 1 2 1 现状 目前，国内外尚无完全消除雷击故障的有效办法，一般是根据线路电压等 级、负荷性质、系统运行方式、雷电活动情况、地形地貌特点、土壤电阻率高 低以及运行经验，通过技术经济比较综合采用以下几种防雷措施： ( 1 ) 架设避雷线或加装旁路地线。可大大减少雷电直击导线的概率，同时 通过改善避雷线对导线的保护角，减少绕击导线的概率；通过避雷线的分流作 用降低雷击塔顶时的塔顶电位，减少雷电击中杆塔或避雷线时反击至导线的概 率；通过避雷线对导线的耦合，从而提高线路的耐雷水平。旁路地线是一种防 绕击的有效方法，特别是在两高山顶这种地形。 ( 2 ) 降低杆塔接地电阻以提高线路的耐雷水平，从而减少雷击故障。 ( 3 ) 架设耦合地线。目前这种方法在我省各运行维护单位采用不多。这种 方法主要是利用其与导线的耦合作用，加大了耦合地线和避雷线与导线的耦合 系数，从而提高线路的耐雷水平。 ( 4 ) 加装氧化锌避雷器。加装氧化锌避雷器的投资一般较大，运行单位一 般都只在多雷区和变电站出口安装。 一 ( 5 ) 提高线路的绝缘水平，以提高线路的耐雷水平如采用线路调爬、低 零值绝缘子检测等办法。 1 2 2 应用情况 ( 1 ) 对杆塔接地网进行修复改造 进一步降低杆塔( 特别是接地电阻值超大的杆塔) 接地电阻。使杆塔接地 良好，是提高杆塔耐雷水平首要考虑的问题。我局每年均投入大量的人力、物 力、财力进行杆塔接地电阻值的改造大修工作。 ( 2 ) 加装单针负角保护 安装单针负用保护，预防杆塔部位绕击雷的发生据查阅相关资料该针 安装时沿杆塔顶位地线支架( 地担) 向线路外侧水平伸出，通过安装试运行一 段时间，发现在部分接地不良的杆塔反而造成雷击次数增加因而，从使用的 情况可以得出结论，该措施必须保障杆塔接地电阻值较小，才能保证针尖落雷 时杆顶电位升高不大，否则将取到相反的引雷作用。 ( 3 ) 安装线路型氧化锌避雷器( 简称线路型m o a ) 线路型m o a 是目前我局输电线路上采用的有效而稳妥的防雷技术措施，不 仅可以防止反击导致的绝缘子闪络跳闸故障。而且能防止绕击导致的绝缘子闪 络跳闸故障，具有很高的可行性。 2 第二章输电线路雷击情况分析 2 1 线路遭受雷击情况分类 以地形地貌统计，平原地区线路遭受雷击所占的比例为2 9 ，山地占4 0 ， 丘陵3 1 。 按线路遭雷后故障相别统计，边相占7 5 ，中相占2 0 ，三相占5 。 按避雷线对边导线保护角统计，雷击跳闸中，小于】5 度，占3 7 ；1 5 度以上 占6 3 。 按线路落雷的形式，分为反击和绕击，绕击占5 5 ，反击占4 5 ，以上数据 说明在山区、丘陵地区、边相是雷击跳闸的多发情况。 2 2 有避雷线输电线路耐雷水平计算情况分析1 0 2 1 p i l o s ! 、1 0 9 1 旧1 1 册 1 2 0 1 阅 雷击有避雷线杆塔顶部的耐雷水平：在同一杆塔上，高度不等横担上的导 线对地平均高度h 。、横担对地高度h 及避雷线与导线间的几何耦合系数k 。不 同。一般三者交化趋势相同，即使在同一高度的横担上，排列位置不同的导线k 。也不同，故不同位置导线耐雷水平不同。我国1 1 0 一, 5 0 0k v 常用杆塔顶部雷击 时，塔上不同位置导线耐雷水平根据有关文章计算结果见表l 。 表1 输电线路防雷性能的计算 u mmm 。 m j 三虿墨三互三要 曷匹巫 _ 岫啊。：一。“ r- ：，： 上 wo i i , 一 i i , 一 a n - 一 i u一一 - 一 一 一i l i m 下-t-，t 0 笛- 旧， - - - 上珥“l 靠i l 4 埘 “- 蛳 i 罂i i , i i ：。二1 1 1 $ 。