架空线防雷技术研究.doc

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1、【精品文档】如有侵权，请联系网站删除，仅供学习与交流架空线防雷技术研究.精品文档.论文题目：煤矿10kV架空线防雷技术研究专 业：电气工程及其自动化本 科 生：井鹏飞 （签名） 指导老师：李忠 （签名） 摘 要我国10kV线路纵横延伸,地处旷野,雷雨季易遭雷击。由于10kV系统内的设备绝缘水平和耐雷水平低，因此当发生雷电灾害时，造成的损失往往比较大，严重影响到了人们的正常生活生产，有时甚至能威胁到人们的生命安全。因此配电线路的避雷防雷保护研究有着十分重要的意义。本设计研究的对象是一段为煤矿风机供电的10kV配电线路，一旦该段线路因为雷击造成跳闸甚至更严重的情况，井下风机就会停止运转，对煤矿的生

2、产和矿工的生命安全造成极大的威胁。本文根据线路的具体情况，首先对线路的雷电灾害情况进行分析，然后提出可以使用的方案，对这些方案进行进一步的分析，最终确定每种措施的具体实施方法，具体的措施为：1通过线路避雷器对特殊位置杆塔进行保护；2全线架设避雷线；3降低杆塔的接地电阻；4加强线路的绝缘。通过以上这几种防雷措施的实施，可以提高耐雷水平，使本段线路的供电更加安全可靠。关键词：10kV架空线路，耐雷水平，安全Subject:The Research Of 10kv Overhead Line Lighting Protection Technology In Coal MineSpecialty:E

3、lectric Engineering and AutomationName: 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 distri

4、bution lines Insulation level is low,when 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

5、 object of this paper is a power supply 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 tas

6、k of this article is:first analyzes the 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

7、to protect the tower of special position.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 录第一章 绪论11.1 选题的背景和研究意义11.1.1 课题的研究背景11.1.2 生产需求情况11.1.3 煤矿

8、10kV架空线防雷技术研究的重要意义21.1.4 防雷技术的发展过程21.2 本课题的主要研究内容3第二章 雷电概论52.1 雷电的概念52.2 雷电参数52.3 雷电对线路的影响82.4 配电线路防雷的原则和措施9第三章 线路的基本情况103.1 北翼回风斜井供电系统基本情况103.2 现场调研情况113.3 防雷措施和管理建议12第四章 防雷措施分析144.1 避雷针的使用144.2 架设避雷线154.3 降低杆塔的接地电阻194.4 加强线路绝缘204.5 避雷器的安装22第五章 防雷避雷方案的确定265.1 全线架设避雷线265.2 降低杆塔接地电阻的措施315.3 加强线路的绝缘的方

9、法385.4 重点杆塔安装避雷器415.5 仿真验证425.6 设计改造材料45结 论47致 谢48参考文献49附 录51附录一 HY5WS-17/50氧化锌避雷器示意图与使用环境51附录二 避雷线及导线的力学特性52附录三 ATP-EMTP生成的程序53附录四 P-15T绝缘子示意图57第一章 绪论1.1 选题的背景和研究意义1.1.1 课题的研究背景随着全球气候异常状况日益加剧，雷电活动也异常频繁。雷电灾害作为主要影响因素之一(雷击是造成输电线路跳闸停电事故的主要原因，)在电力系统非计划停运之外，雷电事故一般占30%以上,有的地区甚至达到80%以上，对电力安全传送的影响及危害非常大。1随着

10、生产水平的不断提高，煤矿企业对供电可靠性的要求不断增长，这不单是为了保证煤矿的生产不受影响。更与矿工们的生命安全息息相关，柠条塔煤矿位于陕北榆林，该煤矿所在的地区为荒漠地带，该段输电线路沿途缺少高大的植被，雷电直接击中线路的几率很高，同时，由于是荒漠地带，土壤以沙地为主，导电性能不好，这就使得杆塔的接地电阻过高，雷电一旦击中线路，就更容易造成线路故障，因此研究该段线路的避雷防雷措施对于该煤矿有至关重要的意义。1.1.2 生产需求情况本次设计所研究的对象为柠条塔煤矿，位于陕西省榆林市神木县，陕西地处西风带，长城沿线以北为温带干旱半干旱气候，陕北其余地区和关中平原为暖温带半干旱或半湿润气候，雷电天

