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                架空输电线→路雷击产生条件及防雷应对分析

                添加时间:2018-11-21 17:01:55   浏览:

                     雷电活动比较复杂人们对它的认识有限,输电线路会经常遭受雷电的袭击,严重影响了电网的安全稳定运行。提出了雷云对地(或对▃输电线路)发生雷击放电的【条件是:在近地◇区域必须有集中电荷存在,并认为雷电的绕击是由于集中电∏荷的飘移所至ξ,对多雷区的确定提供了理论依据。通过长期对雷电活动的观察,并对历年遭受雷击的线路杆塔所处的地形和气候进行综合分析,认为在地面上一定高度范围内存ω在电荷相对疏散的空间带,对高空雷云对地雷击放电起了〓阻碍作用,由此提出了输电线♂路的防雷对策。

                1、雷电产生的原因及其形式
                大气的运动和变化,产生了各种天气现象。冷暖空气的强对流是产生雷雨天气的条件,空中电荷是由于大气对流摩擦产生的,并在地球磁场的作用下进行分离,正电荷向上移动,负电荷向下移动,形成了带ω 正、负电荷的云团,当正、负电荷积累到∏一定密度,空中电场异『常高时,形成先导放电,进而产生主放电,雷电也就产生了。

                        雷云与雷云之间的放电,是雷电的主要形式。在离地面200~4500m的范围内是大气对流活动最活跃的区域,在该区▲域产生的雷电次数多,频率大,但这种雷电对地面上的输电线路及其它设施,基本〓没有危害,因而它不是我们关注的焦点。我们特别关注的是带电雷云对地放电产生的雷击,它时常会伴随财产损失和人员伤害,弄清它产生的条件和机理,对综合防雷对策的制定至关重要。

                2、输电线路遭受雷击的特点
                从收集的大量资料显示,输电线路雷击跳闸有以下几个特点:
                1)输电↓线路遭受雷击后,发生绝〓缘子闪络的杆塔相对集中,区段比较明显,这显示雷电活动遵循一定客观规律。
                2)输电线路遭受雷击,与所处的地形有直接的关系,不能以架空线路杆塔所在位置的高低作为判断杆塔是否会遭受雷击的判断依据,部分线路杆塔位置相对较低,但仍然遭受多次雷击。
                3)随电压等级的←升高,线路产生边相故障跳闸的几率增大,说明线路发生绕击的可能性也增大。
                4)从开关保护动作情况来看,雷击不管造成单相或多相故障,重合闸重合成功的几率很高,约为70~85%。
                5)由于输电线路雷击导线的耐雷水平低,每当输电线路发生绕击后,引起线路故障跳闸的概率非常大。

                3、雷云对地(或对输电◥线路)发生雷击放电的条件
                        带着以上这些困惑和疑问,经过查阅大量╲的资料和书籍,并对历年遭受雷击杆塔的地理环境条件、气象条件进行综合分析后,得出雷云对地(或输电线路)发生雷击放电的先决条件是:在近地区域(离地200 m范围内)必须有形成电荷集中的区域存在。换句话说:在线路通道〒上或者通道附近,如果没有形成电荷集中的区域存在,输电线路遭受雷击的概率极小,几乎不会发生。


                1)通过综合分析认为在通常情况下,高空强大电荷与地面之间形成的电场加速了地面上一定高度范围内电荷的中和速度,使ξ 得地面上方形成一个电荷相对疏散的空间带,这个电荷疏散的〖空间带对高空雷电着陆起到很大的阻碍作用,对地卐面设施起到了很好的保护作用,这是为什么有些高山上的输电线路长期不会遭受雷击的真正原因。

                2)雷雨天气里,由于地形◣条件的不同,在近地区域内,空∩间电荷分布是不均匀的, 某些区域电荷分布比较集中,某※些区域的电荷比较疏散。从输电线路运行分析看出,电荷集中区域就是输电线路雷击高发区,电荷疏散区域输电线路发生雷击的概率极小,从而认为集中电荷对高空雷云对地发生雷击放电起了非常重要的桥梁作用,它相当于将高空雷云的强大电荷与地面搭起一座桥梁,形成一个放电↘通道,从而使高空中的雷电着陆。

