【文章內(nèi)容簡(jiǎn)介】 (44)式中，I為雷電流幅值；（kA） 為導(dǎo)線懸掛的平均高度。（m）感應(yīng)雷過電壓的電壓極性與桿塔的電位極性相反，因此，作用于絕緣子串兩端的電壓為 (45)通過上面的公式可以得到：導(dǎo)線懸掛的高度、桿塔的電感、接地電阻的大小、雷電流的幅值直接關(guān)系到雷電過電壓的大小，如果雷電過電壓大于等于絕緣子的50%雷電沖擊放電電壓時(shí)，桿塔將會(huì)反擊作用于導(dǎo)線，在中性點(diǎn)直接接地的配電線路中，有可能使得線路跳閘，此線路的耐雷水平為： (46) 由于我國(guó)60kV以下的電網(wǎng)采用中性點(diǎn)非直接接地，如果雷電流的幅值大于耐雷水平，會(huì)發(fā)生塔頂對(duì)于一相導(dǎo)線的放電，由于工頻電流較小，不能形成穩(wěn)定的工頻電弧，所以不會(huì)造成線路的跳閘，仍能安全的送電，只有當(dāng)另一相發(fā)生反擊時(shí)，造成兩相導(dǎo)線之間絕緣子串的閃絡(luò)，形成相間短路時(shí)，才會(huì)出現(xiàn)大的短路電流，雷擊塔頂，第一相絕緣閃絡(luò)后，可以認(rèn)為該相導(dǎo)線具有塔頂?shù)狞c(diǎn)位，由于第一相導(dǎo)線與第二相導(dǎo)線的耦合作用，兩相導(dǎo)線的電位差為[2]： (47)式中為兩相導(dǎo)線的耦合系數(shù)。當(dāng)大于或等于絕緣子的時(shí)第二相也發(fā)生反擊，形成兩相短路，引起跳閘，由此線路的耐雷水平為[3]： (48)而安裝了避雷線時(shí)的耐雷水平為： (49) 其中：為線路的耦合系數(shù)； 為絕緣子的50%沖擊放電電壓（kV）； 為桿塔接地電阻（Ω）； 為導(dǎo)線對(duì)地平均水平高度； 工程上常采用降低接地電阻，提高耦合系數(shù)作為提高耐雷水平的主要手段。耦合系數(shù)的提高可以減小雷擊塔頂時(shí)作用在絕緣子串上的電壓，也可以減少感應(yīng)過電壓分量，提高耐雷水平。常規(guī)的做法是：將單根避雷線改為雙根避雷線，甚至在導(dǎo)線下方增設(shè)耦合地線，作用是增強(qiáng)導(dǎo)線、地線間的耦合作用[2]。 根據(jù)有關(guān)規(guī)定，35kV及其以下全線不架設(shè)避雷線，主要原因有：中性點(diǎn)不直接接地，不容易跳閘；絕緣水平低，即使架設(shè)避雷線，對(duì)導(dǎo)線的反擊的作用也不是很大，對(duì)于經(jīng)濟(jì)性考慮不適合全線架設(shè)避雷線[10]。但是根據(jù)實(shí)際情況來說，煤礦10kV架空線對(duì)于煤礦的安全生產(chǎn)以及煤礦工人的安全非常重要，因此本設(shè)計(jì)采用全線架設(shè)避雷線。對(duì)于架設(shè)全線避雷線在接下來的具體方案中會(huì)進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)。 降低桿塔的接地電阻 線路的接地電阻直接關(guān)系到線路的耐雷水平，避雷器的作用是當(dāng)線路受到雷擊時(shí)，避雷器優(yōu)先動(dòng)作，將雷電流經(jīng)過接地裝置導(dǎo)入大地，從而保護(hù)絕緣子，避免了發(fā)生閃絡(luò)；避雷線和避雷針則是影響雷電先導(dǎo)，使雷電對(duì)避雷線和避雷針放電，然后經(jīng)過接地裝置將雷電流導(dǎo)入大地，如果接地電阻過大，雷電流就不能及時(shí)的導(dǎo)入大地，因此可能造成反擊，對(duì)線路和設(shè)備造成損害。