11、气主要集中在49月，78月为最盛期。其中榆林市的府谷、神木县为陕西省雷暴日最多的县，年平均雷暴日在35d以上。2柠条塔煤矿是陕北榆林地区的国有重点煤矿，年产量大，本段线路的防雷避雷设施对于煤矿的正常安全运作起着十分重要的作用，不仅是对于生产正常运作的保证，而且是对矿工生命安全的保障。21.1.3 煤矿10kV架空线防雷技术研究的重要意义电力是煤矿生产的主要能源，对煤矿进行可靠、安全的供电、提高经济效益及保证安全生产等方面都有十分重要的意义，而近年来，雷击引起的配电线路跳闸故障已成为影响煤矿变电所安全可靠运行的主要因素。 10kV线路分布很广，一般都处于野外，雷雨季容易遭受雷击。由于10kV系统

12、内的设备绝缘水平和耐雷水平比较低，因此,因雷击线路造成10kV系统单相接地、线路断路器跳闸事故，在配电线路事故中占有很大百分比。雷击线路时，雷电压能使绝缘子击碎，雷电流烧断导线，雷电波自线路入侵配电变压器线圈使绝缘损坏烧毁。入侵变电所内损坏电器设备对用电设备造成毁坏，影响正常的生产、生活。3由上述可以看出，煤矿架空线防雷技术的研究是符合煤矿安全生产需求的，是十分必要的。我们需要用科学的方法对煤矿架空线防雷技术进行研究，提出煤矿防雷措施，以此来降低雷击跳闸率，减少配电网雷击损坏率，减轻电子元件受到的干扰，最终提高配电网供电的可靠性，确保煤矿生产安全经济的运行。31.1.4 防雷技术的发展过程长期

13、以来，为了减少雷害事故的发生，提高供电可靠性，人们采取各种防雷措施对架空线进行保护。10kV架空线的绝缘水平低，雷害事故发生频繁。对配电网的影响较大，随着人们对电力系统供电可靠性的要求越来越高，对电力系统防雷保护的重视程度也越来越高，更多的新技术与新材料也越来越广泛的应用于电力系统。(1)避雷器的发展目前使用的避雷器主要有下列几种类型：保护间隙，管式避雷器，阀式避雷器，当然有些避雷器已经用得很少了，有的避雷器将被性能优越的避雷器所代替。保护间隙有一定的限制电压的效果，但是不能避免供电中断，优点是结构简单、廉价，但是缺点是保护效果差，与被保护的设备的伏秒特性不易配合，动作后产生的截波，对变压器的

14、匝间绝缘有很大的影响，因此他往往与其他的保护措施配合使用。4管式避雷器与保护间隙相比他具有一定的灭弧能力，但是缺点与保护间隙的相同。2阀式避雷器又分为普通阀式避雷器磁吹式避雷器和金属氧化物避雷器。普通阀式避雷器依靠的是间隙的自然灭弧能力，因此其灭弧能力不是很强，另外阀片的通流能力是有限的，所以他只能用于雷电过电压的保护，而不能用于时间比较长的内部过电压保护，为了改进阀式避雷器的性能，因此在普通阀式避雷器的基础上开发了一种带磁吹间隙的阀式避雷器，他的基本构造与普通的阀式避雷器相似，主要区别在于采用了灭弧能力较强的磁吹火花间隙和同流能力较大的高温阀片。金属氧化物避雷器的非线性电阻阀片主要是由氧化锌

