我国输电线路防雷保护现状及防雷新技术综述.ppt
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1、武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,我国输电线路防雷保护现状及 防雷新技术综述 国家电网公司武汉高压研究所 易 辉,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,内容,1.概述 1.1输电线路的绝缘配合 1.2输电线路的防雷保护仍是我们工作的重点 2 输电线路雷害故障及其特点 2.1 国外线路的雷击故障率 2.2 我国线路的雷击故障率的典型值 2.3 输电线路雷击故障值得注意的几个特点,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,内容,3 减少线路雷击故障的途径及防雷保护措施 3.1 影响输电线路防雷特性的各种因素 3.2 降低
2、线路雷击跳闸率的思路 4.线路防雷新技术 4.1 工程防雷计算的新进展 4.2 同塔双回线路采用差绝缘的防雷效果 4.3 线路避雷器防雷保护效果 4.4 可控放电避雷针 4.5 半导体消雷器 4.6 线路综合防雷措施 5 结束语,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,1 概述,输电技术的发展方向是因地制宜地运用交流输电和直流输电,强化网络结构,优化联网方式。交流输电的发展趋势是大容量、远距离、高电压输电,开展特高压百万伏级输电技术的科研储备技术。直流输电的发展是多端直流输电系统,以及对直流成网的可能性与必要性进行研究。 以三峡电网为中心的全国联网正在逐步实施,形成全国
3、统一电网已不是遥远的未来。电力电子技术大量进入电力系统,也蕴酿着电力系统在技术上和管理上的变革;全国性大电网是一个地域分布十分广阔运行工况十分复杂的大系统,这就要求我们不断提高技术和管理水平。,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,1 概述,全国输电线路的技术管理,运行维护水平的高低等直接关系到电网的可靠度及可用率。从总体情况看,我国输电线路的运行水平在世界上处于较为先进的状况,但线路防雷保护我们还有大量的工作要去做,因为在防雷理论的研究这方面较经济发达的国家,我国还有一定的距离。,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,1.1 输电线路的绝缘
4、配合,架空输电线路的绝缘水平是指绝缘子的类型及片数、导线对杆塔构架空气间隙、对避雷线间的空气间隙、对地及对各种跨越物最小允许间隙距离的确定。线路的绝缘水平应考虑线路的最高工作电压、暂时过电压、操作过电压和雷电过电压。一般而言,高压输电线路的绝缘水平由雷电过电压来复核和控制。 长期以来,人们一直认为超高压电网中由于绝缘水平的增强,线路耐雷水平提高,雷击则退到次要位置,操作过电压在绝缘配合中起主导作用,实际上,超高压输电线路所承受的工作电压、操作过电压和雷电过电压,与线路绝缘的耐受能力以及限制电压的各种措施,组成了一个相互联系的有机整体,而这三种电压对超高压系统的绝缘配合,运行可靠性的影响,谁起主
5、导作用,决定于具体情况和条件,是发展变化的。,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,1.1 输电线路的绝缘配合,随着对操作过电压的深入研究,以及保护设备性能的提高及保护措施的不断完善,500kV系统的操作过电压水平已降至2.0p.u及以下,330kV系统的操作过电压水平也已降至2.2p.u及以下,操作过电压已不再是超高压线路绝缘的控制因素。,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,1.2 输电线路的防雷保护仍是我们工作的重点,我国的输电线路运行水平东与西、南与北差别较大,其主要原因有纬度、气候条件、地形地貌的差异,也有维护管理上的差别,因而线路
6、跳闸率有较大差异,但从全国平均数来看,基本状况见表1。 表1 近年全国各电压等级线路故障跳闸率(平均数) 单位:次/100kma,年份,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,1.2 输电线路的防雷保护仍是我们工作的重点,雷害事故在输电线路总事故中占有很大的比例。据统计,1988年北京共发生11起雷击事故,击坏输电线绝缘子多起,击断导线两条。1990年珠江三角洲地区雷雨,使广东电网220kV芳顺线受雷击,导致11个220kV变电站全停,造成广州、佛山、肇庆、韶关等市大面积停电。浙江省电力公司1994年的统计结果称:“据十多年来我省线路跳闸事故分析统计,因雷害引起的线路故
