【正文】 摘 要本文分析了雷電這一自然現(xiàn)象對(duì)輸電線路的危害性，通過(guò)對(duì)輸電線路的防雷設(shè)計(jì)的研究，闡述了輸電線路防雷設(shè)計(jì)對(duì)電力系統(tǒng)正常運(yùn)行的重要意義,剖析了電力系統(tǒng)中,如何提高輸電線路防雷水平，從而有效降低輸電線路雷擊跳閘率，減少雷電對(duì)電網(wǎng)安全運(yùn)行影響。本文闡述了輸電線路的雷擊放電原理，介紹了雷電的形成與發(fā)展過(guò)程，以及雷電壓和雷電流的形成過(guò)程及其分類(lèi)，并給出了雷電參數(shù)、耐雷水平、感應(yīng)雷和直擊雷的主要計(jì)算方法。本文介紹了目前我國(guó)輸電線路防雷設(shè)計(jì)中常用的幾種方法，如:合理選擇輸電線路路徑、架設(shè)避雷線、降低桿塔接地電阻、裝設(shè)避雷器、架設(shè)藕合地線、提高線路絕緣水平等，并對(duì)幾種防雷措施分別進(jìn)行了深入闡述和定量分析。關(guān)鍵詞:輸電線路 防雷設(shè)計(jì) 雷電放電 雷電壓 雷電流AbstractLightning is a natural harm of lightning on transmission line，is analyzed in thisthesis. By the lightningshielding designof a transmission line， some issues are investigated in this detail.These issues include the significance of transmission line lightning protection design for the power system normal operation ,how to improve the lightningshielding level of a transmission line， how to lower effectively the lightning tripout rate of a transmission line，and how to decrease the impact of lightning on the safe operation of a Power grid.The principle of lightning discharge to a transmission line s described in this thesis. The forming and developing processes of lightning are introduced. Also introduced are the forming and developing processes of lightning voltage and lightning current，The main calculation methods of the lightning parameters，the lightningresistance level，the inducing lightning and the direct striking lightning are put forward.Several practical ways of lightningshielding design of a transmission line in our country are analyzed. These ways include the reasonable choice of rightofway of a transmission line，the rational design of lightning conductors，the lowering of tower’s grounding resistance，the installation of lightning arresters，the installation of coupling lightning conductors，and the improving of line insulation level，and so on. Some of them are analyzed in detail and studied quantltatively. Key words: transmission line。 lightningshielding design。lightning discharge。 lightning voltage。 lightning current 第1章 緒論電能是現(xiàn)如今能源的主要組成部分，它與其他能源相比較，具有易于轉(zhuǎn)化，輸配簡(jiǎn)單，便于調(diào)節(jié)測(cè)量、準(zhǔn)確控制的優(yōu)點(diǎn)。因此，保證可靠、安全、經(jīng)濟(jì)、高質(zhì)量的供電，對(duì)工農(nóng)業(yè)的生產(chǎn)與人民生活影響很大，因此，合理安全用電已是當(dāng)務(wù)之急。電力系統(tǒng)由各種不同類(lèi)型的發(fā)電廠、輸配電網(wǎng)及電力用戶(hù)組成，它們分別完成了電能的生產(chǎn)、輸送、分配及使用。