15、，另外还有一部分是氧化铋及一些其他的金属氧化物，经过煅烧混料，造粒，成型，表面处理等一系列工艺完成的，因为其主要成分是氧化锌，所以也称之为氧化锌避雷器，他有一系列的优点，如非线性系数小，保护性能好，基本无续流，耐重复动作能力强，通流量大，结构简单，尺寸小，易于大批量的生产，适用于多种特殊的需要。金属氧化物避雷器发展潜力大，是目前世界各国避雷器发展的主要方向，正在逐步取代传统的带间隙的碳化硅避雷器，也是未来特高压系统关键的过电压保护设备。(2)接地材料的发展在接地电阻方面，人们采用了多种方法降低电阻，并采用了多种材料，作为接地体，主要包括铜材、钢材、热镀锌材料等，接地电阻不仅具有降低接地电阻的作

16、用，而且能够防止接地材料的腐蚀，还能够加长接地体的使用时间。使用广泛的接地工程材料有金属（常用的如扁钢）、接地体、降阻剂和离子接地系统等。多数接地工程都会选用铜作为金属材料。物理降阻剂在工程上的运用已经有20多年的历史，经过不断地实践和改进，现在无论是施工工艺都已经相当成熟。51.2 本课题的主要研究内容本课题主要是对于柠条塔煤矿的一段10kV架空线进行防雷设计。煤炭作为我国的第一能源，在国民生产中扮演着重要的角色，这些年随着不断的开采，环境遭到了严重的破坏，事故频发，严重威胁着我国的能源安全生产，需要保证产量和保护环境，就要应用到一系列的大型电力设备，以保证安全高效生产和最低程度的污染。雷电

17、对这些电力设备的安全可靠运行构成了威胁，因此雷击事故就成为了煤矿安全生产一大隐患。本次设计的主要内容：（1）收集处理线路的相关数据进行分析，得到线路的相关资料，以便于分析雷电的灾害和考虑可用的防雷避雷方案；（2）针对线路的情况分析选择可用的防雷避雷措施，具体分析可以使用的避雷防雷措施，对比每一种方案的可行性与必要性。（3）每一种选择的防雷避雷措施的具体实施方法。通过上一步的分析，对于选定的方案针对线路情况具体的分析，确定每一种方案的具体实施方法。第二章 雷电概论2.1 雷电的概念雷击是指一部分带电的云层与另一部分带异种电荷的云层，或者是带电的云层对大地之间迅猛的放电。云层对大地的放电，则对建筑

18、物、电子电气设备和人、畜危害甚大。2.2 雷电参数 （1）雷暴日和雷电小时一个地区一年中的雷电流活动的强弱，通常以该地区多年年平均发生的雷暴天数或雷电小时数来计算。雷暴日是指每年中有雷电的天数，在一天中只要听到一声雷响就算一个雷暴日；雷电小时是每年中总共有雷电的所有小时的数量，即在一个小时内只要听到一声雷响就算一个雷电小时。4 表2-1 地区雷电强度的分类雷暴日90雷电活动特殊强烈地区雷暴日40多雷区(如华南某些地区)；雷暴日为1540中等雷电活动强度地区雷暴日15少雷区(如西北地区) (2)落雷密度雷暴日和雷电小时的统计中，并没有区分雷云之间的放电与雷云对地的放电。实际上，雷云之间的放电远远

19、多于雷云对地面的放电，雷云之间的放电与雷云与地面之间的放电之比在温带地区一般为1.53.0左右。雷云对地放电的频繁程度可以用地面落雷密度来表示，是指每个雷电日每平方公里地面上的平均落雷次数。实际上地面落雷密度与年平均雷电日数有关，如果雷电日数增大，则也增大。(3)雷电波阻抗雷电通道在主放电时如同导体，雷电流在导体中流动，和普通的导线一样，具有某一等值波阻抗，称为雷电波阻抗。根据理论研究和实测分析，我国有关规程建议取300400。 (4)雷电流的极性国内外的研究表明，负极性雷占大多数，大约占到80%。加之负极性的雷电流传播的时候衰减比较小，对于设备的危害比较大，所以防雷计算一般都按照负极性雷电流

