10kV架空線防雷技術(shù)研究

1、論文題目：煤礦10kv架空線防雷技術(shù)研究專 業(yè)：電氣工程及其自動(dòng)化本 科 生：井鵬飛 （簽名） 指導(dǎo)老師：李忠 （簽名） 摘 要我國10kv線路縱橫延伸,地處曠野,雷雨季易遭雷擊。由于10kv系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備絕緣水平和耐雷水平低，因此當(dāng)發(fā)生雷電災(zāi)害時(shí)，造成的損失往往比較大，嚴(yán)重影響到了人們的正常生活生產(chǎn)，有時(shí)甚至能威脅到人們的生命安全。因此配電線路的避雷防雷保護(hù)研究有著十分重要的意義。本設(shè)計(jì)研究的對象是一段為煤礦風(fēng)機(jī)供電的10kv配電線路，一旦該段線路因?yàn)槔讚粼斐商l甚至更嚴(yán)重的情況，井下風(fēng)機(jī)就會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)，對煤礦的生產(chǎn)和礦工的生命安全造成極大的威脅。本文根據(jù)線路的具體情況，首先對線路的雷電災(zāi)害情況

2、進(jìn)行分析，然后提出可以使用的方案，對這些方案進(jìn)行進(jìn)一步的分析，最終確定每種措施的具體實(shí)施方法，具體的措施為：1通過線路避雷器對特殊位置桿塔進(jìn)行保護(hù)；2全線架設(shè)避雷線；3降低桿塔的接地電阻；4加強(qiáng)線路的絕緣。通過以上這幾種防雷措施的實(shí)施，可以提高耐雷水平，使本段線路的供電更加安全可靠。關(guān)鍵詞：10kv架空線路，耐雷水平，安全 subject:the research of 10kv overhead line lighting protection technology in coal minespecialty:electric engineering and automationname:

3、jing pengfei (signature) instructor: li zhong (signature) abstract 10kv distribution line is always set in countryside,there is not so much tall buildings,so when storm is coming.10kv distribution line is easy to be strucked by lightning.because of 10kv distribution lines insulation level is low,whe

4、n lightning occurs it always bring heavy losses to system.it seriously affected the normal life of people production, sometimes even can pose a threat to the safety of peoples life.thus the distribution line lightning protection research is very important. the object of this paper is a power supply

5、line for a coal mines wind machine.once the line tripped or even more severe situation happened because of lightning stroke,the wind machine underground would stop working.it seriously affects the safety in production and the life safety of miners the main task of this article is:first analyzes the

6、basic conditions of the line,and then make a feasible plan.this paper contains the following programs:1 installing lightning line across the line;2 reducing the tower grounding resistance; 3 strengthening the insulation level of the line;4 using line arrester to protect the tower of special position

7、.by using these programs to prove the line lightning protection level to make sure the lines power supply is more safety and reliably.key words：10kv distribution line，lightning resisting level，safety 目 錄第一章 緒論11.1 選題的背景和研究意義11.1.1 課題的研究背景11.1.2 生產(chǎn)需求情況11.1.3 煤礦10kv架空線防雷技術(shù)研究的重要意義21.1.4 防雷技術(shù)的發(fā)展過程21.2 本

8、課題的主要研究內(nèi)容3第二章 雷電概論52.1 雷電的概念52.2 雷電參數(shù)52.3 雷電對線路的影響82.4 配電線路防雷的原則和措施9第三章 線路的基本情況103.1 北翼回風(fēng)斜井供電系統(tǒng)基本情況103.2 現(xiàn)場調(diào)研情況113.3 防雷措施和管理建議12第四章 防雷措施分析144.1 避雷針的使用144.2 架設(shè)避雷線154.3 降低桿塔的接地電阻194.4 加強(qiáng)線路絕緣204.5 避雷器的安裝22第五章 防雷避雷方案的確定265.1 全線架設(shè)避雷線265.2 降低桿塔接地電阻的措施315.3 加強(qiáng)線路的絕緣的方法385.4 重點(diǎn)桿塔安裝避雷器415.5 仿真驗(yàn)證425.6 設(shè)計(jì)改造材料45

9、結(jié) 論47致 謝48參考文獻(xiàn)49附 錄51附錄一 hy5ws-17/50氧化鋅避雷器示意圖與使用環(huán)境51附錄二 避雷線及導(dǎo)線的力學(xué)特性52附錄三 atp-emtp生成的程序53附錄四 p-15t絕緣子示意圖57 第一章 緒論1.1 選題的背景和研究意義1.1.1 課題的研究背景隨著全球氣候異常狀況日益加劇，雷電活動(dòng)也異常頻繁。雷電災(zāi)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)之外，雷電事故一般占30%以上,有的地區(qū)甚至達(dá)到80%以上，對電力安全傳送的影響及危害非常大。1隨著生產(chǎn)水平的不斷提高，煤礦企業(yè)對供電可靠性的要求不斷增長，這不單是為了保證煤礦的

