CN112054459A - 一种配电线路的雷电防护方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及电网安全防雷保护技术领域，公开了一种配电线路的雷电防护方法，该方法包括：在杆塔上架设架空地线；按照所述杆塔的排列顺序每隔两个杆塔安装一组避雷器；其中，需要安装的杆塔的三相输电线上分别对应安装一个避雷器；将所述杆塔的绝缘子串的雷电冲击闪络电压提高至预设电压值；将所述杆塔的接地电阻的电阻值降低至预设电阻值以下。本发明通过架设架空地线、提高绝缘子串的绝缘水平以及降低接地电阻，来避免避雷器的全线安装，既减少了运维工作量，又减少了过多避雷器损坏带来的线路频繁接地短路故障。
Description
技术领域
本发明涉及电网安全防雷保护技术领域，尤其涉及一种配电线路的雷电防护方法。
背景技术
目前配电线路防雷主要采取安装避雷器的方式，但由于避雷器的保护范围有限，特别是对于历史雷害故障较多、地闪密度较大地区的配电线路，想要对全线进行防护，必需逐基杆塔三相均安装避雷器，这样一方面导致线路雷击防护成本很高，另一方面，大量的避雷器安装在线路上，运维工作量极大，特别是自然界的落雷一般为多重雷，在连续雷击下，避雷器吸收能量极容易超出其承受上限，造成避雷器损坏，损坏后的避雷器如果未及时发现更换掉，将直接造成线路运行时发生频繁接地短路故障，引发大面积停电事故，严重时可能危及人身安全，据统计，雷击导致避雷器故障占避雷器故障总数的82.7％，故障原因主要为雷电流能量超出避雷器的最大允许吸收能量，可见，仅通过全线大量安装避雷器来进行配电线路雷击防护的方法实际应用效果较差，既不经济，避雷器故障率还高，而且运维工作量也大。
发明内容
本发明实施例的目的是提供一种配电线路的雷电防护方法，通过架设架空地线、提高绝缘子串的绝缘水平以及降低接地电阻，来避免避雷器的全线安装，既减少了运维工作量，又减少了过多避雷器损坏带来的线路频繁接地短路故障。
为实现上述目的，本发明一实施例提供了一种配电线路的雷电防护方法，包括以下步骤：
在杆塔上架设架空地线；
按照所述杆塔的排列顺序每隔两个杆塔安装一组避雷器；其中，需要安装的杆塔的三相输电线上分别对应安装一个避雷器；
将所述杆塔的绝缘子串的雷电冲击闪络电压提高至预设电压值；
将所述杆塔的接地电阻的电阻值降低至预设电阻值以下。
优选地，所述架空地线通过地线支架固定在所述杆塔上；其中，所述地线支架安装在所述杆塔的最上层横担处。
优选地，在所述杆塔的三个避雷器中，安装在所述杆塔的塔顶的一相输电线上的避雷器的标称放电电流比其他两个避雷器的标称放电电流大，且安装在所述杆塔的塔顶的一相输电线上的避雷器的通流容量比其他两个避雷器的通流容量大。
优选地，安装在所述杆塔的塔顶的一相输电线上的避雷器的标称放电电流为10kA。
优选地，所述预设电压值为215kV。
优选地，所述预设电阻值为10Ω。
优选地，通过更换地基或采用降阻模块将所述杆塔的接地电阻的电阻值降低至预设电阻值以下。
优选地，所述方法，还包括：
利用电磁暂态程序进行仿真，以模拟不同雷电防护措施下的运行工况；其中，所述雷电防护措施包括安装避雷器、架设架空地线+安装避雷器的组合、提高绝缘子串的雷电冲击闪络电压+安装避雷器的组合以及架设架空地线+提高绝缘子串的雷电冲击闪络电压+降低接地电阻+安装避雷器的组合；
获取不同雷电防护措施下的耐雷水平和避雷器最大吸收能量；
计算不同雷电防护措施下的直击雷跳闸率、感应雷跳闸率及综合雷击跳闸率；
比较不同雷电防护措施下的防护效果，得到架设架空地线+提高绝缘子串的雷电冲击闪络电压+降低接地电阻+安装避雷器的组合的防护措施对应的防护效果最佳。
与现有技术相比，本发明实施例所提供的一种配电线路的雷电防护方法，通过架设架空地线、提高绝缘子串的绝缘水平以及降低接地电阻，来避免避雷器的全线安装，既减少了运维工作量，又减少了过多避雷器损坏带来的线路频繁接地短路故障。
附图说明
图1是本发明一实施例提供的一种配电线路的雷电防护方法的流程示意图；