20、来计算。2(5)雷电流的幅值、波形和陡度 雷电流的幅值规程规定：雷电流是指雷击于Rj30的低接地电阻物体时，流过该物体的电流。雷电流的大小与气象、自然条件等有关，只有通过大量的实测才能正确估计其概率分布规律。我国电力行业标准推荐，一般地区的雷电流的幅值超过I的概率p可以按以下公式得到： （2-1） 我国西北、内蒙古等雷电流活动较弱的地区，雷电流幅值较小，可用下式求出： （2-2 ）式中:I是雷电流的幅值（kA)4。雷电流的波形实测结果表明，雷电流的幅值、陡度、波头、波尾虽然每次都不相同，但都是单极性的脉冲波，在防雷工程中，常常要将雷电流的波形等效为典型模式，可以用公式表达，便于计算波形，3种典

21、型模式如下:1） 标准冲击波 标准冲击波是一个的双指数函数波形。式中为某一固定的电流值，其中是两个常数，t为作用时间。当被击物体的阻抗只是电阻R时，作用在R上的电压波形u与电流波形i相同。我国采用国际电工委员会（IEC)标准：波头，波长，记为1.2/50us。如图2-12)斜角平顶波其中波头、陡度由雷电流幅值和波前时间决定，在防雷保护计算中，雷电流波头采用2.6us,斜角平顶波的数学表达式简单。如图2-23）等效余弦波雷电流波形的波头部分，接近半余弦波，其表达式为 式中，I为雷电流的幅值（kA)；w为角频率，由波头决定，/。这种波仅在大跨越、特殊高塔线路防雷设计时采用。如图2-3图 2-1 雷

22、电流的标准波形（双指数波）图 图2-2 雷电流的等值斜角波形图 图2-3 雷电流等值余弦波形图雷电流的陡度雷电流的幅值和波头决定了雷电流的上升的陡度，也就是雷电流随时间的变化率。雷电流的陡度对过电压有直接的影响，也是一个常用重要参数。可以认为雷电流的陡度与幅值为线性关系，幅值越大，陡度也越大4。2.3 雷电对线路的影响雷电对于输配电线路的影响主要有直接雷和感应雷两种，由于配电线路的绝缘水平一般比较低且线路中一般没有避雷线等防雷避雷设施，直接雷的幅值往往是非常大的，高达数百千伏甚至更高，这种电压对于线路以及系统的破坏性极强，配电线路几乎是无法防护的，直接雷的跳闸率约为100%，不过配电线路中直击

23、雷的发生概率并不高，对于10kV配电线路影响较多的是感应雷的影响，有关资料显示，10kV的配电线路中，感应雷引起的故障比例在90%以上。5感应雷的产生有两种方式，一种是因为电磁感应，另一种是因为静电感应，但大部分的情况是由这两种效应的综合作用而成。感应雷的幅值与诸多的因素有关，比如雷电对地放电的电流强度，雷击点的位置，线路所在地区的土壤电阻率，线路的架设高度，杆塔的接地电阻等。相对于直接雷的高强度破坏性强等特点，感应雷的影响比他小，但是感应雷与直击雷相比，直击雷一次只能对线路的一个点造成很大损害，但是感应雷可以大范围的在多个地点同时发生，对线路的危害范围更大，而且，感应雷的产生可以是由于雷云对

24、地放电，也可以是因为雷云与雷云之间的放电，其发生的概率远远大于直击雷，对于没有防雷保护措施的10kV配电线路，感应雷的影响同样十分的严重。由于感应雷的发生条件相对于直击雷更容易达到，所以，线路的避雷防雷设计应该主要针对于感应雷的防护。2.4 配电线路防雷的原则和措施 暴露在空气中的架空输电线受到雷击时有以下四种可能：雷击线路附近地面，雷击塔顶及塔顶附近避雷线，雷击档距中央的避雷线，雷击导线。输电线路防雷的主要任务是：采用技术上与经济上的合理措施，使系统雷害降低到运行部门能够接受到的程度，保证系统安全可靠运行。 措施有：（1）防止雷直击导线，可以沿线架设避雷线，有时还要装避雷针与其配合。（2）防