10、生產(chǎn)不受影響。更與礦工們的生命安全息息相關(guān)，檸條塔煤礦位于陜北榆林，該煤礦所在的地區(qū)為荒漠地帶，該段輸電線路沿途缺少高大的植被，雷電直接擊中線路的幾率很高，同時(shí)，由于是荒漠地帶，土壤以沙地為主，導(dǎo)電性能不好，這就使得桿塔的接地電阻過高，雷電一旦擊中線路，就更容易造成線路故障，因此研究該段線路的避雷防雷措施對于該煤礦有至關(guān)重要的意義。1.1.2 生產(chǎn)需求情況本次設(shè)計(jì)所研究的對象為檸條塔煤礦，位于陜西省榆林市神木縣，陜西地處西風(fēng)帶，長城沿線以北為溫帶干旱半干旱氣候，陜北其余地區(qū)和關(guān)中平原為暖溫帶半干旱或半濕潤氣候，雷電天氣主要集中在49月，78月為最盛期。其中榆林市的府谷、神木縣為陜西省雷暴日最多

11、的縣，年平均雷暴日在35d以上。2檸條塔煤礦是陜北榆林地區(qū)的國有重點(diǎn)煤礦，年產(chǎn)量大，本段線路的防雷避雷設(shè)施對于煤礦的正常安全運(yùn)作起著十分重要的作用，不僅是對于生產(chǎn)正常運(yùn)作的保證，而且是對礦工生命安全的保障。21.1.3 煤礦10kv架空線防雷技術(shù)研究的重要意義電力是煤礦生產(chǎn)的主要能源，對煤礦進(jìn)行可靠、安全的供電、提高經(jīng)濟(jì)效益及保證安全生產(chǎn)等方面都有十分重要的意義，而近年來，雷擊引起的配電線路跳閘故障已成為影響煤礦變電所安全可靠運(yùn)行的主要因素。 10kv線路分布很廣，一般都處于野外，雷雨季容易遭受雷擊。由于10kv系統(tǒng)內(nèi)的設(shè)備絕緣水平和耐雷水平比較低，因此,因雷擊線路造成10kv系統(tǒng)單相接地、線

12、路斷路器跳閘事故，在配電線路事故中占有很大百分比。雷擊線路時(shí)，雷電壓能使絕緣子擊碎，雷電流燒斷導(dǎo)線，雷電波自線路入侵配電變壓器線圈使絕緣損壞燒毀。入侵變電所內(nèi)損壞電器設(shè)備對用電設(shè)備造成毀壞，影響正常的生產(chǎn)、生活。3由上述可以看出，煤礦架空線防雷技術(shù)的研究是符合煤礦安全生產(chǎn)需求的，是十分必要的。我們需要用科學(xué)的方法對煤礦架空線防雷技術(shù)進(jìn)行研究，提出煤礦防雷措施，以此來降低雷擊跳閘率，減少配電網(wǎng)雷擊損壞率，減輕電子元件受到的干擾，最終提高配電網(wǎng)供電的可靠性，確保煤礦生產(chǎn)安全經(jīng)濟(jì)的運(yùn)行。31.1.4 防雷技術(shù)的發(fā)展過程長期以來，為了減少雷害事故的發(fā)生，提高供電可靠性，人們采取各種防雷措施對架空線進(jìn)行

13、保護(hù)。10kv架空線的絕緣水平低，雷害事故發(fā)生頻繁。對配電網(wǎng)的影響較大，隨著人們對電力系統(tǒng)供電可靠性的要求越來越高，對電力系統(tǒng)防雷保護(hù)的重視程度也越來越高，更多的新技術(shù)與新材料也越來越廣泛的應(yīng)用于電力系統(tǒng)。(1)避雷器的發(fā)展目前使用的避雷器主要有下列幾種類型：保護(hù)間隙，管式避雷器，閥式避雷器，當(dāng)然有些避雷器已經(jīng)用得很少了，有的避雷器將被性能優(yōu)越的避雷器所代替。保護(hù)間隙有一定的限制電壓的效果，但是不能避免供電中斷，優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單、廉價(jià)，但是缺點(diǎn)是保護(hù)效果差，與被保護(hù)的設(shè)備的伏秒特性不易配合，動(dòng)作后產(chǎn)生的截波，對變壓器的匝間絕緣有很大的影響，因此他往往與其他的保護(hù)措施配合使用。4管式避雷器與保護(hù)間