图2是本发明一实施例提供的一种配电线路雷电防护的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅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作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。
参见图1，是本发明一实施例提供的一种配电线路的雷电防护方法的流程示意图，所述方法包括步骤S1至步骤S4：
S1、在杆塔上架设架空地线；
S2、按照所述杆塔的排列顺序每隔两个杆塔安装一组避雷器；其中，需要安装的杆塔的三相输电线上分别对应安装一个避雷器；
S3、将所述杆塔的绝缘子串的雷电冲击闪络电压提高至预设电压值；
S4、将所述杆塔的接地电阻的电阻值降低至预设电阻值以下。
参见图2，是本发明该实施例提供的一种配电线路雷电防护的结构示意图。由图2可知，架空地线，又称避雷线，是架设在全线杆塔上的，即在杆塔上架设架空地线。优选地，架空地线为一根。
按照杆塔的排列顺序每隔两个杆塔安装一组避雷器，即三个杆塔安装一组避雷器；其中，需要安装的杆塔的三相输电线上分别对应安装一个避雷器。也就是说，在图2中，如果T0安装了避雷器，那么就在T3安装避雷器，T1和T2不用安装避雷器，这样可以避免全线安装避雷器，节省成本，也避免过多避雷器被雷电击中发生故障，从而频繁引起线路接地短路故障，引发大面积停电事故。
将杆塔的绝缘子串的雷电冲击闪络电压提高至预设电压值，也就是加强线路的绝缘水平，可以通过增加绝缘子元件的数量来达到，或者直接更换新的绝缘子串来实现。
将杆塔的接地电阻的电阻值降低至预设电阻值以下，降低接地电阻，可以更快地将雷电引到大地，减少对线路的损坏。
值得提醒的是，上述步骤的顺序没有限定，执行顺序可以进行打乱，可以根据实际情况需要进行调整。
本发明实施例1提供的一种配电线路的雷电防护方法，通过架设架空地线、提高绝缘子串的绝缘水平以及降低接地电阻，来避免避雷器的全线安装，既减少了运维工作量，又减少了过多避雷器损坏带来的线路频繁接地短路故障。
作为上述方案的改进，所述架空地线通过地线支架固定在所述杆塔上；其中，所述地线支架安装在所述杆塔的最上层横担处。
具体地，架空地线通过地线支架固定在杆塔上；其中，地线支架安装在杆塔的最上层横担处，即地线支架一端连接杆塔的最上层横担，另一端连接架空地线，如图2所示。其中，地线支架是通过主材角钢和抱箍固定杆塔上的。地线支架的高度在2-3m之间，且地线支架与杆塔中心的水平距离应不小于300mm。
作为上述方案的改进，在所述杆塔的三个避雷器中，安装在所述杆塔的塔顶的一相输电线上的避雷器的标称放电电流比其他两个避雷器的标称放电电流大，且安装在所述杆塔的塔顶的一相输电线上的避雷器的通流容量比其他两个避雷器的通流容量大。
具体地，在杆塔的三个避雷器中，安装在杆塔的塔顶的一相输电线上的避雷器的标称放电电流比其他两个避雷器的标称放电电流大，且安装在杆塔的塔顶的一相输电线上的避雷器的通流容量比其他两个避雷器的通流容量大。这样处理的原因是，根据运行经验或仿真实验可知，反击塔顶和感应雷击下，杆塔最上相避雷器的吸收能量最大，运行情况较恶劣。在图2中，杆塔的塔顶的一相输电线为A相，即A相的避雷器的标称放电电流比B相、C相的避雷器的标称放电电流大,通流容量也大。
作为上述方案的改进，安装在所述杆塔的塔顶的一相输电线上的避雷器的标称放电电流为10kA。
具体地，安装在杆塔的塔顶的一相输电线上的避雷器的标称放电电流为10kA。另外，该避雷器的通流容量也要大，重复电荷转移能力不小于0.4C。
作为上述方案的改进，所述预设电压值为215kV。
具体地，预设电压值为215kV。目前，典型配电线路绝缘子串的雷电冲击闪络电压U50％为185kV，但绝缘效果还不够好，为了适当提高线路的绝缘水平，将典型配电线路绝缘子串的雷电冲击闪络电压U50％由目前的185kV提高到215kV。