在目前的電力系統(tǒng)中，主要的發(fā)電場(chǎng)有火力發(fā)電廠、水力發(fā)電廠、原子能發(fā)電廠。除此之外利用風(fēng)能、太陽(yáng)能、地下熱能和潮汐能發(fā)電也在不斷的研究與發(fā)展中，有的具備了一定的規(guī)模。輸配電網(wǎng)的作用是將各個(gè)發(fā)電廠通過(guò)高壓（如220KV、330KV、500KV甚至750KV）線路相互連接，使所有同步發(fā)電機(jī)之間并行運(yùn)行，保證變電所同時(shí)正常工作，并同時(shí)將發(fā)電廠發(fā)出的電能送到各個(gè)負(fù)荷中心。由于每條線路輸送功率大小以及傳輸距離不同，在同一輸電網(wǎng)絡(luò)中可能需要采用幾種不同等級(jí)的電壓，這就要求在傳輸網(wǎng)絡(luò)中采用各種不同容量的升、降壓變電所。鑒于電能的特點(diǎn)，因此在電能的使用中，必須保證用電的安全。有數(shù)據(jù)表明，輸電線路所出現(xiàn)的故障在整個(gè)電網(wǎng)事故率中占相當(dāng)大的比例，而在眾多輸電線路所出現(xiàn)的故障中，雷擊所導(dǎo)致的事故最嚴(yán)重，尤其是在地形條件比較差的地區(qū)，雷擊所引發(fā)的輸電線路不暢的故障更是頻繁，所以，更好的防止輸電線路遭受雷擊，也就意味著輸電線路的事故發(fā)生率能夠盡可能的較小。 保障電力供應(yīng)的穩(wěn)定性、持續(xù)性、安全性是滿足經(jīng)濟(jì)建設(shè)發(fā)展需要?jiǎng)傂孕枨蠹皟?yōu)質(zhì)服務(wù)的社會(huì)價(jià)值的體現(xiàn)。隨著全球氣候異常狀況的加劇，雷電活動(dòng)也異常頻繁。雷害作為主要影響因素之一（雷擊是造成輸電線路跳閘停電事故的主要原因，在電力系統(tǒng)非計(jì)劃停運(yùn)中，雷電事故一般占30%以上，有的地區(qū)甚至達(dá)到80％以上），對(duì)電力安全傳送的影響及危害非常大，輸電線路的雷電防護(hù)也越顯重要，因此解決好線路防雷的問(wèn)題成為電力供應(yīng)中的一項(xiàng)重要工作。雷電的主要危害有以下幾種: [12]1. 電流高壓效應(yīng)會(huì)產(chǎn)生高達(dá)數(shù)萬(wàn)伏甚至數(shù)十萬(wàn)伏的沖擊電壓，如此巨大的電壓瞬間沖擊電氣設(shè)備，足以擊穿絕緣層使設(shè)備發(fā)生短路，導(dǎo)致燃燒、爆炸等直接災(zāi)害。2. 電流高熱效應(yīng)會(huì)放出幾十至上千安的強(qiáng)大電流，并產(chǎn)生大量的熱能，在雷擊點(diǎn)的熱量會(huì)很高，可以導(dǎo)致金屬的熔化，引發(fā)火災(zāi)和爆炸。3. 雷電流機(jī)械效應(yīng)主要表現(xiàn)為被雷擊的物體發(fā)生爆炸、扭曲、崩潰、撕裂等現(xiàn)象導(dǎo)致財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。4. 雷電流靜電感應(yīng)可以使被擊導(dǎo)體感生出與雷電性質(zhì)相反的大量電荷，當(dāng)雷電消失來(lái)不及流散時(shí)，即會(huì)產(chǎn)生很高電壓，發(fā)生放電現(xiàn)象從而導(dǎo)致火災(zāi)。5. 雷電流電磁感應(yīng)會(huì)在雷擊點(diǎn)周?chē)a(chǎn)生強(qiáng)大的交變電磁場(chǎng)，其感生出的電流可引起變電器局部過(guò)熱而導(dǎo)致火災(zāi)。6. 電波的侵入和防雷裝置上的高電壓對(duì)建筑物的反擊作用也會(huì)引起配電裝置或電氣線路斷路而燃燒導(dǎo)致火災(zāi)。7. 雷電流能破壞電力系統(tǒng)的各個(gè)元件，有可能造成發(fā)電機(jī)、電力變壓器、斷路器和其它電氣設(shè)備絕緣損壞，線路上的絕緣子也會(huì)因?yàn)槔讚舳l(fā)生閃絡(luò)或碎裂、導(dǎo)線燒斷和木質(zhì)電桿被雷劈裂等事故。隨著全球氣候異常狀況的加劇，雷電活動(dòng)也異常頻繁。雷害作為主要影響因素之一（雷擊是造成輸電線路跳閘停電事故的主要原因，在電力系統(tǒng)非計(jì)劃停運(yùn)中，雷電事故一般占30%以上，有的地區(qū)甚至達(dá)到80％以上），對(duì)電力安全傳送的影響及危害非常大。輸電線路雷害事故引起的跳閘，不但影響電力系統(tǒng)的正常供電，增加輸電線路及開(kāi)關(guān)設(shè)備的維修工作量，而且由于輸電線路上落雷，雷電波還會(huì)沿線路侵入變電所[3]輸電線路作為電力傳輸系統(tǒng)的大動(dòng)脈，它將電能傳輸?shù)剿拿姘朔剑沁B接各個(gè)發(fā)電廠、變電站/變電所、用戶(hù)的橋梁,是所有同步發(fā)電機(jī)并行運(yùn)行的重要保證；而且，防雷設(shè)計(jì)也是電氣安全的主要措施，因此輸電線路的安全運(yùn)行，直接影響了電網(wǎng)的穩(wěn)定運(yùn)行和向廣大用戶(hù)可靠供電。輸電線路的安全運(yùn)行在電網(wǎng)中具有舉足輕重的地位，是實(shí)現(xiàn)“強(qiáng)電強(qiáng)網(wǎng)”的需要，也是向工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)、人民生活用電提供不間斷供電的需要。