所以無論采用以上三種方式中的哪一種都離不開設(shè)法降低線路的的接地電阻來取得更好的效果。又因?yàn)樵摱尉€路中原有安裝避雷器的一基桿塔接地電阻高達(dá)29歐姆左右，不符合要求，以下先計(jì)算雷擊時(shí)線路的耐雷水平。雷擊塔頂時(shí)的耐雷水平，由公式 （410）其中：； 取29Ω；*12；取85kV；。通過以上的計(jì)算可以發(fā)現(xiàn)，桿塔的接地電阻直接關(guān)系到雷擊塔頂時(shí)的耐雷水平。雷擊導(dǎo)線附近地面和雷擊導(dǎo)線時(shí)，雖然桿塔的接地電阻沒有直接影響到線路耐雷水平，但是，由于線路耐雷水平比較低，采用了避雷線和避雷器等措施都要依賴到桿塔的接地電阻來迅速的將雷電流導(dǎo)入大地，因此，降低該段線路桿塔的接地電阻是十分重要的。以下是當(dāng)不同接地電阻時(shí)，雷擊塔頂?shù)哪屠姿剑?接地電阻（Ω）2915105耐雷水平（kA） 計(jì)算結(jié)果表明，該段線路的耐雷水平低。尤其是雷擊塔頂時(shí)，因?yàn)闂U塔的接地電阻太高，大大降低了雷擊桿塔時(shí)線路的耐雷水平，若能將接地電阻降到10歐姆以下，線路的耐雷水平可以提高2倍以上。在確定本次設(shè)計(jì)降低桿塔的接地電阻的措施時(shí)，應(yīng)根據(jù)所設(shè)計(jì)的線路原有的運(yùn)行狀況、氣候條件、地理環(huán)境以及土壤因素等條件進(jìn)行分析設(shè)計(jì)。并且還要考慮經(jīng)濟(jì)性的條件，制定合適的設(shè)計(jì)，保證線路的可靠性運(yùn)行，避免投資過高。本次設(shè)計(jì)的架空線地處沙漠，干燥缺水。在下章的具體方案的設(shè)計(jì)中會(huì)進(jìn)行具體的分析設(shè)計(jì)。 加強(qiáng)線路絕緣要考慮線路絕緣首先要考慮雷擊造成的線路閃絡(luò)。配電線路雷擊閃絡(luò)率主要考慮兩個(gè)因素：一個(gè)是絕緣子的閃絡(luò)判據(jù)，取絕緣子的雷電沖擊放電電壓值。另一個(gè)是感應(yīng)雷過電壓的分析計(jì)算。該段線路原有的絕緣子類型為P10T，表43是該種絕緣子的一些基本數(shù)據(jù)[10]:表43 P10T絕緣子串的參數(shù)瓷件高度 (mm）最大直徑(mm）頂線槽(mm）側(cè)線槽(mm）螺紋直徑(mm）爬電距離(mm）擊穿電壓(kV）50%閃絡(luò)(kV）耐受電壓(kV）重量(kg)105145119M161959585752以10kV線路最多發(fā)的感應(yīng)雷為例，根據(jù)公式U=25（I/s），可以計(jì)算得到距離該線路不同距離、不同雷電流作用下感應(yīng)過電壓的數(shù)值如表44所示。中國(guó)在年平均雷電日20 的地區(qū)，雷電流幅值概率為： (411)式中I為雷電流的幅值（kA）。表44 不同距離下感應(yīng)雷過電壓的數(shù)據(jù)感應(yīng)雷過電壓（kV） 雷電流幅值（kA）1020304050雷擊點(diǎn)距離(m)657314670809010095感應(yīng)雷過電壓（kV） 雷電流幅值（kA）50708090100雷擊點(diǎn)距離(m)65219292365708090100190當(dāng)雷擊時(shí)，出現(xiàn)大于88kA的雷電流幅值的概率約為10%，%。 因此研究防雷措施時(shí)更多考慮≤100 kA 的雷電流對(duì)線路的影響。