14、隙相比他具有一定的滅弧能力，但是缺點(diǎn)與保護(hù)間隙的相同。2閥式避雷器又分為普通閥式避雷器磁吹式避雷器和金屬氧化物避雷器。普通閥式避雷器依靠的是間隙的自然滅弧能力，因此其滅弧能力不是很強(qiáng)，另外閥片的通流能力是有限的，所以他只能用于雷電過電壓的保護(hù)，而不能用于時(shí)間比較長的內(nèi)部過電壓保護(hù)，為了改進(jìn)閥式避雷器的性能，因此在普通閥式避雷器的基礎(chǔ)上開發(fā)了一種帶磁吹間隙的閥式避雷器，他的基本構(gòu)造與普通的閥式避雷器相似，主要區(qū)別在于采用了滅弧能力較強(qiáng)的磁吹火花間隙和同流能力較大的高溫閥片。金屬氧化物避雷器的非線性電阻閥片主要是由氧化鋅，另外還有一部分是氧化鉍及一些其他的金屬氧化物，經(jīng)過煅燒混料，造粒，成型，表面

15、處理等一系列工藝完成的，因?yàn)槠渲饕煞质茄趸\，所以也稱之為氧化鋅避雷器，他有一系列的優(yōu)點(diǎn)，如非線性系數(shù)小，保護(hù)性能好，基本無續(xù)流，耐重復(fù)動(dòng)作能力強(qiáng)，通流量大，結(jié)構(gòu)簡單，尺寸小，易于大批量的生產(chǎn)，適用于多種特殊的需要。金屬氧化物避雷器發(fā)展?jié)摿Υ?，是目前世界各國避雷器發(fā)展的主要方向，正在逐步取代傳統(tǒng)的帶間隙的碳化硅避雷器，也是未來特高壓系統(tǒng)關(guān)鍵的過電壓保護(hù)設(shè)備。(2)接地材料的發(fā)展在接地電阻方面，人們采用了多種方法降低電阻，并采用了多種材料，作為接地體，主要包括銅材、鋼材、熱鍍鋅材料等，接地電阻不僅具有降低接地電阻的作用，而且能夠防止接地材料的腐蝕，還能夠加長接地體的使用時(shí)間。使用廣泛的接地工程

16、材料有金屬（常用的如扁鋼）、接地體、降阻劑和離子接地系統(tǒng)等。多數(shù)接地工程都會(huì)選用銅作為金屬材料。物理降阻劑在工程上的運(yùn)用已經(jīng)有20多年的歷史，經(jīng)過不斷地實(shí)踐和改進(jìn)，現(xiàn)在無論是施工工藝都已經(jīng)相當(dāng)成熟。51.2 本課題的主要研究內(nèi)容本課題主要是對于檸條塔煤礦的一段10kv架空線進(jìn)行防雷設(shè)計(jì)。煤炭作為我國的第一能源，在國民生產(chǎn)中扮演著重要的角色，這些年隨著不斷的開采，環(huán)境遭到了嚴(yán)重的破壞，事故頻發(fā)，嚴(yán)重威脅著我國的能源安全生產(chǎn)，需要保證產(chǎn)量和保護(hù)環(huán)境，就要應(yīng)用到一系列的大型電力設(shè)備，以保證安全高效生產(chǎn)和最低程度的污染。雷電對這些電力設(shè)備的安全可靠運(yùn)行構(gòu)成了威脅，因此雷擊事故就成為了煤礦安全生產(chǎn)一大隱

17、患。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容：（1）收集處理線路的相關(guān)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，得到線路的相關(guān)資料，以便于分析雷電的災(zāi)害和考慮可用的防雷避雷方案；（2）針對線路的情況分析選擇可用的防雷避雷措施，具體分析可以使用的避雷防雷措施，對比每一種方案的可行性與必要性。（3）每一種選擇的防雷避雷措施的具體實(shí)施方法。通過上一步的分析，對于選定的方案針對線路情況具體的分析，確定每一種方案的具體實(shí)施方法。 第二章 雷電概論2.1 雷電的概念雷擊是指一部分帶電的云層與另一部分帶異種電荷的云層，或者是帶電的云層對大地之間迅猛的放電。云層對大地的放電，則對建筑物、電子電氣設(shè)備和人、畜危害甚大。2.2 雷電參數(shù) （1）雷暴日和雷電小時(shí)一