7、障占线路总故障次数的70%80%”。而许多地区的这一比例也在50%70%之间。贵州省2003年的雷击跳闸率为70.2 %。,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,1.2 输电线路的防雷保护仍是我们工作的重点,雷害较为严重的地区及省份有:福建、广东、广西、华东、贵州、四川、东北、华北等。从最近几年线路运行统计的结果来看,例如,1997年度输电线路的污闪跳闸及事故比1996年度降低了约90%,但雷击跳闸有增无减。可见防雷保护仍是当前输电线路运行维护工作的最重要任务之一。,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,2 输电线路雷害故障及其特点,35kV
8、及以下电压等级的输电线路雷害的形式有两种,一个是感应雷,另一个是直击雷;110kV及以上电压等级的输电线路雷害的原因则只有直击雷,这一点是人们熟知的,但对于反击和绕击的判断则主要是根据经验和少得可怜的故障现象,因而多有判断失误,这对于有针对性地采取防雷对策,十分不利。,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,2.1 国外线路的雷击故障率,世界各国的线路防雷保护工作参差不齐,当然这里有地理位置地形地貌以及纬度的差异,例如加拿大的高压线路甚至于500kV超高压线路由于处于少雷区(15个雷电日以下),他们不装设架空地线,而在20个雷电日及以上的地区,500kV线路才装设架空地
9、线。 世界上几个主要国家的各级输电线路的雷击跳闸率统计值见表2。,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,表2 国外各级线路的雷击跳闸率(单位:次/100kma),国别,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,2.2 我国线路的雷击故障率的典型值,我国的防雷保护工作就平均水平而言与世界各国相比较,处于较为先进的水平,我国各电压等级线路雷击跳闸率范围、目标值以及实际运行统计见表3。 表3 各电压等级线路雷击跳闸率范围、目标值及运行统计值表,类别,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,2.3 输电线路雷击故障值得注意的几个特
10、点,2.3.1 雷电活动强弱年份不同有差异 雷电活动的强弱不同的年份差异较大,同一条线路不同年份的雷击故障率相差达10倍,例如表4。 表4 500kV天平线I、II回线路雷击跳闸率历年统计表,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,2.3.2 保护角大的线路雷击故障率较高,这里我们可以看一看俄罗斯的线路运行数据,见表5。(1992年的统计值),。,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,2.3.3 斜山坡地区,一回线路对另一回线路的屏蔽,在分析500kV天平I、II回线路雷击故障的时间次序时,我们发现,天平II回投产前,天平I回发生过外侧(坡下侧
11、)边导线遭绕击的故障(天平I回90#、185#、370#、422#杆),而天平II回投产后,天平I回再也未发生外边坡侧导线的绕击故障,而雷电绕击均发生在天平II回线路的外边坡侧导线。从天平I、II回线路走向来看,天平I回位于南岭山脉南坡靠近山顶侧,天平II回与I回除个别地段局部分开外,绝大部分平行(相距仅80120m)II回位于I回南下坡侧。 低空雷云(强度为1530kA的弱雷云团)沿山体移动时,首先,击中II回外边坡侧的相导线,而天平I回,由于II回的屏障作用则得到了保护,即II回线路对I回线路产生了“屏蔽效应”。,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,2.3.4
12、小保护角塔仍会屏蔽失效,华东地区,特别是浙江省山区地带,连年发生雷击500kV线路故障: 1992年7月,500kV繁窑线395#塔及北兰线295#塔相继发生雷击事故;1993年4月500kV兰窑线19#塔发生雷击事故;1994年7月繁窑线467#塔又发生雷击事故。 在这几起事故中,遭受雷击的杆塔有一个共同的特点,即都为ZM1塔型,这种塔型边导线保护角为7.2,按目前国际上通用的EGM方法来进行分析计算,理应在有效保护范围之内。,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,2.3.4 小保护角塔仍会屏蔽失效,事实上,EGM理论是根据保护角较大,杆塔高度较低的线路运行经验总结