作为上述方案的改进，所述预设电阻值为10Ω。
具体地，预设电阻值为10Ω，即将杆塔的接地电阻降低至10Ω或以下，也就是说，R≤10Ω。
作为上述方案的改进，通过更换地基或采用降阻模块将所述杆塔的接地电阻的电阻值降低至预设电阻值以下。
具体地，通过更换地基或采用降阻模块将杆塔的接地电阻的电阻值降低至预设电阻值以下。当然，还可以采用其他降低接地电阻的方式，例如采用接地电阻降阻剂、采用深井接地、深埋接地极等等。
作为上述方案的改进，所述方法，还包括：
利用电磁暂态程序进行仿真，以模拟不同雷电防护措施下的运行工况；其中，所述雷电防护措施包括安装避雷器、架设架空地线+安装避雷器的组合、提高绝缘子串的雷电冲击闪络电压+安装避雷器的组合以及架设架空地线+提高绝缘子串的雷电冲击闪络电压+降低接地电阻+安装避雷器的组合；
获取不同雷电防护措施下的耐雷水平和避雷器最大吸收能量；
计算不同雷电防护措施下的直击雷跳闸率、感应雷跳闸率及综合雷击跳闸率；
比较不同雷电防护措施下的防护效果，得到架设架空地线+提高绝缘子串的雷电冲击闪络电压+降低接地电阻+安装避雷器的组合的防护措施对应的防护效果最佳。
具体地，利用电磁暂态程序(Electro-Magnetic Transient Program，EMTP)进行仿真，以模拟不同雷电防护措施下的运行工况；其中，雷电防护措施包括安装避雷器、架设架空地线+安装避雷器的组合、提高绝缘子串的雷电冲击闪络电压+安装避雷器的组合以及架设架空地线+提高绝缘子串的雷电冲击闪络电压+降低接地电阻+安装避雷器的组合。在进行仿真前，一般要进行数据收集，包括线路参数、杆塔参数、绝缘参数、雷电定位系统监测到的线路近5年平均地闪密度数据等。除了上述提到的雷电防护措施，还可以模拟不采取任何措施的运行工况作为空白对照。雷电防护措施还可以为架设架空地线、提高绝缘子串的雷电冲击闪络电压等等，即架设架空地线、提高绝缘子串的雷电冲击闪络电压、降低接地电阻、安装避雷器这四种方式的任意搭配。
获取不同雷电防护措施下的耐雷水平和避雷器最大吸收能量，这两个数据是通过仿真得到的。
计算不同雷电防护措施下的直击雷跳闸率、感应雷跳闸率及综合雷击跳闸率，这三个数据是根据行业标准《35kV及以下配网防雷技术导则》中的方法进行计算得到的。另外，还可以计算架空地线屏蔽系数，具体是通过公式
进行计算得到，U'为架设地线后，配电线路上降低的雷电过电压，kV；U为未架设地线前线路上的雷电过电压，kV；Zm为导线与地线之间的互阻抗，Ω；Zc为导线波阻抗，Ω，R为杆塔接地电阻，Ω，hs为地线高度，m，hc为导线高度，m。
比较不同雷电防护措施下的防护效果，防护效果的指标包括耐雷水平、避雷器最大吸收能量、直击雷跳闸率、感应雷跳闸率及综合雷击跳闸率，得到架设架空地线+提高绝缘子串的雷电冲击闪络电压+降低接地电阻+安装避雷器的组合的防护措施对应的防护效果最佳，说明了本发明的雷电防护方法有效可行。
为了加深对上述验证方式的理解，下面通过实例来说明：
未采取任何防护措施下，杆塔两相闪络电流为9.1kA，三相闪络电流为11.3kA，计算得到反击跳闸率为6.13次/100km·a，直击导线跳闸率为6.13次/100km·a，直击雷跳闸率为12.27次/100km·a，感应雷跳闸率为8.42次/100km·a，雷击综合跳闸率为20.69次/100km·a，屏蔽系数η＝0，80kA直击雷电流下避雷器最大吸收能量为79.4kJ；
