CN110222430A - 一种10kV配电线路防雷方法 - Google Patents
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Abstract
本发明实施例公开了一种10kV配电线路防雷方法，通过基于历年雷击数据对配电线路分区划分，并统计计算分区线路抗雷击能力、雷击频率和雷击强度三个指标，综合判断该区域是否需要加强雷击防护措施，从而有效统计运维，降低配电线路安全维护成本，提高线路安全性和可靠性。
Description
技术领域
本发明实施例涉及电气工程技术领域，具体涉及一种10kV配电线路防雷方法。
背景技术
雷电一直是危害电网安全的重大因素，我国沿海地区一半以上的电网事故因雷电导致。现有的传统防雷技术可以使雷害最小化，但难以将其完全消除，这也是一个世界性难题。
近年来全球气候变化明显，极端天气增多，雷电活动更加频繁剧烈。据国际权威机构发布的研究，在可预见的未来数十年，全球雷暴活动将持续大幅增加。
雷电伴随着电力系统的发展，一直是危害电网安全，造成局部或较大范围停电的重大自然因素。每年美国30％以上，欧洲50％以上的停电事故由雷电导致。我国沿海地区一半以上的电网事故因雷电导致。而随着智能电网建设发展，电网面临新能源大量接入、电能大规模跨区域输送、复杂程度增加等挑战。在极端条件下，雷电仍可能触发电网级联事故，造成局部或较大范围停电。
目前的常规防雷模式，保护目标为单个的设备或设施，如线路、变压器、电子设备、变电站等；采用的是相对固定的防护措施，如架空避雷线、避雷针、避雷器、防浪涌设备等；主要原理是将雷电的破坏性能量导入大地或提高防护级别、绝缘强度；主要侧重设计安装阶段。
现有常用电网防雷技术分析：
(1)避雷针及架空避雷线：
避雷针、避雷线在原理上通过将被保护目标附近的雷击引导到自身，并将雷击产生的能量导入大地，从而达到使被保护目标免遭直接雷击的目的。但是参照相关国际标准IEEEStd1243-1997，IEEEStd1313.2-1999(R2005)等，可以发现利用该方法依然有两种情况会导致雷害，即“绕击ShieldingFailure”和“反击Backflashover”。
“绕击”是指直击雷绕开避雷针或架空避雷线，直接发生在被保护的目标如电力线路的相线上，有大量研究表明，在复杂的地形条件下，绕击发生率会增加；此外由于一个直击雷通常包括3～5个回击(第一次称为首击，其余称为后续回击)，往往对雷电的首击防护有效，而雷击放电的后续回击防护失效，即后续放电直击在被保护目标上。优化避雷线的保护角可以改善绕击率，但是由于塔高、施工条件等限制，现实中并不能解决问题。
“反击”是指当直接雷发生在避雷针或架空避雷线上时，由于能量不能被及时泄放，从而在接地点产生一个高电位，导致避雷线与相线直接发生闪络，或者由于较高的地电位而对相关被保护目标产生破坏性作用。根据相关国际标准CEI/IEC60826:2003及IEEEStd1313.2-1999(R2005)，反击的发生率与接地电阻密切相关，但许多地形条件下如山地等，由于土壤电阻率限制而难以长期有效的降低接地电阻。而电网一般远距离大跨度，分布在各种地形条件下，在实际运行中，无法有效保证电网大量杆塔的接地电阻达到安全值。
(2)绝缘水平
提高电力线路的绝缘水平能够相应提高防雷性能，根据相关IEC国际绝缘配合标准IEC60071-2:1996、IEEE国际标准Std1313.2-1999(R2005)，基于合理经济的设计建设原则和实际的施工维护限制，同时也由于要综合考虑操作过电压、污闪等方面，电力线路不能无限制的提高其绝缘水平，应设定在一个相对合理的范围内。按照现有国际标准，电网在实际运行中无法合理经济的使每一条电力线路的绝缘水平最大化。而自然界中雷击的随机性较强，许多情况下将会超过线路的绝缘水平。
(3)避雷器
避雷器在原理上是一种防浪涌设备，在电力线路的相线上加装避雷器能够有效限制瞬间过电压。由于原理上的原因，避雷器本身存在泄露电流，必须加以长期监测和维护。在每个杆塔、每条相线上都安装避雷器并不合理经济，在后期也会产生巨大的维护工作量。另外根据IEEEStd1243-1997等国际标准，避雷器失效/失灵等因素也必须考虑在内。
由于整个电网设备数以百万计，在庞大的基数下，很难保证每个设备、每个原件的防雷性能时刻处于最佳状态；同时根据合理经济等建设原则，也难保证每条线路、每个部件的防雷性能达到最大化。电网规模庞大，小概率事件依然数量可观。利用现有的传统防雷技术可以使雷害最小化，但难以将其完全消除，在实际运行中，电网依然存在大量由于雷击而导致的停电事故，依靠传统防雷技术无法得到解决。