                        空☆中雷云在风力的作用下快速移动,移动的雷云在近地区域(离地200 m范围内),由于受地面山体或高层建∏筑物的影响,移动速度变缓。如果在雷云移动的前方,有高山阻碍,雷云就会放慢速度,并改变原来的运动方向;或者当雷云前行的通①道逐渐变窄,雷云的移动速度也会越来越慢,在变窄的区域Ψ 就会不断积累电荷,进而形成电荷集中。因此,形成电荷集中的地理环境条件是:要有一定高度的山脉所形成的喇叭口(或口袋形),能有效地降低近地区域雷云的移动速度(这是多雷区的重要特征),使该区域产生电荷集中。

                3)什么时间雷云对地(或对输电线路)发生雷击放电,光有区域♀存在还不行,还要看雷雨时的主导风向和电荷集中的程度。由于地↓型的复杂性,不是所有的风都能形成电荷集中,只有当风向及其大小同时具备使某区域产生电荷集中的时候,才具备雷云对地(或对输电线路)雷击放电。雷雨时的主※导风向及其大小是由气象条件所决定的,气象变化的复杂性∞∞,决定了雷电活动的复杂性。

                        电荷集中的中心(以下称电荷中心)电荷密度大,电场强度高,是雷电先导向地面发展的必经通↙道。电荷中心所处的位置,决定了雷电先导发ζ 展的方向,也就是说:电荷中心的电荷飘移(电荷移动)方向,就是雷电先导的发展方向【,这是产生雷电绕击的真正原因。

                 

                4、应用现有的雷电活动理论不能作【出合理解释的一些现象
                1)大多数输电线路杆塔路径走得很高,而长期不发生雷击,而有的杆塔位置相对较低而偏偏】遭雷击。
                2)对于三相导线垂直排列的双回线路,上相导线的保护角比中相导线¤的保护角要小,中相导线对上相导线应有屏蔽作用,在输电线路上时常发◇生雷电绕击到上相导线上引起线路故障跳闸。
                3)有些雷能绕过前方的杆塔,打在后面的杆塔上去。
                4)输电线路接地电阻在不断进行改造,其效果不够理想。
                5)空间电荷是怎样分布的,空间电荷分布对雷◤电活动有什么影响?

                5、带电云︽层的放电形式
                带电云层的放电(电荷中和)形式,概括起来应包括以下两种:
                ① 集中快速放电形式;
                ② 分散缓慢放〖电形式。
                集中快速放电,就是电荷在极短的时间内,使高度集中的电荷快速中和,放电通道被电离,通道阻抗小,放电ω电流大,危害大,破坏力强。这种放电形式主要以闪电(雷电)进行。
                        分散∩缓慢放电,就是电荷没有形成高度集中,电荷的放电没有固定的放电通道,其放电是随机的,通道阻抗极大,放电的范围广,对地面设施没有危害。

                 

                6、山区架①空输电线路防雷对策
                1)首先应根据近地区域形成电荷▅集中的地理环境条件,对输电线□ 路沿线的地形和气象条件作全面的调查分析,确定可 能产生☆电荷集中区域和电荷中心。有条件的供电企业,可绘制出本地区存在的电荷集中区域图。利用该图,对已建输电线路,应根据输电线路路径与电荷集中区域的 相对位置,确定线◣路的易雷击区段及杆塔,判断哪些杆塔容易遭受雷击杆塔和避雷线,哪些杆塔(或导线)容易遭受绕击◆雷,再根据相应情况采取相应的①防雷策略。 在线路初步设计阶段,对所选择的线路路径,能避开易雷击区的,要坚决避开,否则,必须采取有效的综合防雷措施。