13、而成的(美国依据345kV线路,观测了长达8年的统计值),有一定的适用范围。由于放电的分散性,超出绕击区外定位的先导,仍有一定的绕击率,只是定位点离开等效绕击区越远,绕击概率逐渐降低。以500kV繁窑线395#塔为例,计算得出最小绕击闪络电流(17kA)所作的暴露弧恰处于超出绕击区的临界条件,考虑到放电的分散性,应仍有一定的绕击概率。为了验证我们的计算及分析,分别在华中科技大学及武汉高压研究所进行了模拟试验,模拟试验采用缩小比例的试验(华中科技大学的比例为143:1,武汉高压研究所的比例20:1),试验结果表明:由于空间绕击曲线分布的不同,在对此曲线进行修正后,可以看到,在完全屏蔽区外的空间仍
14、有绕击的可能,这部分雷击将导致雷击跳闸事故。,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,2.3.5 山区线路以绕击为主,220kV新安江杭州I回线路于1960年9月投入运行,几十年来浙江省电力公司试验研究所利用磁钢棒做了长期大量的雷电观测记录工作并研究了很多防雷改进措施。这里摘录该线路21年间累计40次雷击闪络的情况,见表6。 表6 220kV新杭I回线路雷击故障分类情况,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,2.3.6 雷击档中引起的反击闪络不容忽视(流动波过电压),对新杭I回的长期观测还对雷击点的位置进行了分类统计详见表7。,武汉高压研究所
15、湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,2.3.7 耦合系数大的导线反而遭绕击次数多,一般认为,与地线耦合作用大的相导线较耦合作用小的相导线不太容易遭绕击,然而,对于垂直排列的三相导线而言,下导线尽管耦合系数较小,但其保护角也较小,上导线耦合系数大可保护角也大,所以上导线遭雷击的次数多。 这里还对造成绕击雷击点的位置也进行了统计,详见表8。,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,表8 220kV新杭I回绕击点位置,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,关于绕击,上导线遭绕击次数多是因为保护角相对于中下导线而言较大。 而下导线绕击次数比
16、例达21.7%也说明尽管下导线保护角较小,而由于地形高差及斜山坡角度的影响而使得下导线暴露弧增大。,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,2.3.8 易击段和易击点,大量的运行管理工作实践和运行经验告诉我们,输电线路存在“易击段”和“易击点”,这主要是“雷暴走廊”和雷暴活动的规律性造成的。这需要我们在较为长期地观测积累数据,才能找准这些“易击段”和“易击点”。,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,3 减少线路雷击故障的途径及防雷保护措施,3.1 影响输电线路防雷特性的各种因素 (A)接地电阻 当杆塔塔型、尺寸与绝缘子型式和数量确定后,影响线
17、路反击耐雷水平的主要因素是杆塔的接地电阻值,表9是500kV典型酒杯塔及500典型直线塔不同接地电阻,所对应的耐雷水平的计算值。,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,表9 500kV交直流线路耐雷水平与杆塔接地电阻的关系,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,(B)地线与边导线的保护角,保护角实质表示了地线的屏蔽作用,在EGM(电气几何模型)方法中,这一效应可以用导线与地线垂直平分线的位置来表示。保护角变大,垂直平分线斜率增加,绕击区加大,从而使绕击区增加,一般而言,根据计算当20之后,绕击就会显著增加。,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区
18、珞喻路143号 http:/,(C)杆塔高度h,当塔高增加时,绕击数也会增加。而且塔高h较大时,会趋于饱和,杆塔高度增加,地面屏蔽效应减弱,这相当于EGM分析时抛物线相对位置有所变化,即绕击区变大,使更多的雷不击中地面而击中导线。而当杆塔相当高时,地面屏蔽作用已变得很弱,几乎所有落入垂直平分线以下区域的雷击能击中相导线,所以绕击数将趋于饱和,不再随塔高而增加。因此,从减少绕击的观点,应尽量减少保护角和降低杆塔高度。,武汉高压研究所 湖北省武汉市洪山区珞喻路143号 http:/,(D)线路绝缘水平与波阻抗,在绕击事故中,小雷电流所占的比例较大,线路总的落雷数以及击中线路的雷电流幅值的分布情况,
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