i 一# 1 1 靠1 1 - i f l i p b 缸= t = ，驯f i u下n n i 靠似l 缸i ”- ll|iit#j-i r i l l - 1 上i , i , 0i i1 1 1 4 n i l i ii i i i 黑一n 一一“ 一蛳一哪 i wi i i i1 4 1 11 1 1 si 1 7 1 l ，曲， 4 i ii i + 一咀下q 坷晴t 置l ，i i i ，_ l l l l l ，一 i i f l l l l 表1 表明：当雷击导线按三角形或垂直排列的杆塔顶部时，距避雷线最远， 耦合系数最小的下导线的酎雷水平最高；距避雷线最近耦合系数最大的上导 线，耐雷水平最低上、下导线的耐雷水平相差最大者达1 4 左右，因而上导线 最易遭雷电反击。不同于过去“距避雷线最远的导线，其耦合系数最小，一般较 易发生反击”的传统观点，而与国内外输电线路的实际运行经验一致。可见， 3 导线按非水平排列的输电线路，雷击杆塔顶部的耐雷水平计算时，应以其上导 线的计算结果为准。 绕击：目前绕击计算有击距法和经验法两种击距法理论认为：雷云向地 面发展过程中先导放电通道的头部在到达被击物体的闪击距离( 即击距) 之前， 不确定击中点，而是先到达哪个物体的击距之内，即向该物体放电，先导对避 雷线( 杆塔) 、导线、地面的击距相等。据此，在输电线路的避雷线及导线周围 空间可分为3 个区域。构成图l 电气几何模型。图中0 c 。直线以上是避雷线的捕 雷面：o d a c 。区域是导线的捕雷面：a c 。曲线以下是地面的捕雷面。r 。、r - 为相 应于不同雷电流的击距，根据布朗等人的研究，击距r = 7 i 五“”，i l 为雷电流。 且导线临界击距： 。 g + h o + 2 ( 九r s i l l 口 一汀磊五；广一 式中h 。为避雷线对地平均高度，皿：a 为保护角。 r r 。则无雷击导线，即绕击率为0 常用杆塔线路的r , t d ? s u b 及相应的临 界雷电流i 。计算结果见表1 。 埃里克森引入吸引距离概念至上述模型得出吸引半径： r = o 6 7 h “6 五“”，式中，h 为结构物高度，m 并认为，当保护角 u 5 0 时，导线与杆塔之间就会发生闪络，这种闪络就是反击闪络 表2反击与绕击情况对照表 序号对照项目反击 绕击 电流较小( 结合电流路 l 雷电流测量电流较大( 结合电流路径) 径) 2 接地电阻大小 单基单相或相i 临两基同 3闪络基数及相数一基多相或多基多相 相 4塔身高度较高较低 山坡及山顶易绕击 5 地形特点一般，不易绕击 处 易绕击的相( 如上 6闪络相别耐雷水平低相( 如下相) 相) 仁而面盏万甄 由以上公式可以看出，降低杆塔接地电阻r c h 、提高耦合系数k 、减小分流 系数b 、加强高压送电线路绝缘都可以提高高压送电线路的耐雷水平。在实际 实施中，我们着重考虑降低杆塔接地电阻r c h 和提高耦合系数k 的方法作为提高 线路耐雷水平的主要手段。 。 8 第三章常规防雷措施及对策 加大运行维护力度：加大运行维护力度，确保维护质量是保证线路防雷的 有效手段。应按要求对线路进行巡视，注意检查架空地线与接地体间引下部分 接触情况，要重视接地网的开挖检查，以了解接地体的腐蚀情况。尤其要加强 对使用降阻剂杆塔的开挖检查与测试工作。对于有接触不良或在运行期间因腐 蚀、开焊、盗窃等原因使接地电阻增大的情况要尽快处理，及时更换锈蚀严重 的接地引下线，修补缺损的引下线和接地体，确保架空地线与接地装置的导通 状况良好；另外，要做好杆塔接地网资料的归档整理，对接地网的走向、布置 及测试、开挖检查情况详细记录。 降低杆塔接地电阻；开展对1 1 0 千伏及以上线路杆塔接地电阻进行普测和维 护改造工作。