由該表可見，發(fā)生雷擊時(shí)的感應(yīng)雷過電壓大部分情況都超過P10T的50%擊穿電壓85kV，因此當(dāng)發(fā)生雷擊時(shí)，線路的絕緣很可能被擊穿，引發(fā)閃絡(luò)，所以，加強(qiáng)線路的絕緣也是必須考慮的措施之一,在下章的具體方案的設(shè)計(jì)中會(huì)進(jìn)行具體的分析設(shè)計(jì)。 避雷器的安裝避雷器的工作過程可分為三個(gè)階段：限壓、熄弧和恢復(fù)。正常情況下，它處于截止?fàn)顟B(tài)；而在超過避雷器保護(hù)水平的過電壓波到達(dá)的時(shí)候，避雷器立即導(dǎo)通，限制了過電壓的幅值，雷電流瀉入大地以后，還要切斷在雷電流通過火花間隙時(shí)形成的通道中導(dǎo)線流向大地的工頻電流，最后，避雷器恢復(fù)絕緣狀態(tài)。通過此種方式，可有效的對(duì)配電線路中的感應(yīng)雷過電壓進(jìn)行防護(hù)。[2]在架空線路有選擇的安裝避雷器，以下是對(duì)于安裝避雷器的一些建議：（1）在架空線路雷害事故多發(fā)段桿塔進(jìn)行安裝；（2）在架空線路分支處桿塔安裝避雷器；（3）在配電變壓器、開關(guān)、刀閘等重要配電設(shè)備處安裝避雷器；（4）在線路T接處安裝避雷器進(jìn)行保護(hù)。在本次10kV架空線防雷設(shè)計(jì)中根據(jù)線路電壓等級(jí)，選用YH5WS17/50型氧化鋅避雷器，以下是此型號(hào)避雷器的參數(shù)和伏安特性曲線[10]。 表45 YH5WS17/50型氧化鋅避雷器的參數(shù) 避雷器型號(hào)額定電壓（kV）系統(tǒng)標(biāo)稱電壓（kV）持續(xù)維持電壓（kV）直流參考電壓（kV）最大殘壓（kV）YH5WS17/50171025直流參考電壓下最大泄露電流4/10u沖擊電流200us方波通流容量（2ms）操作沖擊下殘壓雷電沖擊下殘壓陡波沖擊電流下殘壓25407560本次設(shè)計(jì)采用的是ATPEMTP仿真軟件對(duì)安裝避雷器前后線路過電壓進(jìn)行仿真，分析安裝避雷器對(duì)于10kV架空線防雷的影響。本設(shè)計(jì)采用電磁暫態(tài)仿真軟件 ATPEMTP對(duì)安裝線路避雷器前后的10kV線路的過電壓水平進(jìn)行仿真，絕緣子采用電壓控制開關(guān)來模擬，避雷器采用非線性電阻來模擬，線路模型采用LCC中參數(shù)恒定的Bergon模型，波阻抗可取300Ω，避雷器的參數(shù)以YH5WS17/50型氧化鋅避雷器的參數(shù)為參考，絕緣子串用針式絕緣子p10T（50%擊穿電壓為85kV）的參數(shù)進(jìn)行參考，,接地電阻為15Ω。以下就仿真線路受到雷擊時(shí)，相鄰桿塔上有無避雷器以及不同接地電阻下情況下絕緣子所承受的過電壓。仿真模型圖如圖43： 表46 YH5WS17 /50型避雷器的伏安特性電流A電壓V1047112532150001795321487電流A+00+01+02+03+04電壓V2571830781368424409552776 圖42 YH5WS17 /50型避雷器的伏安特性曲線圖44中曲線1為遭受雷擊時(shí)未加裝避雷器桿塔上絕緣子兩端的電壓，曲線2為遭受雷擊時(shí)加裝了避雷器的桿塔上絕緣子兩端的電壓。對(duì)于曲線1，由于沒有裝設(shè)避雷器，線路遭受雷擊時(shí)，線路的絕緣子被迅速擊穿（線路原有絕緣子為P10T，50%擊穿電壓為85kV）；對(duì)于曲線2，當(dāng)線路遭受雷擊時(shí)，由于線路避雷器的及時(shí)動(dòng)作，雷電流被及時(shí)的泄入大地，在絕緣子上造成小的電壓波動(dòng)，而未達(dá)到絕緣子的50%擊穿電壓，因此，可以看出，線路避雷器在配電線路中的保護(hù)作用是非常明顯的，但是線路避雷器對(duì)于未安裝避雷器的桿塔沒有保護(hù)作用。