25、止雷击塔顶或避雷器后引起绝缘闪络，可以降低杆塔的接地电阻，适当加强线路绝缘，在个别杆塔上采用避雷器等。（3）防止雷击闪络后转化为稳定的工频电流，当绝缘子串发生闪络后，应尽量使它不转化为稳定的工频电弧，因为其建立不了，线路就不会跳闸。降低建弧率的办法有：适当增加绝缘子片数，采用不接地或者经消弧线圈接地。（4）防止线路中断供电，可以采用双回路，自动重合闸等措施加强线路的连续可靠性供电。 在使用过程中应根据线路的电压等级、重要程度、当地雷电活动强弱、已有的线路运行经验等采取合适的措施。 第三章 线路的基本情况 3.1 北翼回风斜井供电系统基本情况柠条塔矿业公司北翼回风斜井主要承担着矿井通风任务，该风

26、井的供电引自矿业公司工业场地西侧的35kV变电站1201开关柜（I回）和1207（II回）开关柜，经200米电缆到风井架空线1#杆塔，然后分两路经4.1km架空线（LGJ-70）140基杆塔到北翼回风斜井配电室高压柜，由两台变压器降压后供ABB变频器，变频器分别供给两台风机的四台电机。运行方式为一用一备，每一个月倒换运行一次。北翼回风斜井供电的两回架空线路在1#杆塔同杆架设，1#杆塔顶部安装有6个氧化锌避雷器，杆塔底部有两根12的钢筋接地。两回架空线路从2#杆塔开始分开架设，线路三相为“上”字形排布，档距约为60m，两回架空线路中间间距为60米，杆塔为12m锥形水泥杆，线路使用绝缘子为P-10

27、T。全线无避雷线。最后一基杆塔位于风机房旁约30m的高坡顶端，加装有3个避雷器，引下线为12的钢筋。如下图： 3-1 北翼风井双回路杆塔 3-2 北翼风井杆塔引下线 3-3 北翼风井杆塔地形环境 3.2 现场调研情况经实地勘察，北翼风井架空线路有绝缘子串破损，杆塔旁有数个被强电流破坏的绝缘子和氧化锌避雷器。 图3-5 损坏的绝缘子串 图3-6损坏的避雷器经过查看35kV变电站值班记录和北翼风井两回出线高压开关柜综合保护测控装置的事件追忆记录，在2010年1月到2011年8月时间段内，共发生跳闸12次，其中电流I段保护动作为10次，电流III段动作2次，在68月跳闸次数为8次，占到总跳闸次数的6

28、6.7%。测控装置录波如图3-7所示。 图3-7 测控装置故障录波图北翼回风斜井两回架空线路为三角形布线，三相的布置横担长为1.5 m，中相距横担高0.8m的三角形，平均线路高度9.5m，线路的耦合系数取0.2，杆塔等效电感取0.42H/m。（备注：因无法得到所研究架空线路的具体资料，本参数参考相关资料）取以上典型线路参数进行计算，Uj11.2*Ij，假设雷电电流为20kA，得Uj为224kV，耐雷水平IjU50%/11.2，U50%指绝缘子50%放电电压（即放电电压平均值），U50%为100 kV。Ij8.9 kA。因此，Ij8.9 kA20 kA ，U50%Uj224 kV，发生击穿绝缘子

29、的事故。根据现场勘察和调研结果表明，北翼回风斜井两回10kV架空线路架设地势相对周围较高，易受雷击。虽然线路两端加装有线路避雷器，但是依然发生多次雷击跳闸停电事故，直接影响北翼风井风机的正常运行，表明北翼风井供电系统的防雷措施存在严重不足。3.3 防雷措施和管理建议根据现场调研结果，北翼回风斜井两回架空线路沿山丘架设，线路大部分架设在山顶或山坡，全线无避雷线，击杆率较高。除第一基和最后一基杆塔加装有线路避雷器外，再无其他防雷措施，加之防雷接地电阻高达29（根据榆林防雷中心2010年接地电阻测试报告），线路耐雷水平十分有限，容易发生雷击杆塔、雷击导线和感应雷电过电压，引起绝缘子串闪络、相间短路、