对测试阻值不合格的必须进行改造，规范接地电阻的测试方法， 保证测量数据的准确性。对高山土壤电阻率较高地区的杆塔采取换土、更换石 墨接地体、增加敷设射线、补设丢失的接地体、埋设连续伸长接地体等办法降 低接地电阻。对新建线路杆塔，设计部门应根据不同地质、地形进行区别设计， 要选用接地模块、导电水泥等方法，保证接地电阻符合设计要求。 加装耦合地线或改善接地射线：雷击过程既是一个暂态过程，又是一个包 含稳态电磁感应过程，增加杆塔耦合系数、减少电感和接地电阻都是提高耐雷 水平的重要手段。在两基杆塔之间设置互连的接地线，即形成了延长接地射线， 可起到良好的分流作用。耦合地线可有效改进导线和地线之间耦合系数，起到 良好的耦合作用，降低导一地线的电位差，从而提高线路的耐雷水平。 降低雷电绕击率：对经常发生雷电绕击的线路可采取增加绝缘子片数、装 设带间隙的线路氧化锌避雷器、架设旁路避雷线和避雷针等技术措施。同时， 注意研究防雷电绕击的新方法、措施。对于新设计的线路结合具体情况，充 分考虑地区地貌结构，合理选择塔型及保护角。 提高输电设备的绝缘水平：应根据实际情况或规程要求，及时检测和更换 零值和低值绝缘子，保证输电设备有足够的绝缘强度；在多雷区对于新投运的 合成绝缘子应适当加长或在杆塔增加绝缘予片数，保证线路的耐雷水平达到规 定要求。 在易击杆塔加装线路避雷器提高线路的耐雷水平 加装新型可控放电避雷针提高线路的耐雷水平。 3 1 杆塔接地网改造阳j 1 1 6 1 1 1 8 l 唧 降低杆塔的接地电阻高压送电线路的接地电阻与耐雷水平成反比，根据 各基杆塔的土壤电阻率的情况，尽可能地降低杆塔的接地电阻，这是提高高压 送电线路耐雷水平的基础，是最经济、有效的手段。对于土壤电阻率较高的疑 9 难地区的线路，则应跳出原有设计参数的框框，特别是要强化降阻手段的应用， 如增加埋设深度，延长接地极的使用，就近增加垂直接地极的运用 由于池州供电公司部分线路是七八十年代投运的老线路，杆塔接地网在建 设时使用的材料质量差、截面小和埋设深度不够等原因，接地电阻值长期以来 偏大，特别是经历了多年的运行，大部分接地体锈蚀严重，降低了线路的耐雷 水平。因此在2 0 0 2 年进行安全性评价的机会，对3 5 - 2 2 0 k v 线路杆塔接地网进行 行了一次普测接地电阻，并与设计资料进行比较，分析总结进行了2 4 4 基杆塔接 地网进行统一改造。为确保改造工作方便实施，对不同的杆塔型式我们采用由 1 2 的园钢进行了接地网统一设计、统一加工，并热镀锌，避免了高山大岭上进 行施工焊接造成工艺质量不合格等的可能，同时也减少了野外工作量，大大降 低劳动强度，加快改造速度。通地改造使杆塔地网的接地电阻值大幅度降低， 从而使线路的耐雷水平从理论上得到大大提高。特别是一次性对i l o k v 观查4 3 1 # 线路全线1 6 7 基七十年代的杆塔进行了统一改造，对提高该线路整体防雷水平起 到了一定的作用。该线路在改造后的近两个雷雨年度里雷击故障率降低了5 0 。 证明这次改造是有效果的的，也说明了降低地网接地电阻是防雷较为有效的措 施之一，但无法杜绝雷击跳闸。 3 i 1 架空线路杆塔接地的标准要求 对架空线路杆塔的接地电阻和型式在电力行业标准d l t 6 2 0 一1 9 9 7 交流电 气装置的过电压保护和绝缘配合、l t 6 2 卜1 9 9 7 交流电气装置的接地中都 提出了具体的要求。是设计、安装和改造架空线路杆塔接地的依据。 杆塔的接地电阻：1 ) 有避雷线线路杆塔的接地电阻。有避雷线的线路，每 基杆塔不连避雷线时的工频接地电阻，在雷季干燥时，不宜超过表3 所列数值。 