18、個(gè)地區(qū)一年中的雷電流活動(dòng)的強(qiáng)弱，通常以該地區(qū)多年年平均發(fā)生的雷暴天數(shù)或雷電小時(shí)數(shù)來計(jì)算。雷暴日是指每年中有雷電的天數(shù)，在一天中只要聽到一聲雷響就算一個(gè)雷暴日；雷電小時(shí)是每年中總共有雷電的所有小時(shí)的數(shù)量，即在一個(gè)小時(shí)內(nèi)只要聽到一聲雷響就算一個(gè)雷電小時(shí)。4 表2-1 地區(qū)雷電強(qiáng)度的分類雷暴日90雷電活動(dòng)特殊強(qiáng)烈地區(qū)雷暴日40多雷區(qū)(如華南某些地區(qū))；雷暴日為1540中等雷電活動(dòng)強(qiáng)度地區(qū)雷暴日15少雷區(qū)(如西北地區(qū)) (2)落雷密度雷暴日和雷電小時(shí)的統(tǒng)計(jì)中，并沒有區(qū)分雷云之間的放電與雷云對地的放電。實(shí)際上，雷云之間的放電遠(yuǎn)遠(yuǎn)多于雷云對地面的放電，雷云之間的放電與雷云與地面之間的放電之比在溫帶地區(qū)一般

19、為1.53.0左右。雷云對地放電的頻繁程度可以用地面落雷密度來表示，是指每個(gè)雷電日每平方公里地面上的平均落雷次數(shù)。實(shí)際上地面落雷密度與年平均雷電日數(shù)有關(guān)，如果雷電日數(shù)增大，則也增大。(3)雷電波阻抗雷電通道在主放電時(shí)如同導(dǎo)體，雷電流在導(dǎo)體中流動(dòng)，和普通的導(dǎo)線一樣，具有某一等值波阻抗，稱為雷電波阻抗。根據(jù)理論研究和實(shí)測分析，我國有關(guān)規(guī)程建議取300400。 (4)雷電流的極性國內(nèi)外的研究表明，負(fù)極性雷占大多數(shù)，大約占到80%。加之負(fù)極性的雷電流傳播的時(shí)候衰減比較小，對于設(shè)備的危害比較大，所以防雷計(jì)算一般都按照負(fù)極性雷電流來計(jì)算。2(5)雷電流的幅值、波形和陡度 雷電流的幅值規(guī)程規(guī)定：雷電流是指雷

20、擊于rj30的低接地電阻物體時(shí)，流過該物體的電流。雷電流的大小與氣象、自然條件等有關(guān)，只有通過大量的實(shí)測才能正確估計(jì)其概率分布規(guī)律。我國電力行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)推薦，一般地區(qū)的雷電流的幅值超過i的概率p可以按以下公式得到： （2-1） 我國西北、內(nèi)蒙古等雷電流活動(dòng)較弱的地區(qū)，雷電流幅值較小，可用下式求出： （2-2 ）式中:i是雷電流的幅值（ka)4。雷電流的波形實(shí)測結(jié)果表明，雷電流的幅值、陡度、波頭、波尾雖然每次都不相同，但都是單極性的脈沖波，在防雷工程中，常常要將雷電流的波形等效為典型模式，可以用公式表達(dá)，便于計(jì)算波形，3種典型模式如下:1） 標(biāo)準(zhǔn)沖擊波 標(biāo)準(zhǔn)沖擊波是一個(gè)的雙指數(shù)函數(shù)波形。式中為某一固

21、定的電流值，其中是兩個(gè)常數(shù)，t為作用時(shí)間。當(dāng)被擊物體的阻抗只是電阻r時(shí)，作用在r上的電壓波形u與電流波形i相同。我國采用國際電工委員會(huì)（iec)標(biāo)準(zhǔn)：波頭，波長，記為1.2/50us。如圖2-12)斜角平頂波其中波頭、陡度由雷電流幅值和波前時(shí)間決定，在防雷保護(hù)計(jì)算中，雷電流波頭采用2.6us,斜角平頂波的數(shù)學(xué)表達(dá)式簡單。如圖2-23）等效余弦波雷電流波形的波頭部分，接近半余弦波，其表達(dá)式為 式中，i為雷電流的幅值（ka)；w為角頻率，由波頭決定，/。這種波僅在大跨越、特殊高塔線路防雷設(shè)計(jì)時(shí)采用。如圖2-3圖 2-1 雷電流的標(biāo)準(zhǔn)波形（雙指數(shù)波）圖 圖2-2 雷電流的等值斜角波形圖 圖2-3 雷