30、绝缘子和避雷器损坏，导致跳闸，对于整个煤矿的安全可靠性供电造成很大的影响。根据以上分析，结合北翼风井两回架空线路实际情况，建议加强该架空线路的防雷措施。本次设计的主要内容有以下几种，如框图3-8所示： 图3-8 主要的研究内容降低杆塔接地电阻的方法主要有以下措施，如图3-9。图3-9 降低杆塔接地电阻的方法 第四章 防雷措施分析 4.1 避雷针的使用避雷针的结构包括接闪器、支持构架、引下线和接地装置。它的保护作用是吸引雷电击于自身，并通过接地装置使雷电流泄入大地，总结来说就是引雷、排放。避雷针一般适用于保护那些比较低矮的地面建筑物以及保护高层楼房顶上的突出设施，特别适合保护那些需要防雷引下线与

31、内部各种金属管道隔离的建筑物。虽然它在防雷过程中有很好的效果，但是在本课题的研究中，对于煤矿10kV架空线的防雷过程中却存在以下问题。(1)避雷针主要用来防止直击雷带来的危害，而对于10kV架空线路影响较多的是感应雷的影响，有关资料显示，10kV的配电线路中，感应雷引起的故障比例在90%以上。(2)对于整个线路的保护范围小。避雷针往往安装在杆塔上，对于档距中央的线路有的地方保护不到，如果安装在档距中间的避雷线上，安装难度较大，在运行时受风力等外部因素的影响，如发生偏转会减小导地线之间的距离，带来安全风险。如果想要保护线路的全长，则避雷针的架设高度就会很高，杆塔的高度相应就会升高，成本太大，很不

32、符合经济标准。(3)容易引起反击。当雷电被接闪器吸引后将有很大的高频电流会通过接闪器和接地装置，这时引下线的电压很高，若避雷针相对于被保护物体的距离小于安全距离时，会会由引下线向被保护物体发生反击，损坏被保护物体。我国国标规定避雷针距被保护物的空气中的距离大于等于5米，避雷针距被保护物体的接地装置间的地中距离大于等于3米。这对于本次设计中很难实现。(4)电磁感应问题。在强大的雷电流沿避雷针向下通过接地装置流入大地的过程中，会在周围产生强大的电磁场，容易对周围的通信设备引起误动或损坏，还会在接触不良的地方引起放电从而引燃易燃易爆物体，造成事故。(5)避雷针的使用会导致雷击概率的增加。由于避雷针的

33、接闪器是将雷电引向避雷针的，因此会增加雷击的概率。4.2 架设避雷线 图4-1 避雷线安装高度与耐雷水平的关系图 避雷线主要通过分流作用，以减小流经杆塔的雷电流，从而降低杆塔顶部电位。如图4-1所示：避雷线的分流能力与杆塔的高度无关，仅与杆塔接地电阻有关。因此后面的降低杆塔的接地电阻对于架空线的防雷就非常有必要了。9(1)无避雷线时的感应雷过电压:有关规程规定，在雷击地点和输电线路之间距离s大于65m时，则感应雷过电压的计算公式如下2： (4-1) 其中：I为雷电流的幅值(kA)； 为导线悬挂的平均高度（m)； s为雷击点到线路的距离(m)。(2)有架设避雷线的时候感应雷过电压的影响:实际上避

34、雷线是有接地装置的，其电位约等于为零，相当于在其上面叠加了一个极性相反，幅值相等的电压（-U），这个电压由于耦合作用，在这个电压由于耦合作用，在导线上产生的电压为。即式中，为避雷线和导线之间的耦合系数，其值只决定于导线间的几何尺寸与线间距。线间距离越远，则耦合系数越小，导线上感应过电压越高2。直击雷过电压对于输电线路的影响2：(1)未架设避雷线的情况下直击雷过电压的影响雷击导线:：当雷电直击导线后，雷电流沿着导线向着两侧流动，假定为雷电通道的波阻抗，为雷击点两侧的导线的并联波阻抗，若计及冲击电晕的影响，可取Z=400，可近似取200，则雷击点的电压为 (4-2)雷电流大小与雷击导线的电压成正比