雷电活动强烈的地方和经常发生雷击故障的杆塔和线段，应改善接地装置， 适当提高绝缘水平或架设耦合地线。 表3有避雷线的线路杆塔接地电阻 土壤电阻率 1 0 0 1 0 0 - 5 0 0 5 0 0 - 1 0 0 0 i 0 0 0 - 2 0 0 0 2 0 0 0 ( q m ) 接地电阻 1 01 52 02 53 0 ( q ) 注：如土壤电阻率超过2 0 0 0 q m ，接地电阻很难降低到3 0 q 时，可采用 6 8 根总长不超过5 0 0 m 的放射形接地体，或采用连续伸长接地体，其接地电阻 不受限制 2 ) 无避雷线线路杆塔的接地电阻对于中雷区及多雷区3 5 k v 及6 6 k v 无避 雷线线路，宜采用措施，减少雷击引起的多相线短路和两相异地接地引起的断 线事故，钢筋混凝土杆和铁塔应充分利用自然接地作用，在土壤电阻率不超过 1 0 0 0 m 或有运行经验的地区，可不另设人工接地装置。 l o 需要说明的是，作为通用行业标准，对杆塔接地电阻的要求是比较宽松的。 在多雷区，如是联络线路或重要线路，杆塔接地电阻最好能处理到1 0 0 以下， 因为只有这样才能提高线路的耐雷水平，有效地限制雷击跳闸率。从而保证电 网的安全稳定运行。 轩塔接地型式：l t 6 2 1 1 9 9 7 交流电气装置的接地的6 3 条还对高压架 空线路杆塔接地装置的型式做了具体的要求如下：1 ) 在土壤电阻率p 1 0 0 q m 的潮湿地区，可利用杆塔和钢筋混凝土杆自然接地对发电厂、变电站的进线路 应另设雷电保护接地装置。在居民区，当自然接地电阻符合要求时，可以不设 人工接地装置。2 ) 在土壤电阻率1 0 0 0 m d 时， = 寺( h 兰_ 1 ) ( 3 ) 式中l 垂直接地极的长度，m d ：垂直接地极的直径，m 3 ) 由垂直电极和和水平接地体构成的组合式接地体的接地电阻。它实际上 往往采用由几根垂直接地极再用水平接地体连接起来组成杆塔的接地装置，这 时，接地电阻可用式( 4 ) 计算 耻意弓 式中r 。符合接地体的接地电阻，o 置。，单根垂直接地体的接地电阻，q n 垂直接地极的根数 足，水平接地极的接地电阻，q i l 考虑到所有电极互相屏蔽后的利用系数，其值可由表2 3 查出。 4 ) 以水平接地极为主且边缘闭合的复合接地极( 接地网) 的接地电阻。 在电阻率较高，或行人经常出入的地方，应采用以水平接地极为主，且边缘闭 合的复合接地装置，这时接地电阻可由式( 4 - 5 ) 计算 1 2 口i - 丙l 0 - o 2 ) 誓 ( 5 ) 也- o 2 ，去( - + 印+ 轰( 1 n 者一s 口 肚磅1 式中五。任意形状边缘闭合接地网的接地电阻，o 也等值( 即等面积、等水平接地及总长度) 方形接地网的接地电阻， o s 接地网的总面积，m 2 d 。水平接地极的直径或等效直径，m h 水平接地极的埋没深度，m l 水平接地极的总长度，m l 6 - 一接地网的外缘边线总长度，m 。 5 ) 几种典型的以水平射线为主的杆塔接地装置的接地电阻计算。可用式( 1 ) 或式( 2 ) 计算。不同电阻率地区的线路典型接地装置见表3 。 在设计架空线路杆塔的接地装置时，应该注意到在接地体的总长度l 相 同时。屏蔽系数a ( 或形状系数b ) 愈大，则钢材间的相互屏蔽作用就愈明显， 钢材的利用也就愈不充分，故在条件允许的情况下，应尽量采用形状系数小的 接地装置。 当接地装置的形状一定时，随着土壤电阻率p 的变大，欲保持r 不变，l 值的增大比p 值上升得快。