因此在有其他保護(hù)措施的情況下，建議避雷器應(yīng)該選擇性的安裝。圖43 仿真模型圖 圖44 絕緣子兩端電壓波形圖根據(jù)以上對(duì)于各種防雷措施的分析，本段架空線路的供電可靠性對(duì)于煤礦的安全生產(chǎn)起著相當(dāng)重要的作用，因此，在經(jīng)濟(jì)允許范圍前提下，優(yōu)先考慮架空線路供電可靠性，對(duì)本段線路全線架設(shè)避雷線可以有效的提高線路的耐雷水平，因此就要求線路有較好的絕緣水平和合理的接地電阻，此外，線路避雷器的安裝可以有效的減小雷電流幅值，降低雷擊跳閘率。所以本段線路的10kV架空線避雷防雷措施設(shè)計(jì)方案為：1全線架設(shè)避雷線；2降低桿塔的接地電阻；3加強(qiáng)線路絕緣；4選擇性的安裝線路避雷器。在下一章節(jié)將具體分析方案的實(shí)施細(xì)則。 第五章 防雷避雷方案的確定在上一章對(duì)于本設(shè)計(jì)用到的防雷措施的基本情況進(jìn)行了分析，這一章會(huì)對(duì)具體的措施進(jìn)行計(jì)算與仿真分析其可行性，制作具體的方案。本段線路的避雷防雷措措施為：1全線架設(shè)避雷線；2降低桿塔的接地電阻；3提高線路的絕緣水平；4選擇性的安裝線路避雷器。以下是對(duì)著幾種方案的具體分析。 全線架設(shè)避雷線根據(jù)煤礦電工手冊(cè)的規(guī)定避雷線的截面積一般不小于25。[12]架空送電線路避雷線截面的選擇，應(yīng)該與導(dǎo)線相結(jié)合，根據(jù)《送電線路設(shè)計(jì)規(guī)定》， 按照如下表格選擇。表51避雷線與導(dǎo)線配合表避雷線型號(hào)GJ25GJ35GJ50GJ70導(dǎo)線型號(hào)LGJ35 LGJ50 LGJ70LGJ95 LGJ120 LGJ150 LGJ185 LGJQ150 LGJQ185LGJ240 LGJ300 LGJQ240 LGJQ300 LGJQ400LGJ400 LGJQ500 根據(jù)本段線路原有的線路數(shù)據(jù)得到：本段線路導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ70，因此，根據(jù)有關(guān)規(guī)定得到避雷線的型號(hào)應(yīng)該選擇GJ25。根據(jù)電工手冊(cè)得：避雷線鋼絞線GJ25的結(jié)構(gòu)和技術(shù)指標(biāo)[10]如表52所示：鋼芯鋁絞線LGJ70的結(jié)構(gòu)與技術(shù)指標(biāo)如表53：[10]本段線路導(dǎo)線型號(hào)為L(zhǎng)GJ70，因此，避雷線的型號(hào)應(yīng)該選擇GJ25。GJ25的應(yīng)力校驗(yàn)可見附錄，本段線路的三相導(dǎo)線呈“上”字形排布如圖51所示：表52避雷線鋼絞線GJ25的技術(shù)指標(biāo) 彈性系數(shù)（kg/mm2）熱膨脹系數(shù)106（1/℃） 計(jì)算重量（kg/km）制造長(zhǎng)度（不少于）（m）60004000標(biāo)稱截面（mm2）實(shí)際截面（mm2）結(jié)構(gòu)尺寸根數(shù)/直徑（mm）計(jì)算直徑（mm）直流電阻（Ω/km） 拉斷力（N）257/ 4000 標(biāo)稱截面（mm2）實(shí)際截面（mm2）鋁鋼截面比結(jié)構(gòu)尺寸根數(shù)/直徑（mm）計(jì)算直徑（mm）拉斷力