                2)处于电荷中心下方的杆塔及避雷线,容易产生雷击↑杆塔和避雷线,因此应以防止雷→击线路杆塔或避雷线时造≡成绝缘子反击闪络为主。雷击线路杆塔时的综合防雷对】策为:①降低杆塔接地电阻Rch;②提高耦合♂系数k;③增加线路绝缘(提高绝缘子串50%冲击闪络电压U50%)等方面采取措施,切实提高输电线路的耐〇雷水平。
                3)处于电荷中心边沿,位置较高『的杆塔,以及下风侧大※跨越输电线路,容易产生雷击导线(绕击),因此应以防止线路绕击为主,同时应防止雷击线路杆塔或避雷线时造成绝缘子反击闪络。其防雷对策为:
                ①绕击时线路的耐雷水平I2:根据DL/T620-1997的∑ 计算方法,35、110、220kV线路↙的绕击耐雷水平分别为3.5、7和12kA左右,可见线路上发生绕击的耐▂雷水平 之低。因此输电线路应尽量避开易雷击区,避免线路从电█荷中心边沿穿过,特别要】避免杆塔处在电荷中心边沿较为突出的山头上。
                ②减小杆塔避@雷线的保护角,应不断设计一些零保护角或负保护角的杆塔供易雷击区杆塔选用,减小杆塔避雷线的保护角,可使附图1中捕雷面Bi Ci弧变小,从而达到减少线路遭受绕击雷的可能性。
                ③在靠▼近电荷中心的边导线上,或者々在横跨杆塔的迎风面应采取安装线路型避雷器(或安装可控避雷针),限制线路上产生的过电压,从而保护输电线路设备。
                ④线路在发生绕击的同时,不要忘记线路仍然会发生雷击杆塔和避雷线,仍然应降低杆塔接ㄨ地电阻Rch,加强线路绝缘等◤措施,降低雷ξ 击杆塔或避雷线时引起的线路故障。

                        在线路通过易雷击区时,要←遵循一个原则:宁可让雷打线路杆塔或■避雷线,而不愿让雷绕击到导线上,因此在线路通过易雷击区时,线路应尽量避免从电荷中心边沿走线,当无法避开时,可选择线路从电荷中心穿越,或让线路沿主导风向的方向架设,达到减少雷击导线的可能性。


                7、雷电的□放电通道,取决于雷电先导的路径
                20世纪60年代中后期,开始应用电气几何模型来分析避雷线屏蔽作用。闪击距离rs与雷电流∮幅值I L的关系如下:rs =9.4I L 2/3 。分析输电线路发生绕击的电气几何模型如附图1。图中,若雷电I Li先导落在Ai Bi弧上,则将雷①击避雷线;若落在Bi Ci弧上,则将雷击导线;若落在Ci Di线上,则将雷╳击大地。中垂线(直线)OK 和抛物线HC1K将空间分□ 成三部分,中垂线以上部分是击中避雷线区,中垂线与抛物线所包围的区域为击中导线区(绕击区),抛物线以下部分是击中地面区。

                        如果线路杆塔在山坡上,直线Ci Di将变成与山坡平行的》一个曲线,导线对雷电流的捕雷面Bi Ci弧变大,绕击的√机会也变大。

                        不仅如此,雷电先导的发展还与电荷中心所处的◣位置有很大关系。如果电荷中心处于输电线路的侧面,由附图1不难看出,雷击导线和地面的机会均存在,如果电荷中心距离输电线路比距离地面№要小时,雷电先导向输电线路方向发展的可能性就大。

                        上述输电线路发生绕击的电气几◤何模型图,是把雷电先导看成是由一个静止不动的空间电荷所形成↓的,在现实生活中要复杂得多,主★要是由于空间电荷的分布(这里所指的空间电荷是指某区域内▲的集中电荷)随主导风向的变化而变化,空间电荷分布的变化和移动,确定了雷电先导发展方向,从而也给输电线路雷击点的确定提╱供了理论依据。

                        防雷措施是否得▽当,最重要的是准确的判定易雷击区,确定电荷中『心区域,拟定集中电荷的飘移方向,按线路杆塔的实际位置,有针对性的提出综合防雷措施,可得到事半功倍的效』果。