22、電流等值余弦波形圖雷電流的陡度雷電流的幅值和波頭決定了雷電流的上升的陡度，也就是雷電流隨時(shí)間的變化率。雷電流的陡度對過電壓有直接的影響，也是一個(gè)常用重要參數(shù)?？梢哉J(rèn)為雷電流的陡度與幅值為線性關(guān)系，幅值越大，陡度也越大4。2.3 雷電對線路的影響雷電對于輸配電線路的影響主要有直接雷和感應(yīng)雷兩種，由于配電線路的絕緣水平一般比較低且線路中一般沒有避雷線等防雷避雷設(shè)施，直接雷的幅值往往是非常大的，高達(dá)數(shù)百千伏甚至更高，這種電壓對于線路以及系統(tǒng)的破壞性極強(qiáng)，配電線路幾乎是無法防護(hù)的，直接雷的跳閘率約為100%，不過配電線路中直擊雷的發(fā)生概率并不高，對于10kv配電線路影響較多的是感應(yīng)雷的影響，有關(guān)資料顯

23、示，10kv的配電線路中，感應(yīng)雷引起的故障比例在90%以上。5感應(yīng)雷的產(chǎn)生有兩種方式，一種是因?yàn)殡姶鸥袘?yīng)，另一種是因?yàn)殪o電感應(yīng)，但大部分的情況是由這兩種效應(yīng)的綜合作用而成。感應(yīng)雷的幅值與諸多的因素有關(guān)，比如雷電對地放電的電流強(qiáng)度，雷擊點(diǎn)的位置，線路所在地區(qū)的土壤電阻率，線路的架設(shè)高度，桿塔的接地電阻等。相對于直接雷的高強(qiáng)度破壞性強(qiáng)等特點(diǎn)，感應(yīng)雷的影響比他小，但是感應(yīng)雷與直擊雷相比，直擊雷一次只能對線路的一個(gè)點(diǎn)造成很大損害，但是感應(yīng)雷可以大范圍的在多個(gè)地點(diǎn)同時(shí)發(fā)生，對線路的危害范圍更大，而且，感應(yīng)雷的產(chǎn)生可以是由于雷云對地放電，也可以是因?yàn)槔自婆c雷云之間的放電，其發(fā)生的概率遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于直擊雷，對于沒

24、有防雷保護(hù)措施的10kv配電線路，感應(yīng)雷的影響同樣十分的嚴(yán)重。由于感應(yīng)雷的發(fā)生條件相對于直擊雷更容易達(dá)到，所以，線路的避雷防雷設(shè)計(jì)應(yīng)該主要針對于感應(yīng)雷的防護(hù)。2.4 配電線路防雷的原則和措施 暴露在空氣中的架空輸電線受到雷擊時(shí)有以下四種可能：雷擊線路附近地面，雷擊塔頂及塔頂附近避雷線，雷擊檔距中央的避雷線，雷擊導(dǎo)線。輸電線路防雷的主要任務(wù)是：采用技術(shù)上與經(jīng)濟(jì)上的合理措施，使系統(tǒng)雷害降低到運(yùn)行部門能夠接受到的程度，保證系統(tǒng)安全可靠運(yùn)行。 措施有：（1）防止雷直擊導(dǎo)線，可以沿線架設(shè)避雷線，有時(shí)還要裝避雷針與其配合。（2）防止雷擊塔頂或避雷器后引起絕緣閃絡(luò)，可以降低桿塔的接地電阻，適當(dāng)加強(qiáng)線路絕緣，

25、在個(gè)別桿塔上采用避雷器等。（3）防止雷擊閃絡(luò)后轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電流，當(dāng)絕緣子串發(fā)生閃絡(luò)后，應(yīng)盡量使它不轉(zhuǎn)化為穩(wěn)定的工頻電弧，因?yàn)槠浣⒉涣?，線路就不會(huì)跳閘。降低建弧率的辦法有：適當(dāng)增加絕緣子片數(shù)，采用不接地或者經(jīng)消弧線圈接地。（4）防止線路中斷供電，可以采用雙回路，自動(dòng)重合閘等措施加強(qiáng)線路的連續(xù)可靠性供電。 在使用過程中應(yīng)根據(jù)線路的電壓等級、重要程度、當(dāng)?shù)乩纂娀顒?dòng)強(qiáng)弱、已有的線路運(yùn)行經(jīng)驗(yàn)等采取合適的措施。 第三章 線路的基本情況 3.1 北翼回風(fēng)斜井供電系統(tǒng)基本情況檸條塔礦業(yè)公司北翼回風(fēng)斜井主要承擔(dān)著礦井通風(fēng)任務(wù)，該風(fēng)井的供電引自礦業(yè)公司工業(yè)場地西側(cè)的35kv變電站1201開關(guān)柜（i回）和12