当土壤电阻率特别高，如在4 0 0 0 0 m 以上时，要使 工频接地电阻达到3 0 q 以下较困难，可采用6 - 8 条8 0 m 水平射线，或用2 条连 续伸长的方法来降低冲击电阻，也可以采用耦合地线或接地线，把若干基杆的 接地连接起来，然后再寻找土壤电阻率低的干基杆塔，在施工方便的条件下加 强这几基杆塔的接地，把接地电阻降到1 0q 以下，这样即节省了费用，又起到 了很好的防雷效果。因为对雷击塔顶或避雷线，若干基杼塔的连接线相对于雷 电波的波阻抗较小，起到了很好的分流作用。同时，而连接线本身对雷电波的 波头还起到了消波的作用。 架空线路杆塔的自然接地：实际上，除了人工接地体外，杆塔混凝土基础 也有一定的自然接地作用，其自然接地电阻值r ：可按表5 估算，只有当p 3 0 0 q m 时才需要考虑自然接地的作用。因此，在设计线路接地装置时，在p 3 0 0 o 皿的情况下，应考虑充分利用杆塔的自然接地如杆塔的自然接地已符合要 求，就不要用人工接地将其屏蔽起来，即使需要另设人工接地装置，也在考虑 人工接地装置的形状和实际布局时，尽量减少对自然接地体的屏蔽。 表5杆塔自然接地电阻r ：估计值 钢筋混凝土 铁塔 杆塔型式 单 双杆 有3 4 根拉线的 杆单、双杆 单柱式门型 r 。( q )0 3po 2p o 1p0 1po 0 6 p 表6 列出了当合理利用杆塔自然接地时所需扁钢或圆钢的总长度。 架空线路杆塔接地的冲击接地电阻计算：架空线路杆塔接地的主要目的是 防雷保护，那么就不能不关心在雷电流作用下的冲击接地电阻。特别是在土壤 电阻率高的山区，因雷电活动十分强烈，而工频接地电阻降低到合格范围内又 非常困难。这时应经过技术经济比较，采取以防雷为主的措施，尽可能降低冲 击接地电阻 表6当采用合理接地形状时，线路每杆接地所需扁钢或圆钢总长度l ( 埋深0 6 m 以下，m ) 土壤电阻率p ( o m )1 0 0 3 0 05 0 06 0 0 1 0 0 02 0 0 04 0 0 0 r 值( o ) ( t 频) 1 01 01 51 01 51 02 0 1 02 01 02 53 0 当 不计自然接地 采用合 作用时所需扁( 圆1 8 1 04 01 2 43 01 5 81 02 9 0 1 2 4 5 5 02 1 64 0 8 理的按 钢) 总长度l 地形状 合理利用自然 接地作用时所需扁1 46 03 61 2 48 01 5 87 02 9 0 1 2 4 6 5 02 1 64 0 8 时 ( 圆钢) 总长度l 考虑冲击接地的效果 后，需要限制每根射线的长 度，并适当增加射线的根数 1 45 03 61 2 48 01 5 87 02 9 01 2 4 5 5 02 1 64 0 8 此时所需扁( 圆) 钢的总长 度l r 女= o r | ( 6 ) 式中置。杆塔接地装置的冲击接地电阻，o a 一一冲击系数 也杆塔接地装置的工频接地电阻，q 冲击系数与接地装置的型式、土壤电阻率和冲击电流有关，杆塔接地装置 的接地冲击系数f l , ，可用式( 7 ) 式( 9 ) 计算 1 4 1 ) 铁塔接地装置 a = 0 7 4 p ( 7 o + 砷5 6 一e x p ( - 3 0 t p 4 ) 】 ( 7 ) 式中j ，一一流过杆塔接地装置或单独接地极的冲击电流，k a p 土壤电阻率，0 皿。 钢筋混凝土放射型接地装置 a = 1 3 6 p 4 4 ( 1 3 + 压) 【1 5 5 一e x p ( - - - 4 岬4 ) 】 ( 8 ) 钢筋混凝土杆环型接地装置 口= 2 9 4 p 4 ( 6 o + 厄) 【1 2 3 一e x p ( - - 2 o p ) 】 ( 9 ) 2 ) 单独接地极接地电阻的冲击系数，可用式( 1 0 ) 一式( 1 1 ) 计算 垂直接地极 a = 2 7 5 p - o n ( 1 8 + 压) 【0 7 5 一e x p ( - i 5 p z ) 】 ( 1 0 ) 单端流入冲击电流的水平接地地极 a = 1 6 2 户“4 ( 5 0 + 扛) 【o 7 9 一e x p ( - 2 3 f ) 】 ( 1 1 ) 中部流入冲击电流的水平接地极 口_ 1 1 6 p “( 7 1 + 厄) 【0 7 8 一e x p ( - 2 3 p 2 ) 】 3 ) 杆塔自然接地极的冲击系数。