35、，如果雷电电压超过线路绝缘的耐雷水平，则将发生冲击闪络，由以上可以得到线路的耐雷水平为I=，取85kV。由公式I=可得，雷击导线时的耐雷水平为0.85kA。雷击塔杆时的过电压及耐雷水平当线路塔顶受到雷击的时候，雷电流I将通过杆塔以及接地电阻然后流入大地，设杆塔的接地电感为，可以求出等效电路的杆塔点位为：U=I+ =I (4-3)式中， I为雷电流幅值（kA）； 为杆塔的冲击电阻（）； 为杆塔的等效电感(H)。当雷击塔顶时，导线上的感应过电压为 (4-4)式中，I为雷电流幅值；（kA） 为导线悬挂的平均高度。（m）感应雷过电压的电压极性与杆塔的电位极性相反，因此，作用于绝缘子串两端的电压为 (4

36、-5)通过上面的公式可以得到：导线悬挂的高度、杆塔的电感、接地电阻的大小、雷电流的幅值直接关系到雷电过电压的大小，如果雷电过电压大于等于绝缘子的50%雷电冲击放电电压时，杆塔将会反击作用于导线，在中性点直接接地的配电线路中，有可能使得线路跳闸，此线路的耐雷水平为： (4-6) 由于我国60kV以下的电网采用中性点非直接接地，如果雷电流的幅值大于耐雷水平，会发生塔顶对于一相导线的放电，由于工频电流较小，不能形成稳定的工频电弧，所以不会造成线路的跳闸，仍能安全的送电，只有当另一相发生反击时，造成两相导线之间绝缘子串的闪络，形成相间短路时，才会出现大的短路电流，雷击塔顶，第一相绝缘闪络后，可以认为该

37、相导线具有塔顶的点位，由于第一相导线与第二相导线的耦合作用，两相导线的电位差为2： (4-7)式中为两相导线的耦合系数。当大于或等于绝缘子的时第二相也发生反击，形成两相短路，引起跳闸，由此线路的耐雷水平为3： (4-8)而安装了避雷线时的耐雷水平为： (4-9) 其中：为线路的耦合系数； 为绝缘子的50%冲击放电电压（kV）； 为杆塔接地电阻（）； 为导线对地平均水平高度；工程上常采用降低接地电阻，提高耦合系数作为提高耐雷水平的主要手段。耦合系数的提高可以减小雷击塔顶时作用在绝缘子串上的电压，也可以减少感应过电压分量，提高耐雷水平。常规的做法是：将单根避雷线改为双根避雷线，甚至在导线下方增设耦

38、合地线，作用是增强导线、地线间的耦合作用2。 根据有关规定，35kV及其以下全线不架设避雷线，主要原因有：中性点不直接接地，不容易跳闸；绝缘水平低，即使架设避雷线，对导线的反击的作用也不是很大，对于经济性考虑不适合全线架设避雷线10。但是根据实际情况来说，煤矿10kV架空线对于煤矿的安全生产以及煤矿工人的安全非常重要，因此本设计采用全线架设避雷线。对于架设全线避雷线在接下来的具体方案中会进行详细的设计。4.3 降低杆塔的接地电阻 线路的接地电阻直接关系到线路的耐雷水平，避雷器的作用是当线路受到雷击时，避雷器优先动作，将雷电流经过接地装置导入大地，从而保护绝缘子，避免了发生闪络；避雷线和避雷针则