发明内容
为此，本发明实施例提供一种10kV配电线路防雷方法，以解决现有技术中的问题。
为了实现上述目的，本发明实施例提供如下技术方案：一种10kV配电线路防雷方法，包括以下步骤进行：
步骤1：获取10kV配电线路的电气参数、线路区域雷电参数和线路周围建筑物信息；
步骤2：进行10kV配电线路雷击风险评估；
步骤3：根据风险评估方案，安装防雷装置，其中，根据掌握的线路杆塔绝缘子的类型及型号，选择防雷装置的安装金具，并在雷雨季节前将防雷装置安装到线路杆塔上。
步骤4：防雷效果评估，所述应经过一个完整的雷雨季节的实际运行，以验证评估方案的实际应用效果；
其中，所述雷击风险评估包括线路耐雷水平，所述线路耐雷水平评估基于10kV配电线路参数得出。
进一步的，所述10kV配电线路参数包括击穿放电电压U、线路高度H、线路直径D、线路支撑装置等值电感L和冲击接地电阻R。
进一步的，所述线路耐雷水平I为：I＝U/(R+L/2.6+H/2.6)。
优选的，所述雷击风险评估还包括：
(1)基于10kV配电线路划分为不同区段，按照网格划分计算的地闪密度分布和雷电活动频度分布情况，统计线路不同区段地闪密度Fx、平均雷电流幅值Ix；
(3)定义雷电活动数据计算的雷害风险为1，其中地闪密度权重P1，平均雷电流幅值权重P2，且P1+P2＝1；
(4)检索目标配网线路不同区段地闪密度Fx，定义该线路走廊最高地闪密度为Fmax；
(5)通过公式Fx/Fmax求得线路走廊不同区段地闪密度与Fmax的相对值Dx；
(6)通过公式Dx×P1求得该区段的地闪密度风险计算值Ax；
(7)检索目标配网线路不同区段平均雷电流幅值Ix，计算出感应过电压幅值Ux，并求得最大感应过电压幅值Umax；
(8)通过公式Ux/Umax求得线路走廊各区段感应过电压幅值与Umax的相对值Ex；
(9)通过公式Ex×P2求得该区段的平均雷电流幅值风险计算值Bx；
(10)利用公式Ax+Bx求得目标配网线路不同区段杆塔的雷电活动风险评估值Cx，并根据评估值Cx的由高到低排序评估目标配网线路不同区段雷害风险程度。
进一步的，基于所述风险评估值Cx和所述线路耐雷水平综合选择防雷装置。
本发明实施例具有如下优点：
通过有效的雷击风险评估方法，采取对应的防雷装置和措施，极大地提高了10kV配电线路的安全可靠性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明的实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，下面描述中的附图仅仅是示例性的，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图引伸获得其它的实施附图。
本说明书所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明可实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容得能涵盖的范围内。
图1为本发明实施例1提供的一种10kV配电线路防雷方法示意图。
具体实施方式
以下由特定的具体实施例说明本发明的实施方式，熟悉此技术的人士可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本发明的其他优点及功效，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以10kV配电线路参数为例，击穿放电电压U、线路高度H、线路直径D、线路支撑装置等值电感L和冲击接地电阻R
绝缘子击穿放电电压U＝150kV、线路高度H＝10m、线路直径D＝1.14cm、线路支撑装置等值电感L＝8.4μH、冲击接地电阻R＝10Ω；
由公式可得：I＝11.7kA。以此得到线路耐雷水平，从而基于线路耐雷水平作为是否需要加强防雷措施的依据之一。
进而，以此10kV架空线路雷害风险评估为例，对该线路逐基杆塔进行落雷密度数据统计和风险评估计算，按照线路走向绘制线路分区模型，查询线路分区区域历史雷电活动参数，统计分析近三年的雷电活动密度数据。
将此10kV线路按照线路分区地闪次数分布分为四个区段进行落雷密度统计，按照统计结果得到的地闪密度进行雷害风险概率评估结果分为D1～D4，根据差异化雷害风险评估思路，该密度代表线路中雷电活动最频繁的区段，以此为基准分别求得其它各区段相对于该密度的相对值，以客观反映不同区段的雷电活动强烈相对程度。