26、07（ii回）開關(guān)柜，經(jīng)200米電纜到風(fēng)井架空線1#桿塔，然后分兩路經(jīng)4.1km架空線（lgj-70）140基桿塔到北翼回風(fēng)斜井配電室高壓柜，由兩臺(tái)變壓器降壓后供abb變頻器，變頻器分別供給兩臺(tái)風(fēng)機(jī)的四臺(tái)電機(jī)。運(yùn)行方式為一用一備，每一個(gè)月倒換運(yùn)行一次。北翼回風(fēng)斜井供電的兩回架空線路在1#桿塔同桿架設(shè)，1#桿塔頂部安裝有6個(gè)氧化鋅避雷器，桿塔底部有兩根12的鋼筋接地。兩回架空線路從2#桿塔開始分開架設(shè)，線路三相為“上”字形排布，檔距約為60m，兩回架空線路中間間距為60米，桿塔為12m錐形水泥桿，線路使用絕緣子為p-10t。全線無避雷線。最后一基桿塔位于風(fēng)機(jī)房旁約30m的高坡頂端，加裝有3個(gè)避雷

27、器，引下線為12的鋼筋。如下圖： 3-1 北翼風(fēng)井雙回路桿塔 3-2 北翼風(fēng)井桿塔引下線 3-3 北翼風(fēng)井桿塔地形環(huán)境 3.2 現(xiàn)場調(diào)研情況經(jīng)實(shí)地勘察，北翼風(fēng)井架空線路有絕緣子串破損，桿塔旁有數(shù)個(gè)被強(qiáng)電流破壞的絕緣子和氧化鋅避雷器。 圖3-5 損壞的絕緣子串 圖3-6損壞的避雷器經(jīng)過查看35kv變電站值班記錄和北翼風(fēng)井兩回出線高壓開關(guān)柜綜合保護(hù)測控裝置的事件追憶記錄，在2010年1月到2011年8月時(shí)間段內(nèi)，共發(fā)生跳閘12次，其中電流i段保護(hù)動(dòng)作為10次，電流iii段動(dòng)作2次，在68月跳閘次數(shù)為8次，占到總跳閘次數(shù)的66.7%。測控裝置錄波如圖3-7所示。 圖3-7 測控裝置故障錄波圖北翼回風(fēng)

28、斜井兩回架空線路為三角形布線，三相的布置橫擔(dān)長為1.5 m，中相距橫擔(dān)高0.8m的三角形，平均線路高度9.5m，線路的耦合系數(shù)取0.2，桿塔等效電感取0.42h/m。（備注：因無法得到所研究架空線路的具體資料，本參數(shù)參考相關(guān)資料）取以上典型線路參數(shù)進(jìn)行計(jì)算，uj11.2*ij，假設(shè)雷電電流為20ka，得uj為224kv，耐雷水平iju50%/11.2，u50%指絕緣子50%放電電壓（即放電電壓平均值），u50%為100 kv。ij8.9 ka。因此，ij8.9 ka20 ka ，u50%uj224 kv，發(fā)生擊穿絕緣子的事故。根據(jù)現(xiàn)場勘察和調(diào)研結(jié)果表明，北翼回風(fēng)斜井兩回10kv架空線路架設(shè)地勢

29、相對周圍較高，易受雷擊。雖然線路兩端加裝有線路避雷器，但是依然發(fā)生多次雷擊跳閘停電事故，直接影響北翼風(fēng)井風(fēng)機(jī)的正常運(yùn)行，表明北翼風(fēng)井供電系統(tǒng)的防雷措施存在嚴(yán)重不足。3.3 防雷措施和管理建議根據(jù)現(xiàn)場調(diào)研結(jié)果，北翼回風(fēng)斜井兩回架空線路沿山丘架設(shè)，線路大部分架設(shè)在山頂或山坡，全線無避雷線，擊桿率較高。除第一基和最后一基桿塔加裝有線路避雷器外，再無其他防雷措施，加之防雷接地電阻高達(dá)29（根據(jù)榆林防雷中心2010年接地電阻測試報(bào)告），線路耐雷水平十分有限，容易發(fā)生雷擊桿塔、雷擊導(dǎo)線和感應(yīng)雷電過電壓，引起絕緣子串閃絡(luò)、相間短路、絕緣子和避雷器損壞，導(dǎo)致跳閘，對于整個(gè)煤礦的安全可靠性供電造成很大的影響。根

30、據(jù)以上分析，結(jié)合北翼風(fēng)井兩回架空線路實(shí)際情況，建議加強(qiáng)該架空線路的防雷措施。本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容有以下幾種，如框圖3-8所示： 圖3-8 主要的研究內(nèi)容降低桿塔接地電阻的方法主要有以下措施，如圖3-9。 圖3-9 降低桿塔接地電阻的方法 第四章 防雷措施分析 4.1 避雷針的使用避雷針的結(jié)構(gòu)包括接閃器、支持構(gòu)架、引下線和接地裝置。它的保護(hù)作用是吸引雷電擊于自身，并通過接地裝置使雷電流泄入大地，總結(jié)來說就是引雷、排放。避雷針一般適用于保護(hù)那些比較低矮的地面建筑物以及保護(hù)高層樓房頂上的突出設(shè)施，特別適合保護(hù)那些需要防雷引下線與內(nèi)部各種金屬管道隔離的建筑物。雖然它在防雷過程中有很好的效果，但是在本課題