由于我國(guó)地處溫帶和亞熱帶，所以雷電活動(dòng)比較強(qiáng)烈。漫長(zhǎng)的輸電線路穿過(guò)平原、山區(qū)、峽谷，跨過(guò)江河湖泊，遇到的地理環(huán)境和氣象條件各不相同，所以遭受雷擊的概率比較大。據(jù)統(tǒng)計(jì)，我國(guó)電力系統(tǒng)各類(lèi)事故、故障中，輸配電線路的雷害事故占有很大的比例。由于輸電線路對(duì)于保“網(wǎng)”的重要地位，因此，如何減少輸電線路的雷害事故就成為了電力系統(tǒng)中的一項(xiàng)重要研究課題。輸電線路的雷害事故引起的跳閘，不斷影響電力系統(tǒng)的正常供電，增加輸電線路及開(kāi)關(guān)設(shè)備的維修工作量，而且由于輸電線路上的落雷引起的雷電波可能會(huì)沿著線路侵入變電所，造成不可估量的財(cái)產(chǎn)損失和人員傷亡。在電力系統(tǒng)中線路的絕緣最強(qiáng)，變電所次之，發(fā)電機(jī)最弱，若發(fā)電廠、變電所的電力設(shè)備防護(hù)保護(hù)不完善，往往會(huì)引起其設(shè)備絕緣損壞，影響安全供電。由此可見(jiàn)，輸電線路的防雷是減少電力系統(tǒng)雷害事故及其所引起電量損失的關(guān)鍵。做好輸電線路的防雷設(shè)計(jì)工作，不僅可以提高輸電線路本身的供電可靠性，延長(zhǎng)其使用壽命，而且還可以使變電所、發(fā)電廠安全運(yùn)行得到保障。經(jīng)過(guò)幾十年的不斷摸索研究,許多的專(zhuān)家和學(xué)者為了盡可能的降低雷電襲擊的不安全事故的發(fā)生,提高輸電線路安全供電的可靠性,提出了許多有關(guān)防雷設(shè)計(jì)的措施和方案。幾十年前，由于輸電線路的電壓等級(jí)比較低，因此考慮的主要是以防止感應(yīng)雷為主，在這種情況下，采取了在相線下面，架設(shè)了地線，以此來(lái)提高導(dǎo)線與地線的耦合系數(shù)，減少線路上的感應(yīng)過(guò)電壓。后來(lái)，經(jīng)過(guò)幾十年的不斷發(fā)展和大量的研究，并隨著輸電線路的電壓等級(jí)的不斷提高（我國(guó)電力線路電壓等級(jí)有：550KV、330KV、220KV、110KV、35KV、10KV、6KV、380V和220V）,對(duì)雷電的認(rèn)識(shí)也進(jìn)一步加深了，并歸納了表征雷電的一些參數(shù)，至此，輸電線路的防雷水平得到提高。從輸電線路的發(fā)展過(guò)程來(lái)看，防雷研究經(jīng)歷了四個(gè)階段[29]:第一階段（1930年以前）：由于輸電線路電壓等級(jí)較低，所以以防止感應(yīng)雷為主，因此采取的措施主要是裝設(shè)地線，增加耦合系數(shù)，減小線路上的感應(yīng)過(guò)電壓。第二階段(1930—1950年)：主要是以防止雷電直擊輸電線路為主，這一階段，人們對(duì)雷電有了更深的了解，同時(shí)也系統(tǒng)歸納了表征雷電的參數(shù)，并開(kāi)始意識(shí)到直擊雷是電壓等級(jí)較高的輸電線路，如110kV、220kV、特高壓輸電線路發(fā)生跳閘的主要原因，由此，人們經(jīng)過(guò)研究，也產(chǎn)生了如何有效防止直擊雷，使導(dǎo)線得到更好保護(hù)的計(jì)算方法。經(jīng)過(guò)若干年的發(fā)展，輸電線路的電壓等級(jí)越來(lái)越高，同時(shí)線路的絕緣水平也逐漸得到提高，多年的實(shí)踐證明，直擊雷過(guò)電壓是線路發(fā)生跳閘，引發(fā)事故的主要原因，而感應(yīng)過(guò)電壓一般情況下則不會(huì)使絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)。因此，世界上很多國(guó)家對(duì)雷電都進(jìn)行了大量的觀察研究，并在此基礎(chǔ)上提出了用行波理論來(lái)計(jì)算絕緣子串兩端電壓的方法。第三階段(1950—1962年):由于美國(guó)OVEC345kV線路發(fā)生了非常多的絕緣閃絡(luò)，由此引發(fā)了很大的爭(zhēng)論，并且人們對(duì)以前的防雷計(jì)算方法和得到的研究數(shù)據(jù)重新進(jìn)行了評(píng)估。這樣一來(lái)就使得輸電線路的防雷研究有了很大的發(fā)展，從而也在線路的理論分析、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)以及模擬試驗(yàn)和運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等方面有了極大提高。第四階段(1962年至今):人們將模擬試驗(yàn)、現(xiàn)場(chǎng)實(shí)測(cè)、概率統(tǒng)計(jì)方法和計(jì)算機(jī)進(jìn)行了密切聯(lián)系，使得現(xiàn)在的防雷保護(hù)在理論和實(shí)踐上都有了大幅提升。目前，我國(guó)輸電線路防雷設(shè)計(jì)研究主要從以下