39、是影响雷电先导，使雷电对避雷线和避雷针放电，然后经过接地装置将雷电流导入大地，如果接地电阻过大，雷电流就不能及时的导入大地，因此可能造成反击，对线路和设备造成损害。所以无论采用以上三种方式中的哪一种都离不开设法降低线路的的接地电阻来取得更好的效果。又因为该段线路中原有安装避雷器的一基杆塔接地电阻高达29欧姆左右，不符合要求，以下先计算雷击时线路的耐雷水平。雷击塔顶时的耐雷水平，由公式 （4-10）其中：取0.2； 取29；为0.42*12；取85kV；取9.5m。带入公式计算可得雷击塔顶时的耐雷水平为3.1kA通过以上的计算可以发现，杆塔的接地电阻直接关系到雷击塔顶时的耐雷水平。雷击导线附近地

40、面和雷击导线时，虽然杆塔的接地电阻没有直接影响到线路耐雷水平，但是，由于线路耐雷水平比较低，采用了避雷线和避雷器等措施都要依赖到杆塔的接地电阻来迅速的将雷电流导入大地，因此，降低该段线路杆塔的接地电阻是十分重要的。以下是当不同接地电阻时，雷击塔顶的耐雷水平： 表4.3.1不同接地电阻时雷击塔顶时的耐雷水平接地电阻（）2915105耐雷水平（kA）3.15.16.810.0计算结果表明，该段线路的耐雷水平低，雷电流幅值超过3.1kA就可能会造成绝缘子闪络。尤其是雷击塔顶时，因为杆塔的接地电阻太高，大大降低了雷击杆塔时线路的耐雷水平，若能将接地电阻降到10欧姆以下，线路的耐雷水平可以提高2倍以上。

41、在确定本次设计降低杆塔的接地电阻的措施时，应根据所设计的线路原有的运行状况、气候条件、地理环境以及土壤因素等条件进行分析设计。并且还要考虑经济性的条件，制定合适的设计，保证线路的可靠性运行，避免投资过高。本次设计的架空线地处沙漠，干燥缺水。在下章的具体方案的设计中会进行具体的分析设计。4.4 加强线路绝缘要考虑线路绝缘首先要考虑雷击造成的线路闪络。配电线路雷击闪络率主要考虑两个因素：一个是绝缘子的闪络判据，取绝缘子的雷电冲击放电电压值。另一个是感应雷过电压的分析计算。该段线路原有的绝缘子类型为P-10T，表4-3是该种绝缘子的一些基本数据10:表4-3 P-10T绝缘子串的参数瓷件高度 (mm

42、）最大直径(mm）顶线槽(mm）侧线槽(mm）螺纹直径(mm）爬电距离(mm）击穿电压(kV）50%闪络(kV）耐受电压(kV）重量(kg)105145119M161959585752以10kV线路最多发的感应雷为例，根据公式U=25（I/s），可以计算得到距离该线路不同距离、不同雷电流作用下感应过电压的数值如表4-4所示。中国在年平均雷电日20 的地区，雷电流幅值概率为： (4-11)式中I为雷电流的幅值（kA）。表4-4 不同距离下感应雷过电压的数据感应雷过电压（kV） 雷电流幅值（kA）1020304050雷击点距离(m)6536.573109.5146182.57033.967.910

43、1.8135.7169.68029.759.489.1118.8148.49026.452.879.2105.6131.910023.847.571.395118.8感应雷过电压（kV） 雷电流幅值（kA）50708090100雷击点距离(m)65219255.5292328.536570203.4237.5271.4305.4339.380178.1207.8237.5267.2296.990158.3184.7221.1237.5263.9100142.5166.3190213.8237.5当雷击时，出现大于88kA的雷电流幅值的概率约为10%，大于100kA的雷击出现的概率约为7.3%。 因此研究防雷措施时更多考虑100 kA 的雷电流对线路的影响。由该表可见，发生雷击时的感应雷过电压大部分情况都超过P-10T的50%击穿电压85kV，因此当发生雷击时，线路的绝缘很可能被击穿，引发闪络，所以，加强线路的绝缘也是必须考虑的措施之一,在下章的具体方案的设计中会进行具体