杆塔自然接地极的效果仅在p 。 u 5 0 ，如果考虑线路工频电压幅值 u m 的影响，则为u t u 1 + u m u 5 0 。因此，线路的耐雷水平与3 个重要因素有关， 即线路绝缘子的5 0 放电电压、雷电流强度和塔体的冲击接地电阻一般来说， 线路的5 0 放电电压是一定的，雷电流强度与地理位置和大气条件相关，不加装 避雷器时，提高输电线路耐雷水平往往是采用降低塔体的接地电阻，在山区， 降低接地电阻是非常困难的，这也是为什么输电线路屡遭雷击的原因。 加装线路避雷器以后，当输电线路遭受雷击时，雷电流的分流将发生变化， 一部分雷电流从避雷线传入相临杆塔，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。大部分的雷电流从避雷器流入导线，传播到相临 秆塔。雷电流在流经避雷线和导线时，由于导线间的电磁感应作用，将分别在 导线和避雷线上产生耦合分量。因为避雷器的分流远远大于从避雷线中分流的 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，因此，线路避雷器具有很好 的钳电位作用，这也是线路避雷器进行防雷的明显特点。 3 2 5 避雷器的选择及参数的确定 避雷器的选择：1 ) 选择复合绝缘外套氧化锌避雷器 由于常用的避雷器是瓷外套，比较重。安装不便，使用在线路上有一定的 2 2 局限性，而且如果发生爆炸，它的碎片将危及临近绝缘子的运行安全，所以必 须选择一种比较适合于线路上使用的避雷器。 随着国内硅橡胶技术的发展，近些年研制成功的复合绝缘外套氧化锌避 雷器就是一种适合悬挂于线路杆塔上的避雷器，与传统的瓷外套避雷器相比， 它除去了笨重的外套，改用新型硅橡胶复合有机外套，因而它具有重量轻等优 点，甚至在复合外套避雷器损坏时能允许线路继续运行，而其电气特性、保护 特性方面大体与瓷外套避雷器相当。 国际上，美国、日本、俄罗斯等国已大量使用复合外套氧化锌避雷器，在 美国的公路上随处可见运行中的配电变压器都带有复合外套氧化锌避雷器，据 统计美国已有上千万只复合外套氧化锌避雷器在电网中使用，日本也有百万只 复合外套氧化锌避雷器在电网中使用随着我国硅橡胶技术的发展，我国也 相继研制成功了1 1 0k v 、 2 2 0k v 的复合外套氧化锌避雷器，表9 是北京某 公司研制的1 1 0k v 复合外套氧化锌避雷器的电气特性 表91 1 0k v 复合外套氧化锌避雷器电气特性k v 项目电压值 系统电压1 1 0 额定电压 1 0 0 持续运行电压7 3 标称放电电流 1 0 陡波冲击电流下残压 丰2 9 1 雷电冲击电流下残压牛2 6 0 操作冲击电流下残压丰2 2 1 直流lm a 电压术1 4 5 2 ) 选择外部带间隙的复合绝缘外套氧化锌避雷器 悬挂在线路铁塔上的复合绝缘外套氧化锌避雷器有两种：一种是外部带间 隙的复合绝缘外套氧化锌避雷器( 简称g m o a ) ；另一种是外部不串间隙的复 合绝缘外套氧化锌避雷器( w g m o a ) 6 m o a 的外串间隙在线路正常运行时能 够隔离电网运行电压，保持m o a 不承受电压，所以避雷器的额电压可以选得 较低，而且在m o a 故障损坏时允许线路继