31、的研究中，對于煤礦10kv架空線的防雷過程中卻存在以下問題。(1)避雷針主要用來防止直擊雷帶來的危害，而對于10kv架空線路影響較多的是感應(yīng)雷的影響，有關(guān)資料顯示，10kv的配電線路中，感應(yīng)雷引起的故障比例在90%以上。(2)對于整個(gè)線路的保護(hù)范圍小。避雷針往往安裝在桿塔上，對于檔距中央的線路有的地方保護(hù)不到，如果安裝在檔距中間的避雷線上，安裝難度較大，在運(yùn)行時(shí)受風(fēng)力等外部因素的影響，如發(fā)生偏轉(zhuǎn)會(huì)減小導(dǎo)地線之間的距離，帶來安全風(fēng)險(xiǎn)。如果想要保護(hù)線路的全長，則避雷針的架設(shè)高度就會(huì)很高，桿塔的高度相應(yīng)就會(huì)升高，成本太大，很不符合經(jīng)濟(jì)標(biāo)準(zhǔn)。(3)容易引起反擊。當(dāng)雷電被接閃器吸引后將有很大的高頻電流會(huì)

32、通過接閃器和接地裝置，這時(shí)引下線的電壓很高，若避雷針相對于被保護(hù)物體的距離小于安全距離時(shí)，會(huì)會(huì)由引下線向被保護(hù)物體發(fā)生反擊，損壞被保護(hù)物體。我國國標(biāo)規(guī)定避雷針距被保護(hù)物的空氣中的距離大于等于5米，避雷針距被保護(hù)物體的接地裝置間的地中距離大于等于3米。這對于本次設(shè)計(jì)中很難實(shí)現(xiàn)。(4)電磁感應(yīng)問題。在強(qiáng)大的雷電流沿避雷針向下通過接地裝置流入大地的過程中，會(huì)在周圍產(chǎn)生強(qiáng)大的電磁場，容易對周圍的通信設(shè)備引起誤動(dòng)或損壞，還會(huì)在接觸不良的地方引起放電從而引燃易燃易爆物體，造成事故。(5)避雷針的使用會(huì)導(dǎo)致雷擊概率的增加。由于避雷針的接閃器是將雷電引向避雷針的，因此會(huì)增加雷擊的概率。4.2 架設(shè)避雷線 圖4

33、-1 避雷線安裝高度與耐雷水平的關(guān)系圖 避雷線主要通過分流作用，以減小流經(jīng)桿塔的雷電流，從而降低桿塔頂部電位。如圖4-1所示：避雷線的分流能力與桿塔的高度無關(guān)，僅與桿塔接地電阻有關(guān)。因此后面的降低桿塔的接地電阻對于架空線的防雷就非常有必要了。9(1)無避雷線時(shí)的感應(yīng)雷過電壓:有關(guān)規(guī)程規(guī)定，在雷擊地點(diǎn)和輸電線路之間距離s大于65m時(shí)，則感應(yīng)雷過電壓的計(jì)算公式如下2： (4-1) 其中：i為雷電流的幅值(ka)； 為導(dǎo)線懸掛的平均高度（m)； s為雷擊點(diǎn)到線路的距離(m)。(2)有架設(shè)避雷線的時(shí)候感應(yīng)雷過電壓的影響:實(shí)際上避雷線是有接地裝置的，其電位約等于為零，相當(dāng)于在其上面疊加了一個(gè)極性相反，幅

34、值相等的電壓（-u），這個(gè)電壓由于耦合作用，在這個(gè)電壓由于耦合作用，在導(dǎo)線上產(chǎn)生的電壓為。即 式中，為避雷線和導(dǎo)線之間的耦合系數(shù)，其值只決定于導(dǎo)線間的幾何尺寸與線間距。線間距離越遠(yuǎn)，則耦合系數(shù)越小，導(dǎo)線上感應(yīng)過電壓越高2。直擊雷過電壓對于輸電線路的影響2：(1)未架設(shè)避雷線的情況下直擊雷過電壓的影響雷擊導(dǎo)線:：當(dāng)雷電直擊導(dǎo)線后，雷電流沿著導(dǎo)線向著兩側(cè)流動(dòng)，假定為雷電通道的波阻抗，為雷擊點(diǎn)兩側(cè)的導(dǎo)線的并聯(lián)波阻抗，若計(jì)及沖擊電暈的影響，可取z=400，可近似取200，則雷擊點(diǎn)的電壓為 (4-2)雷電流大小與雷擊導(dǎo)線的電壓成正比，如果雷電電壓超過線路絕緣的耐雷水平，則將發(fā)生沖擊閃絡(luò)，由以上可以得到線