可以得出D1、D2、D3、D4。按照地闪密度相对值DX及其权重P1按照公式AX＝DX×P1计算不同区段杆塔对应的地闪密度风险评估值得到A1、A2、A3、A4。
通过计算求得UX，并根据公式与BX＝EX×P2求得BX评估值，最后根据公式CX＝AX+BX计算每基杆塔雷电活动风险评估值。其中，P1+P2＝1。
如例1，雷击点离线路距离S为500m，平均雷电流IX＝50KA，线路高度H＝10m，最大感应过电压幅值Umax＝370KV，权重P2＝0.4，P1＝0.6，最大地闪密度Fmax＝4次/km2，密度Fx＝2次/km2，则Dx＝则感应过电压Ux＝25^[(IX×H)/S]＝25KV，相对值Ex＝Ux/Umax＝0.0675，则评估值Bx＝0.027，Dx＝Fx/Fmax＝0.5，Ax＝Dx×P1＝0.3，则Cx＝Ax+Bx＝0.327。
线路耐雷水平折合参数为Rx＝1/I＝0.085，综合参数为Zx＝Cx+Rx＝0.412。Zx越大，则线路越危险，越需要防雷措施。如图1所示，Zo为基准值，基于历年排查统计经验数据所得，当Zx大于Zo时，则风险高，需要加强防雷措施；当Zx小于等于Zo时，则风险低，可排查其他区域。
由此，可看出，如果仅考虑地闪密度，即按照Ax来评估杆塔的风险等级，则很多杆塔的风险是一样的，不能有效区分各基杆塔；如果仅考虑雷电流幅值造成的感应过电压，即按照Bx来评估杆塔的风险等级，则一些杆塔风险评估忽视了雷击强度则与实际不符合。因此，只有同时考虑地闪密度和雷电流幅值引起的感应过电压相对值，按照上述计算CX评估结果进行排序即可评估出该线路中由于雷电活动因素造成的雷害风险程度。
同时，基于对线路耐雷水平进行计算评估，通过考虑线路对雷击的耐受能力，针对性的加强耐受力弱的线路区域，提高防护效能。具体需要防护杆塔以上述雷电风险评估结果由高到低进行排序进行选择考虑到整体防护性能及线路避雷器的防护范围，对于风险高的杆塔适当提高安装密度，以提高线路的耐雷水平，对于风险低的降低安装密度，为配网线路差异化雷害治理工作提供指导作用。
虽然，上文中已经用一般性说明及具体实施例对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。
Claims (5)
1.一种10kV配电线路防雷方法，包括以下步骤进行：
步骤1：获取10kV配电线路的电气参数、线路区域雷电参数和线路周围建筑物信息；
步骤2：进行10kV配电线路雷击风险评估；
步骤3：根据风险评估方案，安装防雷装置，其中，根据掌握的线路杆塔绝缘子的类型及型号，选择防雷装置的安装金具，并在雷雨季节前将防雷装置安装到线路杆塔上；
步骤4：防雷效果评估，所述应经过一个完整的雷雨季节的实际运行，以验证评估方案的实际应用效果；
其中，所述雷击风险评估包括线路耐雷水平，所述线路耐雷水平评估基于10kV配电线路参数得出。
2.根据权利要求1所述的10kV配电线路防雷方法，其特征在于，所述10kV配电线路参数包括击穿放电电压U、线路高度H、线路直径D、线路支撑装置等值电感L和冲击接地电阻R。
3.根据权利要求2所述的10kV配电线路防雷方法，其特征在于，所述线路耐雷水平I为：I＝U/(R+L/2.6+H/2.6)。
4.根据权利要求1所述的10kV配电线路防雷方法，其特征在于，所述雷击风险评估还包括：
(1)基于10kV配电线路划分为不同区段，按照网格划分计算的地闪密度分布和雷电活动频度分布情况，统计线路不同区段地闪密度Fx、平均雷电流幅值Ix；
(3)定义雷电活动数据计算的雷害风险为1，其中地闪密度权重P1，平均雷电流幅值权重P2，且P1+P2＝1；
(4)检索目标配网线路不同区段地闪密度Fx，定义该线路走廊最高地闪密度为Fmax；
(5)通过公式Fx/Fmax求得线路走廊不同区段地闪密度与Fmax的相对值Dx；
(6)通过公式Dx×P1求得该区段的地闪密度风险计算值Ax；
(7)检索目标配网线路不同区段平均雷电流幅值Ix，计算出感应过电压幅值Ux，并求得最大感应过电压幅值Umax；
(8)通过公式Ux/Umax求得线路走廊各区段感应过电压幅值与Umax的相对值Ex；
(9)通过公式Ex×P2求得该区段的平均雷电流幅值风险计算值Bx；
(10)利用公式Ax+Bx求得目标配网线路不同区段杆塔的雷电活动风险评估值Cx，并根据评估值Cx的由高到低排序评估目标配网线路不同区段雷害风险程度。
5.根据权利要求4所述的10kV配电线路防雷方法，其特征在于，基于所述风险评估值Cx和所述线路耐雷水平综合选择防雷装置。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20190910 |