采取“架空地线+避雷器+加强绝缘+降低接地电阻”的组合式防护方案后，该方案具体为架设1根地线，避雷器每隔2基杆塔安装一组，杆塔接地电阻由目前的20Ω降低到10Ω，线路雷电冲击绝缘水平由185kV提高到215kV，杆塔两相闪络电流提高到51.4kA，三相闪络电流提高到51.7kA，反击跳闸率降低为0.39次/100km·a，直击导线跳闸率降低为1.17次/100km·a，直击雷跳闸率降低为1.56次/100km·a，感应雷跳闸率降低为6.29次/100km·a，雷击综合跳闸率为7.85次/100km·a，屏蔽系数η＝25.4％，80kA直击雷电流下避雷器最大吸收能量降为11.8kJ，仅为之前的15％。采取防护措施后，杆塔直击雷跳闸率是未采取措施时的12.4％，综合雷击跳闸率是之前的37.9％。特别地，当线路绝缘水平由185kV提高到350kV时，感应雷跳闸率将直接由8.42次/100km·a降低到0.49次/100km·a，杆塔综合雷击跳闸率将降低为之前的9.9％，耐雷性能大幅提升，充分证明了本发明的有效性。
综上，本发明实施例所提供的一种配电线路的雷电防护方法，采用“架空地线+避雷器+加强绝缘+降低接地电阻”的组合式防护方法，将架空地线的“粗保护”和避雷器的“细保护”结合起来，实现配电线路全方位的雷击防护，有效提升线路耐雷水平。与目前常用的“仅安装避雷器的防护方式”相比，可显著降低配电线路的雷击跳闸率，减少线路避雷器的安装数量及后期运维工作量，降低避雷器的雷击故障损坏率，具有使用寿命长，年平均投入成本低的优点，特别是对于新建配电线路，若采用本发明中提到的雷击防护方法进行防雷设计，投入成本将进一步降低，架空地线安装费用约为运行线路改造费用的1/4，可有效提升技术经济性。
以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也视为本发明的保护范围。
Claims (8)
1.一种配电线路的雷电防护方法，其特征在于，包括以下步骤：
在杆塔上架设架空地线；
按照所述杆塔的排列顺序每隔两个杆塔安装一组避雷器；其中，需要安装的杆塔的三相输电线上分别对应安装一个避雷器；
将所述杆塔的绝缘子串的雷电冲击闪络电压提高至预设电压值；
将所述杆塔的接地电阻的电阻值降低至预设电阻值以下。
2.如权利要求1所述的配电线路的雷电防护方法，其特征在于，所述架空地线通过地线支架固定在所述杆塔上；其中，所述地线支架安装在所述杆塔的最上层横担处。
3.如权利要求1所述的配电线路的雷电防护方法，其特征在于，在所述杆塔的三个避雷器中，安装在所述杆塔的塔顶的一相输电线上的避雷器的标称放电电流比其他两个避雷器的标称放电电流大，且安装在所述杆塔的塔顶的一相输电线上的避雷器的通流容量比其他两个避雷器的通流容量大。
4.如权利要求1所述的配电线路的雷电防护方法，其特征在于，安装在所述杆塔的塔顶的一相输电线上的避雷器的标称放电电流为10kA。
5.如权利要求1所述的配电线路的雷电防护方法，其特征在于，所述预设电压值为215kV。
6.如权利要求1所述的配电线路的雷电防护方法，其特征在于，所述预设电阻值为10Ω。
7.如权利要求1所述的配电线路的雷电防护方法，其特征在于，通过更换地基或采用降阻模块将所述杆塔的接地电阻的电阻值降低至预设电阻值以下。
8.如权利要求1至7任一项所述的配电线路的雷电防护方法，其特征在于，所述方法，还包括：
利用电磁暂态程序进行仿真，以模拟不同雷电防护措施下的运行工况；其中，所述雷电防护措施包括安装避雷器、架设架空地线+安装避雷器的组合、提高绝缘子串的雷电冲击闪络电压+安装避雷器的组合以及架设架空地线+提高绝缘子串的雷电冲击闪络电压+降低接地电阻+安装避雷器的组合；
获取不同雷电防护措施下的耐雷水平和避雷器最大吸收能量；
计算不同雷电防护措施下的直击雷跳闸率、感应雷跳闸率及综合雷击跳闸率；
比较不同雷电防护措施下的防护效果，得到架设架空地线+提高绝缘子串的雷电冲击闪络电压+降低接地电阻+安装避雷器的组合的防护措施对应的防护效果最佳。
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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 | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication |
Application publication date: 20201208 |