35、路的耐雷水平為i=，取85kv。由公式i=可得，雷擊導(dǎo)線時(shí)的耐雷水平為0.85ka。雷擊塔桿時(shí)的過電壓及耐雷水平當(dāng)線路塔頂受到雷擊的時(shí)候，雷電流i將通過桿塔以及接地電阻然后流入大地，設(shè)桿塔的接地電感為，可以求出等效電路的桿塔點(diǎn)位為：u=i+ =i (4-3)式中， i為雷電流幅值（ka）； 為桿塔的沖擊電阻（）； 為桿塔的等效電感(h)。當(dāng)雷擊塔頂時(shí)，導(dǎo)線上的感應(yīng)過電壓為 (4-4)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 (4-5)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

36、、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： (4-6) 由于我國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

37、位差為2： (4-7)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： (4-8)而安裝了避雷線時(shí)的耐雷水平為： (4-9) 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（）； 為導(dǎo)線對地平均水平高度； 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

38、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，對導(dǎo)線的反擊的作用也不是很大，對于經(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)。4.3 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)，使雷電對避雷線和避雷針放電，然后經(jīng)過接地裝置將雷電流導(dǎo)

39、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 （4-10）其中：取0.2； 取29；為0.42*12；取85kv；取9.5m。帶入公式計(jì)算可得雷擊塔頂時(shí)的耐雷水平為3.1ka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

40、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?表4.3.1不同接地電阻時(shí)雷擊塔頂時(shí)的耐雷水平接地電阻（）2915105耐雷水平（ka）3.15.16.810.0 計(jì)算結(jié)果表明，該段線路的耐雷水平低，雷電流幅值超過3.1ka就可能會(huì)造成絕緣子閃絡(luò)。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)

41、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)。4.4 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p-10t，表4-3是該種絕緣子的一些基本數(shù)據(jù)10:表4-3 p-10t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

42、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4-4所示。中國在年平均雷電日20 的地區(qū)，雷電流幅值概率為： (4-11)式中i為雷電流的幅值（ka）。表4-4 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)6536.573109.5146182.57033.967.9101.8135.7169.68029.759.489.1118.814

43、8.49026.452.879.2105.6131.910023.847.571.395118.8感應(yīng)雷過電壓（kv） 雷電流幅值（ka）50708090100雷擊點(diǎn)距離(m)65219255.5292328.536570203.4237.5271.4305.4339.380178.1207.8237.5267.2296.990158.3184.7221.1237.5263.9100142.5166.3190213.8237.5當(dāng)雷擊時(shí)，出現(xiàn)大于88ka的雷電流幅值的概率約為10%，大于100ka的雷擊出現(xiàn)的概率約為7.3%。 因此研究防雷措施時(shí)更多考慮100 ka 的雷電流對線路的影響。由該

44、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p-10t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)。4.5 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

45、雷器，以下是對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，選用yh5ws-17/50型氧化鋅避雷器，以下是此型號避雷器的參數(shù)和伏安特性曲線10。 表4-5 yh5ws-17/50型氧化鋅避雷器的參數(shù) 避雷器型號額定電壓（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）yh5ws-17/50171013.6250.75直流參考電壓下最大泄露電流4/10u沖擊電

46、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25407542.56057.5本次設(shè)計(jì)采用的是atp-emtp仿真軟件對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 atp-emtp對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300，避雷器的參數(shù)以yh5ws-17/50型氧化鋅避雷器的參數(shù)為參考，絕緣子串用針式絕緣子p-10t（50%擊穿電壓為85kv）的參數(shù)進(jìn)行參考，桿塔的

47、電感為2.88mh,接地電阻為15。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4-3： 表4-6 yh5ws-17 /50型避雷器的伏安特性電流a1.00e-051.00e-041.00e-031.00e-021.00e-01電壓v1047112532150001795321487電流a1.00e+001.00e+011.00e+021.00e+031.00e+04電壓v2571830781368424409552776 圖4-2 yh5ws-17 /50型避雷器的伏安特性曲線圖4-4中曲線1為遭受雷擊時(shí)未加裝避雷器桿塔上絕緣子兩

48、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p-10t，50%擊穿電壓為85kv）；對于曲線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4-3 仿真模型圖 圖4-4 絕緣子兩端電壓波形圖根據(jù)以上對于各種防雷措施的分析，本段架空線路的供電可靠性對于煤礦的安全生產(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